滑模技術在溫泉水電站深閘豎井施工中的應用

何 騰

(武警水電三總隊第九支隊,成都,610062)

新疆溫泉水電站深孔泄洪洞閘井為矩形閘井,閘底高程902.0m,閘頂平臺高程960.0m。高程918.0m以上為等截面結構,外形尺寸19.525m×9.5m(長×寬),斷面面積為111.04m2。其前孔布置事故門井,后孔布置工作門井,960.0m高程上布置閘房。918.0m高程以上采用液壓滑模澆筑,混凝土工程量為4663.5m3。

本文介紹滑模施工技術的結構設計與具體澆筑施工方法及質量控制措施。

1 滑模結構設計與制作

1.1 結構設計

滑模單套設計荷載143t,主要由模板系統、支承系統、液壓系統和輔助系統組成。模板系統包括模板、提升架、圍圈等;支承系統包括爬桿(φ50mm鋼管);液壓系統包括控制柜、液壓泵、液壓千斤頂、液壓管路等;輔助系統包括操作平臺、吊架、連系架、爬梯、安全護欄等(見圖1)。

1.2 滑升原理

在井體內埋設爬桿,將液壓穿心千斤頂套在爬桿上。通過螺栓把液壓千斤頂與提升架的頂部連在一起,提升架兩邊懸掛立柱,立柱內側裝配圍圈,并在圍圈上固定鋼面板作模板。提升架立柱外側連接操作平臺和吊架,所有液壓千斤頂用輸油管路同液壓操作機相連。

當模板內混凝土強度達到拆模條件時,液壓系統驅動所有液壓千斤頂,帶動提升架、圍圈、模板、操作平臺和吊架沿著爬桿向上滑動,直至澆筑下一層混凝土的位置。如此反復進行,一直滑升到閘井頂部為止。

圖1 滑模上、下平臺布置

1.3 制作和組裝

根據閘井的結構型式和布置特點,同時為滿足施工進度要求,擬制作4套滑模,每2套通過桁架連接成整體,用于兩相鄰中井的同步滑升。滑模在模板加工廠內制作,由現場QTZ40塔機輔以人工組裝。

1.4 門槽處理

在閘井門槽位置預埋“L”形插筋,待混凝土達到設計強度的70%以上時,采用人工回直。

2 滑模混凝土澆筑

2.1 施工程序及分層

滑模混凝土澆筑必須嚴格執行分層交圈、均勻澆筑的原則,每一澆筑層的表面應在同一個水平面上。分層澆筑的厚度300mm～500mm,各層澆筑的間隔時間應不大于混凝土的初凝時間,即澆筑上一層混凝土時下一層混凝土應處于塑性狀態(相當于混凝土達0.35kN/cm2貫入阻力值)。根據每層入倉強度115m3和澆筑強度,采用加入木質素黃酸鈉緩凝劑,每層初凝時間控制在2.5～3h。最初向模板內澆筑的混凝土,分2～3層澆筑至600mm～700mm高,然后進行模板的試滑升工作。正常滑升階段時,宜將混凝土澆筑至距模板上口以下50mm～100mm處,并應將最上一道橫向鋼筋留置在外,作為綁扎上一道橫向鋼筋的標志。

2.2 滑模的滑升

滑模施工工藝中,模板的滑升分為初試、正常和完成滑升三個階段。

2.2.1 初試滑升階段

模板初升時,混凝土的自重必須能克服模板與混凝土之間的滑升摩阻力,否則混凝土可能會被模板帶起。在混凝土澆筑至600mm～700mm高度后,且第一層混凝土的強度達0.2MPa～4MPa(或用貫入阻力試驗法測得的貫入阻力值為0.30kN/cm2～1.05kN/cm2)的出模強度時進行初升。初升前須進行試滑,即將全部千斤頂同時緩慢平穩升起50mm～100mm,觀察混凝土有無塌落現象。同時,用手指按壓出模的混凝土,如有輕微指印和不粘手,且滑升過程中有耳聞“沙沙”聲,說明可以開始滑升,反之說明滑升時間已遲。如有塌落或壓指印很深的情況,暫不能滑升,可繼續澆筑混凝土,等待合適的滑升時間。

當模板滑升至200mm～300mm高度后,應稍事停歇,在對所有提升設備和模板系統進行全面檢查、調整后,方可轉入正常滑升。

2.2.2 正常滑升階段

模板初升成功后即可進入正常滑升階段。在這個階段內,混凝土的澆筑、鋼筋綁扎、模板滑升等工序之間相互交替進行,應緊密銜接以保證施工順利進行。

正常滑升時,每次滑升的高度應與混凝土分層澆筑的高度相配合,一般為300mm～400mm。在正常氣溫下,兩次提升的時間間隔應控制在1.5h以內。在氣溫較高時,應增加1～2次中間提升,中間提升的高度為30mm～60mm。在滑升過程中,應及時清理粘結在模板上的砂漿和收分模板之間的夾灰,對被油污染的鋼筋和混凝土,應及時處理干凈。

在模板滑升時,所有的千斤頂應充分進、排油。如出現油壓增至正常滑升油壓值的1.2倍,尚不能使全部液壓千斤頂升起時,應立即停止提升操作,檢查原因并及時處理。同時,還應隨時檢查操作平臺、承力桿的工作狀態及混凝土的凝結狀態,如發現異常,應及時分析原因并采取有效的處理措施。

在滑升過程中,操作平臺應保持水平,這是保證結構垂直度的重要措施。提升中各千斤頂的相對標高差不得大于40mm,相鄰兩個提升架上千斤頂的升差不得大于20mm。為了控制操作平臺的水平,應在滑升過程中隨時對水平度進行觀測,以便及時采取調平措施糾正水平升差。與此同時,也應隨時檢查和記錄結構垂直度、扭轉及結構截面尺寸等偏差數值,并采取相應的糾正措施。

2.2.3 完成滑升階段

當模板滑升至距結構頂部標高1m左右時,滑模即進入完成滑升階段。此時應放慢滑升速度,并對模板進行準確的抄平和找正工作,以使最后一層混凝土能夠均勻地交圈,保證頂部標高及位置正確。混凝土澆筑結束后,模板應繼續滑升,直至混凝土與模板脫離接觸為止。

在滑模滑升過程中,如果因施工、氣候或其它原因不能連續滑升時,應采取如下可靠的停滑措施:停滑時混凝土應澆筑到同一水平面上;混凝土澆筑完畢以后,模板應每隔0.5～1h整體提升一次,每次提升30mm～60mm,連續進行4h以上,直至混凝土與模板脫離接觸為止,但模板的最大滑空量不得大于模板高度的1/2;在繼續施工時,應對液壓系統全面檢查;對于因停滑造成的水平施工縫,要認真處理,以保證新澆混凝土與已結硬混凝土的粘結質量。若施工過程中突然停電,應將模板取下,處理好已澆筑的混凝土面,待來電后掛上模板再進行滑升。

2.3 質量缺陷處理

2.3.1 水平裂縫或被模板帶起

混凝土出現水平裂縫或被模板帶起的原因有:模板安裝時傾斜度太小或產生反傾斜度;滑升中糾正垂直偏差過急,模板嚴重傾斜;滑升速度慢,使混凝土與模板粘結;模板表面不光潔,摩阻力太大。解決的辦法:細微裂縫可抹平壓實;裂縫較大時,當被模板帶起的混凝土脫模落下后,應立即清除松散部分,重新補上高一級強度等級的混凝土。

2.3.2 局部坍塌

混凝土脫模時的局部坍塌,主要原因是:模板初升階段滑升過早;正常滑升時速度過快;或混凝土沒有嚴格按分層交圈的方法澆筑,局部混凝土尚未凝固。對于已坍塌的混凝土應及時清除干凈,補上高一級強度等級的干硬性細石混凝土。

2.3.3 表面魚鱗狀外凸(出裙)

由于模板的傾斜度過大或模板下部剛度不足,每層混凝土澆筑厚度過高或振搗混凝土的側壓力過大,致使模板外凸。處理措施是:調整模板傾斜度,加強模板剛度;控制每層的澆筑厚度;盡量采用振動力較小的振搗器。

2.3.4 缺棱掉角

原因在于棱角處模板的摩阻力比其它部位大,或振搗混凝土時碰動主筋,將已凝固的混凝土棱角碰掉。克服的辦法是:將轉角處模板制成圓角或八字形,并嚴格控制轉角處模板的傾斜度;嚴格混凝土振搗操作。棱角殘缺處,可用同強度等級的水泥砂漿修補。

3 結構物體型控制

3.1 水平度控制

在模板滑升過程中,保持整個模板系統的水平同步滑升,是保證滑模施工質量的關鍵,也是直接影響結構垂直度的一個重要因素。因此,必須隨時觀測,并采取有效的水平度控制與調平措施。

水平度的觀測:采用水準管法測量。在桁架四個角區各設一個水準管,各水準管利用軟管連通,管內灌注帶顏色的水。安裝水準管時先調平滑模,再用水準儀抄平,使水準管的零位在同一個水平面上。

水平度的控制:采用限位調平法控制千斤頂的升差,實現水平度控制。即是在承力桿上按調平要求的水平尺寸線安裝限位卡擋,當千斤頂向上爬升到與限位卡擋相頂時,將停止爬升,起到自動限位的作用。在模板滑升過程中,每當千斤頂全部升至限位卡擋處一次,模板系統即可自動限位調平一次。而向上移動限位卡擋時,應認真逐個檢查,保證其標高準確和安裝牢固。

3.2 垂直度控制

垂直度的觀測:垂直度的測量采用線錘法,在滑模的四個角各設置一個20kg線錘,在對應線錘的下方底板上標識控制點,在線錘鋼絲的上端設滑輪和放線器。

結構垂直度的控制:在滑模施工中,影響結構垂直度的因素很多。諸如操作平臺上的荷載分布不均勻,造成承力桿的負荷不一,致使結構向荷載大的一方傾斜;千斤頂產生升差后未及時調整,操作平臺不能水平上升;操作平臺的結構剛度差,使平臺的水平度難以控制;澆筑混凝土不均勻,發生偏移;承力桿布置不均勻或不垂直以及滑升模板受風力、日照的影響等。為了控制結構的垂直度,除應采取一些針對性的預防措施外,在施工中還應加強觀測,發現水平偏移后及時采取糾偏措施。在糾正結構垂直度偏差時,應徐緩進行,避免出現硬彎。

糾正垂直度偏差的方法采用平臺傾斜法(又稱調整高差控制法)。其原理是:當結構出現向某側位移的垂直偏差時,操作平臺的同一側一般會出現負水平偏差,據此應將該側的千斤頂升高,使該側的操作平臺高于其它部位,產生正水平偏差;然后繼續澆筑混凝土并使操作平臺傾斜滑升一段高度,其垂直偏差即可逐步得到糾正;至結構垂直度恢復正常時,再將操作平臺水平上升。對于糾偏時千斤頂需要的高差,可預先在承力桿上做出標志(可通過抄平拉斜線),最好采用限位調平器控制千斤頂高差。需要注意的是,采用該方法糾正垂直度偏差時,操作平臺的傾斜度應控制在1%之內。

4 結語

溫泉水電站深孔泄洪洞閘井處地形狹窄,邊坡巖石破碎,閘井高度大,給施工帶來了較大的困難。采用液壓滑模工藝進行深閘豎井混凝土施工,即加快了施工進度,又保證了安全文明施工,還減少了施工程序和施工難度,取得良好效果。