滑模施工技術(shù)在北疆地區(qū)的成功應(yīng)用

溫貴明 劉偉麗

滑模施工是根據(jù)工程部位形狀加工成特定尺寸的定型模板,并使用滑升設(shè)備使模板自身及其附帶設(shè)施等同時進(jìn)行上升的混凝土施工方法。較常規(guī)模板施工技術(shù),滑模具有少翻轉(zhuǎn)、不拆模、澆筑速度快、功效高、安全性好等特點(diǎn)。采用滑模施工技術(shù),混凝土可以連續(xù)澆筑,能最大限度地減少甚至避免施工縫,使混凝土的整體性更好;避免了支模、拆模、搭拆腳手架等多種重復(fù)性工作,進(jìn)度更快、工效更高、材料消耗更少。

北疆地區(qū)冬季漫長而寒冷,不宜進(jìn)行混凝土施工。有效的混凝土施工期僅為每年4月下旬至10月上旬,只有短短數(shù)月。在這樣的條件下進(jìn)行混凝土施工,爭取寶貴的澆筑時段、提高功效、加快混凝土澆筑速度尤其重要。滑模施工技術(shù)恰恰減少了常規(guī)混凝土施工方法所需要的立模、拆模、腳手架搭拆等重復(fù)性工作上時間的消耗,能夠滿足高強(qiáng)度混凝土澆筑施工的需要。

以北疆地區(qū)某水電站工程為例,該工程為碾壓混凝土重力壩,分別由擋水壩段、泄流底孔、溢流表孔、發(fā)電引水系統(tǒng)等組成。其中在泄流底孔進(jìn)口閘井、發(fā)電引水系統(tǒng)進(jìn)水口部位使用了滑模施工技術(shù)。在此主要以發(fā)電引水進(jìn)水口為例進(jìn)行闡述。此工程發(fā)電引水系統(tǒng)進(jìn)水口分為4個壩段,每個壩段前均為攔污柵墩,由1個中墩和2個邊墩組成,中墩及邊墩寬度均為4.45m,厚度1.5m;攔污柵墩后面是由檢修門槽和快速門槽組成的進(jìn)水塔塔體;從塔體胸墻以上每隔3 m設(shè)置一斷面為1m×0.5m的八字形梁使攔污柵中墩與進(jìn)水塔相連。發(fā)電引水進(jìn)口在使用滑模施工技術(shù)后,原計(jì)劃5個月施工完成的約26000多m3的混凝土澆筑任務(wù),僅用了70余天就完成了,平均日澆筑量達(dá)到350m3。大大提高了混凝土澆筑速度,節(jié)省了工期,為后續(xù)施工創(chuàng)造了良好的條件,也為整個工程建設(shè)提供了良好的保障,滑模施工技術(shù)的應(yīng)用取得了良好的施工效果和工程價(jià)值。

1 滑模設(shè)計(jì)工藝

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滑模系統(tǒng)由模板、圍圈、提升架、操作盤、輔助盤、支撐桿、液壓系統(tǒng)、灑水管、測量控制系統(tǒng)等部分組成。滑模裝置為了保證足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性,提高復(fù)用率,整個模體被設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu),模板、圍圈、操作盤、提升架等構(gòu)件之間焊接連接。

(1)模板是混凝土成型的模具,其質(zhì)量(主要包括剛度、表面平滑度等)直接影響所澆筑混凝土的成型及外觀質(zhì)量。為了保證質(zhì)量,模板均采用6mm的鋼板制成,用50mm×50mm×5mm角鋼作為筋肋,模板高度為1.5m。為了便于脫模,模板按一定錐度設(shè)計(jì),上下口相差3mm。

(2)圍圈主要用來支撐和加固模板,使其形成一個整體。圍圈由80mm×80mm×8mm的角鋼制成1000mm×1000mm矩形桁架梁焊接而成,圍圈與模板之間采用50mm×50mm×5mm角鋼連接。

(3)提升架是模體的提升機(jī)構(gòu),主要用于支撐模板、圍圈、滑模盤,并且通過安裝在頂部的千斤頂支撐在支撐桿上,整個滑升荷載將通過提升架傳遞給支撐桿,支撐桿采用外徑48mm、壁厚3.5mm的普通鋼管制成。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和常規(guī)設(shè)計(jì),采用“7” 型和 “開” 型提升架,“7” 型提升架用18#槽鋼焊接組合而成;“開”型提升架主要采用角鋼焊制而成。

(4)操作盤是滑模的主要受力構(gòu)件之一,也是滑模施工的主要工作場地,各構(gòu)件除滿足強(qiáng)度要求外,還應(yīng)有足夠的剛度。操作盤連接在提升架的主體豎桿件上,通過提升架與模板連接成一體,并對模板起著橫向支撐作用。操作盤采用桁架結(jié)構(gòu),為確保工作盤強(qiáng)度、剛度,經(jīng)過計(jì)算,選用80mm×80mm×8mm角鋼加工成桁架,利用角鋼連接成工作盤,盤面鋪設(shè)50mm厚木板,盤面必須保持平整、密實(shí)。

(5)輔助盤是混凝土表面及預(yù)埋件處理、養(yǎng)護(hù)等工作實(shí)施的平臺。施工人員可以隨時檢查脫模后的混凝土質(zhì)量,及時修補(bǔ)混凝土局部缺陷,對預(yù)埋件進(jìn)行處理使之符合設(shè)計(jì)要求,以及對混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。用50mm×50mm×5mm的角鋼制成輔助盤,用鋼筋連接在操作盤下方約2.5m處。輔助盤與操作盤之間設(shè)置上下爬梯,用以人員通行。

(6)支撐桿的下段埋在混凝土內(nèi),上段穿過液壓千斤頂?shù)耐ㄐ目?承受整個滑模荷載,并作為豎筋的一部分存留在混凝土內(nèi),在選擇HM-100型液壓千斤頂?shù)耐瑫r,采用外徑48mm、壁厚3.5mm的普通鋼管作為支撐桿。經(jīng)計(jì)算,其承載力及穩(wěn)定性符合要求。

(7)液壓系統(tǒng)由YKT-36型液壓控制臺,QYD-100型鍥塊液壓千斤頂、油管及附件組成。組裝前必須檢查管路是否通暢,耐壓是否符合要求,有無漏油等現(xiàn)象,若有異常,及時排除。

(8)為使脫模的混凝土得到良好養(yǎng)護(hù),在輔助盤上固定一圈Φ50mm塑料管,在面向混凝土一側(cè)鉆設(shè)若干小孔,高壓水管與塑料管用三通接頭連接供水,對混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

(9)在地面上投放控制點(diǎn):分別在墩前和閘門槽兩側(cè)吊掛4根重垂線,輔以全站儀隨時監(jiān)測模體偏移及旋轉(zhuǎn)情況,以便及時糾偏,確保模體垂直滑升。

1.2 滑模荷載分析計(jì)算

滑模荷載主要是滑模模體結(jié)構(gòu)自身的重量、施工荷載、滑升摩擦阻力等荷載,另外還需考慮混凝土施工時對模板的側(cè)壓力等。通過各荷載的累加計(jì)算,得出支撐桿所要承受的豎向荷載、千斤頂所承受的荷載等,從而得出所需的最少支撐桿數(shù)量、千斤頂數(shù)量等,并取一定的安全系數(shù)。

以下面計(jì)算為例,簡述千斤頂(支撐桿)數(shù)量計(jì)算過程(計(jì)算數(shù)據(jù)均為假設(shè),僅為敘述計(jì)算過程)。

1.2.1 滑模結(jié)構(gòu)質(zhì)量

鋼結(jié)構(gòu)/kN 280

設(shè)備自重/kN 12

木板/kN 25

G1/kN 317

1.2.2 施工荷載

工作人員:35人×0.8kN/人=28kN;一般工具:45kN;同時考慮2倍的動力荷載系數(shù)及1.3倍的不均勻系數(shù),施工荷載G2=189.8kN。

1.2.3 滑升摩擦阻力

滑升摩擦阻力按G3=sfk計(jì)算,式中s為滑升模板面積;f為混凝土與模板間的單位滑升阻力,按2kN/m2計(jì)算;k為附加系數(shù),取為1.5。

經(jīng)計(jì)算,滑升摩擦阻力G3=330kN。

1.2.4 豎向荷載總和

G=G1+G2+G3=836.8kN

1.2.5 支撐桿承載力計(jì)算

允許承載能力:P=3.142EI/K(ul)2

式中,E為支撐桿的彈性模量,E=2.1×104kN/cm2;I為支撐桿的截面慣性矩,I=11.35cm4;K為安全系數(shù),取k=2;ul為計(jì)算長度,按108cm計(jì)算。

經(jīng)計(jì)算 P=100.74kN,則P/2=50.37kN。

1.2.6 千斤頂承載力

P0/2=100×0.5=50kN

式中,P0為千斤頂允許承載能力,P0=100kN。

因此支撐桿的數(shù)量(即千斤頂?shù)臄?shù)量)n=w/CP。式中,w為支撐桿承載,w=G1+G2+G3=836.80kN;P為取千斤頂允許承載能力,取50kN;C為載荷不均衡系數(shù),取0.8。

計(jì)算所得n=w/CP=20.9臺。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特征,在實(shí)際施工中為保證模體均勻滑升并考慮一定安全系數(shù),選用千斤頂22臺,支撐桿22根均勻?qū)ΨQ布置。

2 滑模施工工藝

2.1 滑模施工的特殊要求

2.1.1 對結(jié)構(gòu)的要求

由于滑模模體是具有特定結(jié)構(gòu)的定型模具,在滑升過程中不具有變化體形的功能,所以混凝土結(jié)構(gòu)以等截面、少變化、大高度等為宜。在這種情況下才能發(fā)揮出滑模的最大優(yōu)勢,體現(xiàn)滑模的施工價(jià)值。水工結(jié)構(gòu)中常見的進(jìn)水塔、調(diào)壓井襯砌、豎井襯砌等結(jié)構(gòu)形式都具有以上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),非常適合滑模施工技術(shù)的應(yīng)用。在滑模施工技術(shù)中還要對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的梁、預(yù)埋插筋等進(jìn)行改進(jìn),以預(yù)留梁窩、埋設(shè)特定形式埋件等方式解決。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,對于體形過大、截面積過大的結(jié)構(gòu),需要分成兩個或兩個以上的滑模模體進(jìn)行施工,對結(jié)合部位按照施工縫進(jìn)行處理。

2.1.2 對鋼筋的要求

對于混凝土中的鋼筋本身沒有特殊要求,但由于滑模滑升速度較快,鋼筋連接形式需要改為套筒連接等快速連接方式,以保證滑模滑升過程中,鋼筋的安放滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1.3 對混凝土的要求

由于滑模施工中模體滑升速度較快、混凝土澆筑強(qiáng)度較大,下料、振搗等混凝土工序都需要快速完成;所以在滑模施工前期準(zhǔn)備工作中砂石骨料、水泥、粉煤灰等混凝土原材料必須充分;混凝土運(yùn)輸、入倉的方式方法必須科學(xué)合理,并且能夠滿足大強(qiáng)度的澆筑需要;混凝土配合比需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,使入倉混凝土不僅和易性好,并且具有適當(dāng)?shù)某跄龝r間,保證模體的順利滑升和混凝土的施工質(zhì)量。

2.2 滑模施工過程

2.2.1 施工準(zhǔn)備

滑模施工技術(shù)的前期準(zhǔn)備工作包括模體的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝;滑升系統(tǒng)中支撐桿的焊接、安裝,千斤頂?shù)臋z查、安裝,控制臺的安裝、調(diào)試;電源(包括備用電源)的接入;混凝土入倉方法的準(zhǔn)備;混凝土配合比的調(diào)整;鋼筋(包括連接套筒等)的制作、運(yùn)輸?shù)轿弧B(yǎng)護(hù)水管及水源的接入等工作。

2.2.2 滑模施工

2.2.2.1 鋼筋綁扎

滑模施工的特點(diǎn)是鋼筋綁扎、混凝土澆筑、滑模滑升平行作業(yè),連續(xù)進(jìn)行,互相適應(yīng)。模體就位后,按設(shè)計(jì)進(jìn)行鋼筋綁扎,為保證滑升速度,采用套筒聯(lián)接。根據(jù)滑模的工藝特點(diǎn),滑模用支撐桿(Ф 48mm×3.5mm)代替部分立筋。滑升施工中,支撐桿接頭在同一水平面內(nèi)不超過接頭總數(shù)的1/4,因此第1套支撐桿要有3種以上長度(6,3,2m),錯開布置。要求支撐桿平整無銹皮,當(dāng)千斤頂滑升至距支撐桿頂端小于0.5m時,應(yīng)接長支撐桿,接頭對齊,不平處用角磨機(jī)找平磨光。

2.2.2.2 混凝土澆筑

按下料—平倉振搗—滑升—鋼筋綁扎—下料的順序進(jìn)行。要求對稱均勻下料,按每層0.3 m分層澆筑,采用插入式振搗器振搗,避免直接振動支撐桿及模板。

混凝土的水平運(yùn)輸及垂直運(yùn)輸能力是影響滑模施工的關(guān)鍵,因此必須有足夠的混凝土入倉能力。根據(jù)施工現(xiàn)場的特點(diǎn)以及工期安排情況,多采用混凝土罐車、皮帶機(jī)等水平運(yùn)輸方式、采用混凝土泵、溜管等方式進(jìn)行垂直運(yùn)輸。現(xiàn)場塔式起重機(jī)等起重設(shè)備作為備用方式進(jìn)行。

2.2.2.3 模體滑升

混凝土初次澆筑和模板初次滑升嚴(yán)格按以下6個步驟進(jìn)行:第1次澆筑100mm厚一級配混凝土或砂漿,接著按300mm分層澆筑2層,厚度達(dá)到700mm時,開始滑升30～50mm檢查脫模的混凝土凝固是否合適,第4層澆筑后滑升150mm,繼續(xù)澆筑第5層,滑升150～200mm,第6層澆筑后滑升200mm,若無異常情況,便可進(jìn)行正常澆筑和滑升。施工進(jìn)入正常澆筑和滑升時,應(yīng)盡量保持連續(xù)施工,并設(shè)專人觀察和分析混凝土表面情況,根據(jù)現(xiàn)場條件確定合理的滑升速度和分層澆筑高度。依據(jù)下列情況進(jìn)行滑模正常滑升鑒別:滑升過程中能聽到“沙沙”的聲音;出模的混凝土無流淌和拉裂現(xiàn)象,手按有硬的感覺,并留有1mm左右的指印;能用抹子抹平。滑模正常滑升后根據(jù)現(xiàn)場施工情況確定合理的滑升速度,控制滑升高度30cm,日滑升高度約2.5m。滑升過程中有專人檢查千斤頂?shù)那闆r,觀察支撐桿上的壓痕和受力狀態(tài)是否正常,檢查滑模中心線及操作盤的水平度。為保證墩體中心不發(fā)生偏移,在前后墩頭及邊墩外側(cè),各懸掛1根或幾根垂線進(jìn)行觀測,并使用全站儀進(jìn)行不斷修正、校核,確保混凝土結(jié)構(gòu)體的垂直,滿足設(shè)計(jì)要求;利用千斤頂同步器進(jìn)行水平控制,并使用水準(zhǔn)儀、全站儀進(jìn)行水平測量檢查,保證滑模模體的水平滑升,確保混凝土結(jié)構(gòu)體形滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2.4 表面修整及養(yǎng)護(hù)

混凝土表面修整是關(guān)系到結(jié)構(gòu)外表和保護(hù)層質(zhì)量的工序,當(dāng)混凝土脫模后,須立即進(jìn)行此項(xiàng)工作。滑升時混凝土強(qiáng)度為0.1～0.3 MPa(混凝土表面用手指按壓可留1mm的壓痕),這時混凝土仍處于初凝時間,一般用抹子在混凝土表面作原漿壓平或修補(bǔ),如表面平整可不做修整。為使已澆筑的混凝土具有適宜的硬化條件,減少裂縫,在輔助盤上設(shè)灑水管噴水對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.2.2.5 模體拆除

滑模滑升至指定位置時,滑模模體脫離混凝土后,利用現(xiàn)場布置的起吊設(shè)備在高處進(jìn)行拆除。在條件具備的情況下,可進(jìn)行整體分解拆裝。

3 滑模施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

滑模施工技術(shù)具有工序簡單、施工速度快、混凝土外觀質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn),但同時也存在著一次性投入大、模板制作工藝復(fù)雜、制造周期長、滑升設(shè)備操作復(fù)雜、滑升速度較難掌控、需由專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行施工等不足之處。比較滑模施工的優(yōu)缺點(diǎn),總體而言,滑模施工技術(shù)對于水電站工程中的進(jìn)水塔、調(diào)壓井井筒等截面變化小、上升高度高、體形復(fù)雜的混凝土施工,還是非常值得借鑒、使用的施工方法。

4 結(jié) 語

滑模施工技術(shù)在北疆某水電站工程的成功應(yīng)用,為該工程建設(shè)節(jié)省了寶貴的混凝土施工時間,提前工期近2個月,為后續(xù)施工爭取了極為有利的條件,也為整體工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了良好條件。滑模施工技術(shù)在該工程的成功應(yīng)用也為北疆地區(qū)以及其它混凝土施工期較短地區(qū)的水電站等工程的設(shè)計(jì)、施工積累了一定經(jīng)驗(yàn),具有一定的參考價(jià)值。