滑模施工技術在萬家寨中孔溢流面修復中的應用

焦 昊

（黃河萬家寨水利樞紐有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概況

萬家寨水利樞紐工程，位于黃河北干流托克托至龍口河段峽谷內，屬一等大（一）型工程。樞紐工程的主要任務是供水結合發電調峰，同時兼有防洪、防凌作用，為引黃入晉工程的龍頭工程。水庫總庫容8.96億m3，調節庫容4.45億m3。樞紐年供水量可達l4億m3。電站裝有6臺單機容量180 MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量為l 080 MW，多年平均年發電量為27.5億kW·h，年利用小時數2 546 h。

萬家寨水利樞紐泄水建筑物布置在左岸，分布在4～10號壩段，由8個 4 m×6 m的底孔，4個 4 m×8 m 的中孔，l個l4 m×l0 m的表孔組成。中孔的主要作用為泄洪排沙和排泄漂浮物，布置在9號、10號壩段。中孔堰面曲線為拋物線，方程為y=0.011 765x2，后接坡度1∶0.85的直線段，直線段與護坦間以半徑為35 m的反弧段連接，反弧夾角為 49°38′08″。

2 中孔溢流面修復的設計方案

萬家寨水利樞紐采用“蓄清排渾”的運用方式，每年需排走80%以上的泥沙。因黃河泥沙具有硬礦物含量高、硬度大、泥沙顆粒多呈棱形的特點。泄水建筑物經過10多年運行后，存在不同程度的混凝土老化、裂縫、剝蝕等現象。

為保證泄水建筑物后期安全運行，2014—2015年萬家寨水利樞紐分兩期，對5～8號底孔壩段、9～10號中孔壩段等的過流部位進行修復。其中，中孔溢流面混凝土，采取少鑿多澆的方式進行徹底修復，考慮到中孔溢流面曲線由1段函數曲線、1段斜線、1段圓弧線組成，且過流流速較高，混凝土外觀質量控制尤為重要，經方案比選后，選用滑模施工工藝進行混凝土澆筑。

2.1 鑿除表層疏松混凝土

根據前期檢測情況，分別對溢流面壩下0+08.825—0+14.825段鑿除30 cm深，壩下0+14.825—0+58.510段鑿除10 cm深，壩下0+58.510—0+087.50段鑿除30 cm深，鑿除后表面應為新鮮堅硬的混凝土。

2.2 新老混凝土結合面處理

在鑿除面上植入環氧樹脂錨桿，錨桿采用直徑16 mm間距500 mm，深入老混凝土35 cm，頂部與表層鋼筋網焊接，表層鋼筋采用直徑16 mm，間距150 mm鋼筋網。在新老混凝土結合面清洗結束后、新混凝土澆筑前，涂刷一層界面膠，以增加層間結合。

2.3 混凝土澆筑

新澆混凝土為C50 F300 W6（二）高強混凝土，澆筑厚度28～59 cm。

3 滑模構造

本工程采用滑模施工的范圍為壩下0+075—壩下0+030.2函數曲線段。整個滑模系統由模板、加勁桁架、軌道、支撐架、行走及提升設備等組成。

3.1 模板與加勁桁架

模板長度根據溢流面寬度確定為16 m，共由3塊鋼板組成，其中2塊規格尺寸為長7.3 m、寬1.2 m，1塊規格尺寸為長1.4 m、寬1.2 m；面板選用5 mm厚Q 235鋼板加工，肋板為63 mm×6 mm扁鋼，間距為0.38 m。

桁架整體長度16.6 m，高2.0 m，寬1.20 m，為梯形斷面，分二節加工，現場用螺栓連接；桁架上下弦桿采用25號a槽鋼加工，立桿及水平桿采用16號a槽鋼加工，斜桿選用∠75 mm×75 mm×8 mm角鋼加工。

3.2 軌道與支撐架

軌道材料選用Ⅰ25工字鋼，按溢流面曲線分段進行加工制作，兩條軌道中心距離為16.1 m。為便于現場運輸和吊裝，每6 m一段分節組裝。支撐架材料選用16號a槽鋼和DN 159鋼管立柱，間距1.5 m，與軌道采用焊接固定。支撐架的布置型式分為兩種。

3.2.1 壩段分縫處布置型式

DN 159鋼管作為支撐架，下端采用14 mm鋼板與錨筋焊接，固定于溢流面上。錨筋為直徑25 mm鋼筋，在溢流面壩段分縫處布設，間距150 cm，具體型式見圖1。

圖1 壩段分縫處支撐架型式

3.2.2 導墻處布置型式

16號槽鋼作為支撐架，與錨筋焊接固定在導墻上。錨筋有直徑25和直徑16鋼筋兩種，直徑25鋼筋布設在導墻部位高于溢流面38.4 cm處，間距150 cm，直徑16鋼筋布設在導墻部位高于溢流面18 cm處，間距150 cm，具體型式見圖2。

3.3 提升設備與行走裝置

滑模牽引力計算，采用《水工建筑物滑動模板施工技術規范》（SL 32-2014）中的滑模牽引力計算公式：

式中：K——牽引力安全系數；

τ——模體與混凝土的粘結力；

A——模體與混凝土的接觸面積；

圖2 導墻處支撐架型式

φ——模體傾角；

G——模體系統自重（包括配重、施工荷載），kN；

p——混凝土的上托力，kN；

f1——鋼模體與混凝土的摩擦系數；

f2——滾輪或滑塊與軌道的摩擦系數。

經計算，結果為141.2 kN。

根據現場施工實際，選用4臺20 t倒鏈為主要牽引設備，一邊懸掛在滑模兩個端部，一邊固定在預埋的錨固點上。兩組倒鏈采取一組活動，一組固定的提升方式，循環工作。

行走裝置采用兩副滾輪，分別安裝在桁架兩端，每副行走裝置包括四個組裝滑輪。行走裝置用定位板與桁架連接。

4 滑模施工準備

4.1 軌道安裝及滑模拼裝

軌道及支撐架安裝精度要求較高，施工前應由測量隊進行放樣，并反復校核，主要控制程序如下：

軌道中心線和立模邊線測量、支撐架位置測量、檢查支撐架標高、支柱上端部放軌道中心線、檢查軌道中心位置和軌頂標高、檢查溢流面線與設計線的偏差。

由于混凝土澆筑前要對溢流面進行鑿除，需要搭設腳手架做為平臺使用，軌道的測量放線在腳手架完全搭成前完成，以免埋件埋設相關準備工作無法完成。

支撐架與預埋錨筋、軌道與支撐架、模板與桁架均采用焊接連接。

滑模組裝完成后，在桁架下游側布設人工操作平臺，底寬1.0 m，高1.6 m，用以收面和檢查使用。

4.2 牽引設備安裝

牽引設備主要由4個20 t倒鏈和在溢流面上的錨固點組成，4個倒鏈兩兩一組進行對稱行動，保證一組活動，一組固定。錨固點設置在溢流面鑿除完成后的混凝土面上，采用4根直徑25鋼筋組成的錨筋樁，錨固長度根據現場拉拔試驗結果確定為30 cm。錨固點的穩定對施工安全至關重要，施工過程中每日對錨固點進行檢查，并形成記錄。

4.3 試滑

滑模系統安裝完成后，在施工前進行了空載提升試驗，主要目的是驗證軌道與滾輪之間的匹配情況；驗證支撐架與軌道的可靠性；檢驗滑升系統運行及制動情況。

試滑過程中，安排專業技術人員對上述情況進行認真細致的檢查，確認模體滿足要求后方可組織開始施工。

5 滑模施工

5.1 混凝土運輸及入倉

采用滑模施工部位的最大澆筑倉號面積11 m2，澆筑一層混凝土約3.4 m3。

溢流面高程901.4 m以下混凝土水平運輸采用8 m3混凝土攪拌車，沿左岸下游施工道路運輸至9—10號壩段護坦，倒入混凝土集料斗；溢流面高程901.4—946 m混凝土水平運輸采用8 m3混凝土攪拌車，沿左岸上壩公路運輸至中孔工作門，混凝土卸入混凝土吊罐。

溢流面高程900.0～901.4 m區域混凝土澆筑時由自卸汽車運送拌合料進入澆筑區域下游端部，然后設集料斗進行中轉，最后由長臂反鏟送料入倉；高程901.4～946.0 m混凝土澆筑時采用汽車吊、吊罐混凝土卸到工作門底部集料斗，再通過溜槽的方式進入倉號。

5.2 混凝土澆筑

混凝土澆筑時，層厚控制在30 cm左右。鋪料注意均勻對稱，確保滑模上升穩定。混凝土的塌落度控制在11～13 cm之間，根據現場溫度及時調整。

每層澆筑、振搗完成后，再進行下一層澆筑，當一個行程（1.2 m）結束后，等待第一層混凝土初凝后終凝前，開始向上游滑動模板，滑動高度每次不大于30 cm。振搗采用直徑50軟軸振搗器。

每層澆筑完成，滑模滑升后，安排專業技術工人進行抹面壓光，并及時進行塑料薄膜覆蓋養護。

5.3 滑模滑升速度控制

滑模滑升速度對混凝土成型的外觀質量和模體的施工安全至關重要。模體提升過早，混凝土無法成型，提升過晚，混凝土表面平整度較差且易產生裂縫，甚至可能造成安全事故。施工過程中牽引速度控制在5～10cm/min。一般白天滑升4m左右，夜晚滑升3m左右。

在滑模提升過程中，安排專人觀測行走滾輪運行狀況，對照埋設的標記進行檢查，隨時調整，確保滑模兩端同步上升。在達到理論脫模時間時必須滑升一次，直到滑空為止。

6 經驗與教訓

6.1 測量頻次加密

由于中孔堰面曲線為拋物線，滑模在制作和安裝過程中，需要進行反復測量校準。特別是在軌道埋件埋設時，埋設前測量放線完成后，在過程中隨高度每上升5 m，還要再次校準，避免較大偏差。

另外在滑模滑升過程中，及時用水平尺測量平整度，如超過要求，應及時予以解決，盡量避免混凝土終凝后再進行磨平處理。

6.2 減少現場作業對桁架的擾動

由于溢流面滑模施工對平整度和體型誤差要求高，因此施工作業時嚴禁對桁架擾動，增加局部荷載，造成變形。如禁止在滑模上放置重物，禁止混凝土澆筑時振搗器伸入滑模桁架部位，嚴格控制每次入倉混凝土量等。施工過程中，要安排專人在混凝土澆筑時和模板滑升時，觀察模體和軌道的穩定情況，如發現有上浮或模體脫離軌道現象，及時采取措施，確保安全和混凝土外觀質量。

7 結語

水工建筑物采用滑模施工工藝已有40多年的歷史，結構型式不斷改變，在易于施工和確保混凝土成型質量方面積累了很多寶貴的經驗。萬家寨重力壩中孔溢流面混凝土澆筑施工中，結合現場施工條件、工程特點，選用了桁架模板、固定軌道、倒鏈牽引、滾輪行走的滑模施工工藝，取得了預期的混凝土成型效果，平整度控制較好，在以后的類似工程中可借鑒使用。

施工過程中通過嚴格控制滑模制作加工、現場安裝、混凝土收面等工序的質量，在混凝土體型完整、表面平整等方面取得了預期的效果。