滑模施工技术在偏桥水电.docx
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滑模施工技术在偏桥水电
滑模施工技术在偏桥水电站调压井中的应用
摘要:
滑模施工技术在水利水电混凝土工程中是一种高效、低廉的施工方法,具有施工效率高、生产成本低、施工质量有保证等优点。
偏桥水电站调压井混凝土浇筑通过采用滑模施工技术,确保了工程施工进度和工程质量,同时降低了施工成本。
本文通过对偏桥水电站调压井混凝土浇筑采用滑模施工的方案确定、滑模设计、施工等进行了总结,为类似工程施工提供参考。
关键词:
偏桥水电站、调压井、滑模施工
1.工程概况
偏桥电站调压井由底板洞身段(0-022.00~0+000.00,净径5.2米,衬砌厚度1.5米);阻抗孔(▽1970.1~▽1975.4,净径3.8米,衬砌厚度2.2米),井身段(▽1975.40~▽2051.00,高度75.6m,净径14.6米,衬砌厚度1.5米),穹顶(▽2051.00~▽2057.04,设计喷锚支护)四部分组成。
井内设计有一趟爬梯,在▽1999.50、▽2024.40处设有休息平台。
2.滑模施工方案的确定
偏桥水电站调压井混凝土浇筑工期要求为2007年11月13日~2008年1月23日,该混凝土浇筑能否按时完成,是确保工程顺利发电的关键线路,工期段施工强度高。
本工程调压井具有井身宽、高度大、混凝土衬砌量大等特点。
如果采用普通脚手架与钢模板施工,工期将不能满足工程需求,且投入资源也很大。
通过多年来的施工经验,对于等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案之一。
滑模施工以其独特的施工工艺特点:
滑模施工速度快,日平均进度2.0米以上,不管结构体形多大,只要供料能力达到,一般都能达到这个速度。
如果能控制好混凝土的初凝时间,速度可更快;施工质量可靠,滑模混凝土浇筑严格按30厘米分层控制,浇筑、振捣作业在模板表面进行,便于操作和控制,同时滑模施工具有连续性,减少了施工缝,体形具有可调性,从工艺上杜绝了出现体形的较大偏差或跑模现象;表面质量平滑,外观平整,避免出现“麻面”,错台现象;综合成本低,由于滑模模体结构简单,重量轻,周转性材料投入少,大型设备占用时间短,综合成本可大大降低;安全性好,滑模模体结构有封闭、固定的操作平台,可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故。
根据本工程特点,调压井混凝土衬砌采用以滑模为主的施工方案。
具体方案为底板洞身段、阻抗孔及井底板倒角采用常规立模浇筑;井身段采用滑模施工,具体施工方法如下:
(1)滑模采用整体钢结构设计,保证模体结构稳定性。
滑模控制采用YKT-36液压自动调平控制台,配套选用QYD-100型液压滑模专用千斤顶。
(2)砼供应采用拌和站集中供料,6m3罐车运输,井底设2台HBT60砼泵(一备一用),井内搭设固定泵管脚手架,随滑模延伸。
混凝土输送至滑模操作盘,通过溜槽分层入仓。
(3)材料、人员上下采用在井底布置1台JD-40卷扬机,在滑模操作盘上设置的龙门架进行悬吊和吊笼提升,井内提升采取有稳绳运行,井内布置两根钢丝绳作稳绳。
(4)井内布置一趟380v供电电缆(3×25+1×10mm);一趟通讯、信号电缆(滑模施工中,井上下通讯利用声、光信号控制及对讲机联系);一趟洒水管;均固定在滑模盘桁架梁上随滑模延伸。
(5)在滑模盘上布置4根钢丝绳重垂线进行测量控制。
其具体施工程序如下:
井底板及倒角混凝土的施工(▽1973.40~▽1977.00)→井身段滑模施工(▽1977.00~▽2051.00)→底板洞身段施工(0-022.00~0+000.00)→阻抗孔段施工(▽1970.1~▽1975.4)。
3.滑模设计
调压井滑模设计用液压整体滑升模板,为保证施工质量,滑模采用整体钢结构设计,滑升千斤顶选用QYD-100型液压滑模专用千斤顶,滑升动力装置为YKT-36液压自动调平控制台。
滑模装置组成:
模板、围圈;提升系统;滑模盘;液压系统;辅助系统。
3.1模板、围圈
全套滑模模板采用δ=5mm钢板弯制而成,用∠50×5的角钢作为加劲肋,同整体框架骨架相连焊接固定。
模板高度选1.26米,模板锥度按小于3毫米控制,既在垂直方向上模板上口大于设计尺寸1.5毫米,下口小于设计尺寸1.5毫米。
围圈主要用来加固模板,采用上下两道,一面同模板角钢(加劲肋)焊接固定,一面和桁架梁上下边梁焊接,使各组模板成为一个整体。
3.2提升系统
滑模提升系统的钢结构制作部分是提升架,是滑模与混凝土间的联系构件,主要用于支撑模体,并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上,整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆,爬杆采用φ48×3.5mm钢管,提升架选用“F”型架,用14#槽钢和δ16mm钢板焊制。
根据设计计算,全套模体自重24吨,初选24个“F”型提升架,布置24台QYD-100型液压滑模专用千斤顶。
3.3滑模盘
滑模盘分为操作盘和辅助盘。
操作盘是施工的操作平台,承受工作、物料等荷载,同时又是模体的支撑构件,是滑模体的主要结构,采用整体框架钢结构,由于混凝土施工过程中,垂直荷载和侧向受力较大,为保证操作盘的强度和刚度,选用∠75×7、∠63×6角钢加工制作成复式框架梁。
在框架梁上铺δ3mm网纹钢板和马道板形成操作平台。
辅助盘是进行砼养护、修面及预埋件处理的工作平台,采用钢木结构悬吊布置,用10#槽钢和L63×6角钢弯曲焊制,上铺δ3mm网纹钢板或δ50mm马道板,用φ22mm圆钢悬挂在桁架梁上,辅助盘距井帮距离为150mm。
3.4液压系统
选用QYD-100型液压滑模专用千斤顶,设计承载能力为10吨,计算承载能力为5吨,爬升行程为40mm,液压控制台为YKT-36液压自动调平控制台。
高压油管:
主管选用φ16mm;支管选用φ8mm,利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连,全部千斤顶共分六组进行连接,形成液压系统。
3.5辅助系统
包括预埋处理、洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。
洒水养护是混凝土施工的一个重要环节,洒水管井身段采用1.5寸钢管,钢管之间采用法兰盘连接。
滑模体内采用φ25mmPVC塑料管,在井内沿混凝土表面布置一周,PVC管上钻孔,对混凝土表面进行洒水养护。
中心测量利用重垂线测量,观察模体的水平位移,在模体上挂3根重垂线进行观测、控制。
水平测量利用水准管原理,在模体上布置透明胶管,充水固定在模体上进行水平度观测。
滑模结构示意图
4、滑模设计计算(井身段)
4.1滑升摩阻力:
G1
G1=kfs
k:
附加影响系数,取k=2
f:
磨擦阻力,2KN/㎡
s:
模板的表面积
S=D·H=57.76㎡
则G1=kfs=2×2×57.76=231KN
4.2滑模结构自重G2
全套滑模重量G2=240KN
4.3施工荷载G3
(1)、人员:
T1=40×0.75KN/人=30KN
(2)、设备:
T2=20KN
(3)、材料、工具:
T3=30KN
(4)、提升动荷载:
T4=10KN
并取1.3倍的不均匀系数和2倍的动力荷载系数
则G3=(T1+T2+T3+T4)×1.3×2=234KN
4.4支撑杆的荷载
允许承载能力P=3.14²×EI∕K(Ul)²
E:
支撑杆的弹性模量,对A3钢E=2.1×109kg/cm
I:
支撑杆截面的惯性矩,对φ48×3.5钢管
I=11.35cm2
K:
安全系数,取K=2
Ul:
计算长度,按0.7×1.8=1.26m计
P=3.14²×EI∕K(Ul)²=74KN﹥千斤顶计算承载能力为50KN
4.5千斤顶数量
n=w/cp
w:
总荷载w=G1+G2+G3=231+240+234=705KN
c:
载荷不均匀系数,取0.8
p:
千斤顶计算承载能力50KN
n=705/(0.8×50)=18(台)
故选用24台千斤顶可满足要求。
根据滑模计算和结构具体情况布置千斤顶24台,支撑杆24根,可满足强度和结构要求。
提升架选择:
根据滑模荷载分析计算,选用24个“F”型提升架,可满足结构和强度要求。
5.滑模施工
5.1施工前的准备
施工前必须做好各项准备工作,其中包括井底提升设备、设施安装;混凝土泵管及分料槽布置;模体和液压系统准备;起滑面的凿毛、冲洗;测量放线工作;滑模组装调试;井内通讯、信号、照明、动力及悬吊系统形成。
为滑模验收开盘做好准备。
冬季施工还应作好防冻保温工作。
5.1.1.井底施工准备
在井底安装一台10t卷扬机,通过穹顶天锚导向为滑模安拆提供运输;布设一台JD-40吨卷扬机,安装导向轮,通过模体上的龙门架形成提升系统,为滑模施工期间人员和物料运输。
同时完成井内通讯、信号、照明、动力及悬吊系统形成。
5.1.2滑模制作组装
5.1.2.1滑模按设计制作后,进行组装调试,并按下表质量标准进行检查调整。
内容
允许偏差(mm)
模板装置中线与结构物轴线
3
主梁中线
2
连接梁、横梁中线
5
模板边线与结构物轴线
外露
5
隐蔽
10
围圈位置
垂直方向
5
水平方向
3
提升架的垂直度
≤2
模板倾角度
上口
0,+1
下口
-2
安装千斤顶的位置
5
圆模直径、方模边长
≤2
相邻模板的平整度
≤2
操作盘的平整度
10
5.1.2.2千斤顶进行试验编组:
(1)耐压:
加压120kg/cm2,5分钟不渗不漏;
(2)空载爬升:
调整行程30mm;
(3)负荷爬升:
记录加荷5吨,支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。
因施工用千斤顶,按一般要求需备用一部分,且需经常检修,还需备用如簧、保持架、上卡头、排油弹簧、楔块、密封圈、卡环、下卡头等。
5.1.2.3滑模调试
滑模组装检查合格后,安装千斤顶,液压系统,插入爬杆并进行加固,然后进行试滑升3~5个行程,对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查,发现问题及时解决,确保施工顺利进行。
5.1.2.4起滑面处理
滑模组装前,完成底板混凝土面凿毛和冲洗工作。
5.1.2.5测量放线
待底面冲洗干净,达到组装条件时,进行测量放线工作,由测量队给出设计轮廓线和十字中心线。
5.1.2.6滑模井下组装
利用井底卷扬机将模体组件吊至调压井底板进行组装。
组装完毕进行验收后,完成钢筋绑扎和千斤顶、爬杆安装,模板封堵。
5.1.2.7井内悬吊系统形成
利用提升系统完成井内供料管、供水管等安装,达到开盘条件。
施工现场需敷设一趟3×25+1×10电缆,提供380伏电源,为确保滑模施工顺利进行,不发生混凝土粘模事故,应做好50KVA备用电源准备工作。
5.2井身段滑模施工
滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升平行作业,各工序连续进行。
钢筋加工在井底附近的洞内完成,利用井底已布置好的提升装置吊至滑模工作盘。
混凝土在拌和站拌和完成后,由混凝土罐车运至井底,经布设在井底的HBT60砼泵输送至工作盘,通过溜槽人工配合入仓。
5.2.1钢筋绑扎、爬杆延长
模体组装调试就位后,严格按照设计图纸进行钢筋绑扎、焊接,搭接及焊接要符合设计规范要求。
滑升施工中,混凝土浇筑后必须露出最上面一层横筋,钢筋绑扎间距符合要求,每层水平钢筋基本上呈一水平面,上下层之间接头要错开。
由于水平钢筋设计在竖筋的外侧,受滑模提升架及模板的影响,不利于钢筋的绑扎,部分钢筋绑扎不上。
水平钢筋与竖向钢筋的位置需要作相应调整。
竖筋间距按设计布置均匀,相邻钢筋的接头要错开,同时利用提升架焊钢管控制钢筋保护层。
爬杆在同一水平内接头不超过1/4,因此第一套爬杆要有4种以上长度规格(3.0m4.0m 5.0m6.0m...),错开布置,正常滑升时,每根爬杆长3.0m,要求平整无锈皮,当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时,应接长爬杆,接头对齐,不平处用角磨机找平,爬杆同环筋相连焊接加固。
根据“等强代换”的原则,在不影响钢筋强度的情况下爬杆代替相应位置竖筋。
5.2.2滑模施工顺序
滑模施工按以下顺序进行:
下料—平仓振捣—滑升—钢筋绑扎—下料。
滑模滑升要求对称均匀下料,滑模混凝土要求塌落度7-9cm,正常施工按分层30cm一层进行,采用插入式振捣器振捣,经常变换振捣方向,并避免直接振动爬杆及模板,振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm,模板滑升时停止振捣。
滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度,按分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。
正常滑升每次间隔按2小时,控制滑升高度30cm,日滑升高度控制在3m左右。
混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下六个步骤进行:
第一次浇筑50mm砂浆,接着按分层300mm浇筑两层,厚度达到650mm时,开始滑升30—60mm检查脱模的混凝土凝固是否合适,第四层浇筑后滑升150mm,继续浇筑第五层,滑升150—200mm,第六层浇筑后滑200mm,若无异常情况,便可进行正常浇筑和滑升。
模板初次滑升要缓慢进行,并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查,发现问题及时处理,待一切正常后方可进行正常浇筑和滑升。
5.2.2.1模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时,应尽量保持连续施工,并设专人观察和分析混凝土表面情况,根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。
依据下列情况进行鉴别:
滑升过程中能听到“沙沙”的声音;出模的混凝土无流淌和拉裂现象,手按有硬的感觉,并留有1mm左右的指印;能用抹子抹平。
滑升过程中有专人检查千斤顶的情况,观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常,检查滑模中心线及操作盘的水平度。
5.2.2.2表面修整及养护
表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序,当混凝土脱模后,须立即进行此项工作。
一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补,如表面平整亦可不做修整。
为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件,减少裂缝,在辅助盘上设洒水管对混凝土进行养护。
5.2.2.3预埋件施工
调压井爬梯埋件设计变更为预埋钢板,滑模施工期间预埋钢板与混凝土浇筑同时进行,按照设计位置进行埋设。
边滑边焊接,也可后期焊接。
灌浆预埋管采用PVC管,按设计位置埋设,利用钢筋固定,模板通过后,在修面过程中使其外露,便于后期灌浆施工。
5.2.2.4停滑措施及施工缝处理
滑模施工要连续进行,意外停滑时应采取“停滑措施”,混凝土停止浇筑后,每隔0.5—1小时,滑升1—2个行程,直到混凝土与模板不在粘结(一般4个小时左右)。
由于施工造成施工缝,根据水电施工规范,预先作施工缝处理,然后在复工前将混凝土表面残渣除掉,用水冲净,先浇一层细骨料混凝土或水泥砂浆,然后再浇筑原配混凝土。
5.2.2.5滑模控制
滑模中线控制:
为保证结构中心不发生偏移,预埋件位置准确,利用工作平台梁固定四根垂线进行中心测量控制,同时也保证其它部位的测量要求。
滑模水平控制:
一是利用千斤顶的同步器进行水平控制,二是利用水准仪测量,进行水平检查。
5.2.2.6滑模施工中出现问题及处理
滑模施工中常出现问题有:
滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等,其产生的根本原因在于千斤顶工作不同步,荷载不均匀,浇筑不对称,纠偏过急等。
因此,在施工中首先把好质量关,加强观测检查工作,确保良好运行状态,发现问题及时解决。
(1)纠偏:
利用千斤顶自身纠偏,即关闭五分之一的千斤顶,然后滑升2—3行程,再打开全部千斤顶滑升2—3行程,反复数次逐步调整至设计要求。
并针对各种不同情况,施加一定外力给予纠偏。
所有纠偏工作不能操之过急,以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。
(2)爬杆弯曲处理:
爬杆弯曲时,采用加焊钢筋或斜支撑,弯曲严重时切断,接入爬杆重新与下部爬杆焊接,并加焊“人”字型斜支撑。
(3)模板变形处理:
对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原,变形严重时,将模板拆除修复。
(4)混凝土表面缺陷处理:
采用局部立模,补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。
5.3滑模模体拆除
滑模滑升至高程▽2051.00后,停止浇料,逐步滑空。
将辅助盘利用钢丝绳在天锚上锁死。
将模体分块对称拆除,利用井底卷扬机吊装下放到井底。
6、结论
根据上述施工方法,在偏桥调压井的混凝土施工中,应用该项技术提高了施工效率、降低生产成本、保证施工质量,实际完成工期提前一个月左右,再次体现了滑模施工技术在此类工程中的优势,希望能为类似工程施工提供借鉴。
作者简介:
段会平(1978-),男,甘肃庆阳人,助理工程师,从事水利水电工程施工技术和管理工作。
金国政(1977-),男,安徽肥东人,助理工程师,从事水利水电工程施工技术和管理工作。
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