大断面水电站调压井滑模施工

2013-09-19于忠金

东北水利水电 2013年9期

于忠金

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东 118002）

1 工程概况

双沟水电站工程位于吉林省白山市抚松县境内。双沟水电站调压井衬砌净直径为21 m，井深60.2 m，采用钢筋混凝土结构，壁厚120 cm。调压井高程557.5 m至597.5 m为圆形等断面，此部分采用滑模施工，滑模施工高度为40 m，井内有通气孔钢管埋件，597.2 m高程以下设有钢爬梯，滑模施工中作预埋件进行处理。根据以往的施工经验，滑模浇筑相对于常规支模浇筑具有混凝土施工连续性好、混凝土外观质量好、进度快、材料消耗少等诸多优点。

2 施工方案

根据多年来的施工经验，对于等截面长高度的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案。滑模施工以其独特的施工工艺，具有以下施工特点：1）滑模施工速度快，日平均进度2.5 m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。2）成本低，由于滑模模体结构简单，重量轻，材料投入少，消耗少。3）施工质量可靠，滑模混凝土浇筑严格按30 cm分层控制，浇筑、振捣作业在模板上方的工作平台上进行，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，防止出现体形的较大偏差或跑模，混凝土外观平整，避免出现“麻面”、错台现象。4）滑模施工安全性好，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。

双沟水电站工程调压井竖井段混凝土衬砌施工方案采用滑模施工，具体施工方法如下：

1）调压井滑模采用整体钢结构设计，保证模体结构整体稳定性。滑模提升控制采用液压自动调平控制台，配套选用10 t滑模专用千斤顶。

2）调压井滑模供料采用拌和站集中供料，井内设4趟φ219下料钢管，用钢丝绳悬吊在井口桁架梁上，下部设弯管缓冲器和竹节管，周边对称下料。

3）材料及设备采用设在井口的塔机吊运，人员上下采用建筑专用吊笼提升，井内提升采取有稳绳运行，井内布置两根钢丝绳稳绳。

4）井内布置一趟380 V供电电缆（3×25 mm+1×10 mm），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井口桁架梁上。

5）利用井口已有平台进行改造，形成封井口装置，用以形成井口平台，固定和悬吊井上下施工设施。

6）在井口平台布置4根钢丝绳重垂线进行滑模测量控制。

3 滑模设计

双沟水电站调压井工程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HY-100型10 t千斤顶，滑升动力装置为ZYXT-36型自动调平液压控制台，滑模装置组成为模板、围圈、提升系统、滑模盘、液压系统、辅助系统。

3.1 模板、围圈

全套滑模模板面采用δ6 mm钢板制作而成，用∠50×5的角钢作为加劲肋，同整体框架骨架相连焊接固定。由于门槽二期混凝土凿毛，阴角转角部位采用圆角处理，以减少滑升阻力，阳角转角部位用L63×6角钢作为导角模板。模板高度选1.25 m，模板锥度按小于3 mm控制，即在垂直方向上模板上口大于设计尺寸1.5 mm，下口小于设计尺寸1.5 mm。

围圈主要用来加固各部位段模板，采用上下两道，同模板角钢加劲肋焊接固定并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，是滑模板面与滑模骨架的联系构件，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φ48×3.5 mm钢管，提升架选用“F”型架，用14号槽钢和δ16 mm钢板焊制。根据设计计算，全套模体自重46 t，初选40个“F”型提升架，布置40台10 t液压千斤顶。

3.3 滑模盘

滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘为施工的操作平台，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∠100×100、∠75×75角钢加工制作成复式框架梁。在框架梁上铺δ3 mm网纹钢板形成操作平台。

辅助盘是进行混凝土养护、修面及预埋件处理的工作平台，采用钢木结构悬吊布置，用L63×6角钢和L50×5角钢焊制，上铺竹跳板或δ5 mm马道板，用φ20 mm圆钢悬挂在桁架梁上，辅助盘距井壁距离为15 cm。

3.4 液压系统

调压井滑模选用HY-100型千斤顶,设计承载能力为10 t，计算承载能力为5 t，爬升行程为30 mm，液压控制台为YKT-36型自动调平液压控制台。高压油管主管选用φ16 mm，支管选用φ8 mm，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

辅助系统包括二期混凝土预埋处理和洒水养护、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φ25 mmPVC塑料管，在井内沿混凝土表面布置一周，PVC软管上钻孔，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，在井口梁上挂重垂线进行观测。共布置4根（每个门槽设一个垂线）进行控制。

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。

4 滑模设计计算

4.1 滑升摩阻力G1

式中：k——附加影响系数，取k=2；f——磨擦阻力，2 kN/m2；S——模板的表面积，S=L·H=97×1.25=121.25 m2。则G1=485 kN。

4.2 滑模结构自重G2

全套滑模重量G2=460 kN。

4.3 施工荷载G3

人员，T1=50×750 N/人=37.5 kN；设备，T2=30 kN；材料、工具，T3=50 kN；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)×1.3×2=305.5 kN。

4.4 支撑杆的荷载

允许承载能力：P=3.142EI/K（Ul）2

式中：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=11.35 cm2；K——安全系数,取K=2；Ul——计算长度,按0.7×1.8=1.26 m计。

则P=74 kN。

4.5 千斤顶数量

式中：w——总荷载，w=G1+G2+G3=485+460+305.5=1250.5 kN；c——载荷不均匀系数，取0.8；p——千斤顶计算承载能力 74 kN。n=1250.5/（0.8×74）=21(台)。

根据滑模计算和结构具体情况，布置千斤顶 40台，支撑杆40根，可满足强度和结构要求。

5 滑模混凝土施工

5.1 施工前的准备

混凝土施工前必须做好各项准备工作，其中包括封井口形成提升悬吊设施，混凝土下料布置，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，井内悬吊系统形成，为滑模验收开盘做好准备。

5.1.1 井口施工准备

利用井筒开挖期间提升设施完成井口提升系统改造和封井口工作，布设1台建筑专用卷扬机作为滑模施工期间的人员提升。根据地面总体布置图要求，完成井口下料桁架梁安装、井口混凝土下料管和下料斗安装、井口安全护栏安装，并完成封井口工作。然后形成井上提升系统，同时完成井下供电电缆敷设、照明系统形成。

5.1.2 滑模制作组装

滑模按设计制作后，利用井口的起重设备吊装滑模组件，由模板、围圈、提升系统、滑模盘、液压系统、辅助系统依次进行组装调试，并按表1质量标准进行检查调整。

表1 滑模安装允许偏差表 mm

5.1.3 千斤顶进行试验编组

1）耐压：加压 120 kg/cm2，5 min 不渗不漏；

2）空载爬升：调整行程30 mm；

3）负荷爬升：记录加荷5 t，支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。

5.1.4 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。

5.1.5 起滑面处理

滑模下井组装前，自上而下对井壁进行冲洗，清撬浮渣、锚喷空洞处理，完成底板混凝土面凿毛和冲洗工作。

5.1.6 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。

5.1.7 井内悬吊系统形成

利用井口门吊提升完成井内下料管、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 V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50 kVA备用电源准备工作。

5.2 钢筋施工

钢筋在钢筋加工场地内加工完成后，利用井口布置好的龙门架下放到井底。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，因此部分钢筋绑扎不上，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（2.5，3.0，3.5，4.0 m ……），错开布置,正常滑升时，每根爬杆长3.0 m，要求平整无锈皮，当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350 mm时，应接长爬杆，接头对齐，不光滑处用角磨机磨平，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。

5.3 混凝施工

滑模施工用混凝土由地面搅拌站集中提供,有斜溜槽溜至下料钢管，由下料溜管通过竹节筒入仓。

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7～9 cm，正常施工按30 cm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50 mm，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 h，控制滑升高度30 cm，日滑升高度控制在3 m左右。

混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下步骤进行：第一次浇筑50 mm砂浆，接着按分层300 mm浇筑两层，厚度达到650 mm时，开始滑升30～60 mm检查脱模的混凝土凝固是否合适，第四层浇筑后滑升150 mm，继续浇筑第五层，滑升150～200 mm,第六层浇筑后滑200 mm，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。

5.4 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1 mm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。

5.5 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。

5.6 预埋板施工

调压井门槽门轨埋件，滑模施工期间预埋件与混凝土浇筑同时进行，按照设计位置进行埋设。

5.7 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 h，滑升1～2个行程，直到混凝土与模板不再粘结（一般4 h左右）。由于施工造成施工缝，根据水电施工规范，预先工缝处理，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。

5.8 滑模控制

滑模中线控制：为保证结构中心不发生偏移，门槽预埋件位置准确，利用井口平台梁固定4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。

5.9 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1/5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。

6 劳动组织与施工工期

根据滑模施工特点，该工程采用两班作业，间班劳动力组合：管理人员1人，技术员2人，钢筋工16人，混凝土工6人，电焊工6人，修面、养护工4人，滑模运行工2人，卷扬司机1人，井口5人，其它14人，合计57人。

施工工期：滑模施工进度指标为2 m/d，滑模加工15 d（不占直线工期），井口及下料系统准备3 d，井身滑模准备12 d，滑升工期20 d，拆除、收场6 d（不占直线工期），合计56 d。

7 质量安全保证措施

在滑模施工中，建立完善的施工质量保证体系，以质量安全部作为质量保证体系的管理机构，各施工队、班组、各部门负责本部门的管理，形成完善的质量管理体系，保证工作质量，确保工程质量。该工程采取的主要质量保证措施有：开展质量教育和培训工作，开工前进行全员质量教育和培训、培养质量意识，牢记质量目标；建立完善质量管理体系，成立质量管理机构，制订质量控制，质量保证办法，使各个工序管理、各个岗位管理，都有法可依，有章可循，认真开展监督检查工作，保证质量管理体系运行；实行全面质量管理（TQC），根据量控制，质量保证办法制订质量责任制，实行质量效益工资制。

安全管理是工程的重中之重，为了保证施工安全采取了以下措施：滑模施工队接受项目部安全管理机构的统一管理，遵守项目部各项安全规章制度，在项目部统一指挥下，组织好安全生产工作。施工人员上岗前必须进行安全技术教育和安全技能培训，考试合格方可上岗。滑模施工期间成立安全管理组织机构，各班配备安全检查员，施工队长为安全生产第一责任人，各班班长为本班安全生产第一责任人。安全员对本班安全生产进行监督和检查，安全管理机构每天进行巡查，杜绝违章指挥和违章施工。所有施工人员进入工地必须佩带安全帽，严禁酒后进入工地；高空作业人员必须佩带安全带。施工人员要做到三不伤害，即不伤害自己、不伤害他人、不被他人伤害。电工，电、气焊工，卷扬机司机等特殊工种施工人员做到持证上岗。井上下必须使用安全可靠的声、光控制信号，井口把钩工确认信号无误，方可给卷扬司机传递信号，并目送起吊物运行。严格井口管理和文明施工，防止坠人和坠物事故发生。竖井施工前，必须对井筒和井帮严格检查，防止片帮事故发生，对竖井施工提升和悬吊设施要按施工安全规程进行选用，施工期间作好定期检查工作，严禁带病作业。滑模试滑升阶段，安排专人对模体结构和焊接部位进行全面检查，发现异常立即进行补强和处理，达到正常方可进入正常施工。滑模操作盘和辅助盘要铺设严密，盘面保持清洁，防止人员坠落和坠物伤人。