浅谈滑模技术在大华桥水电站竖井混凝土衬砌施工中的应用

2019-02-15王建国洪华斌张芸华

水力发电 2019年6期

王建国，洪华斌，张芸华

(浙江华东工程咨询有限公司，浙江杭州 311122)

0 引言

滑模技术在水利水电工程梯形或U形渠道边坡、大坝坡面、流道或较深的洞井及闸墩、桥墩及柱体等水工建筑施工中运用较多。滑模施工技术对保证水利水电工程的施工质量，促进快速连续施工，增加施工安全系数，降低施工及运行成本等具有重要意义。滑模技术在大华桥水电站出线竖井井壁筒仓结构混凝土衬砌施工中得到了成功应用，实现了简捷、快速、经济、安全的施工管理成效，环境与经济综合效益显著。

1 滑模技术概述

1.1 滑模工作原理

滑模是模板缓慢移动结构成型，一般是固定尺寸的定型模板，由牵引设备的牵引，实现连续快速施工的一种工艺技术。滑模不仅包含普通或专用等工具式模板，还包括动力滑升设备和配套施工工艺等综合技术，滑模较常规浇筑模板引入了滑动辅助装置，滑升动力主要由成组液压千斤顶供给，同步作用带动工具式模板或滑框沿着刚成型的混凝土表面或模板表面滑动，混凝土分层向套槽内浇灌，当模板内下层的混凝土达到一定强度后，模板套槽依靠提升机具向上按定距提升滑动，如此连续循环作业，直到浇筑至设计高度，完成整个施工。

1.2 滑模技术的优缺点及特性

从施工工艺来说，滑模施工技术是对传统混凝土浇筑工艺的革新，通过模具的连续滑升移动，极大地提升了混凝土浇筑效率和质量，要想取得好的施工成效，就必须充分发挥滑模技术的各项优点。经实践总结与分析，滑模技术的优点主要有：提升了建筑结构的整体性，减少施工缝的产生和处理成本；提高了混凝土浇筑施工效率，减少了中间环节和分层，便于机械化操控作业和管理维护，实现了循环连续施工的效果；节省了大量辅助设施消耗及中间过程投入，降低了施工成本；混凝土一次成型滑升到位，减少了施工缝处理及表面质量缺陷的产生，提升混凝土体型及表观质量，增加了建筑结构物的观感效果。

滑模施工也存在一定的不足之处，在专业技术方面要求较高，施工期准备工作较多，包括技术施工预埋件安装、钢筋绑扎、梁窝或结构预埋、混凝土浇筑等都必须保证一气呵成，多工序协同作业，不能出现丝毫的偏差；工序衔接须达到较高的水平，工序标准化程度要求较高；高空临边作业安全风险较大，安全防护措施须到位；因此须从多方面完善对该技术的应用；虽然该技术的水平较高，但并不意味着能够适合所有的施工情况，还是需要对限制条件进行系统整理分析，提出完善和改进措施后方可实施。

2 滑模技术在大华桥水电站的应用

2.1 工程概述

大华桥水电站出线系统由出线竖井和上下平洞组成，竖井内布置有电缆道及电梯和楼梯等，竖井开挖直径11.8 m，高197.92 m，井壁衬砌厚度50 cm，衬后直径为10.5 m，出线竖井内部板、梁、电梯井道板与楼梯均为预制结构。由于竖井衬砌断面大、深度较深，经技术及经济上综合比较与分析后，认为采用滑模技术较合理。

2.2 安装及调试

竖井滑模主要由外围弧模、围圈、爬杆、千斤顶、提升架、幅射梁、分料平台、悬吊抹面平台及液压系统等组成，共设置18根爬杆、9趟溜槽，模板高度为1.2 m。滑模结构安装工艺程序为测量放样标出滑模安装设计中心线与结构边线→中心筒与辐射梁安装固定→安装提升架→安装主平台梁、走道板→安装爬杆及套管→安装千斤顶→安装模板→安装液压系统并调试→安装分料平台、防护栏杆→安装抹面平台。

在安装滑模之前，应提前搭设施工平台或浇筑底板，以确保模体定位精确、支撑杆件稳定牢固。为更好地发挥滑模技术的精确要求，采用测量仪器标定多个控制点和导向仪，以此为定位基准进行模板安装和滑升控制工作。另外，为保证滑模的稳定，还应加强竖井井壁表面及叉洞口的稳定性。在模板提升一定的高度后，应对模板的方位和倾斜情况进行测量校核，使模板与原始控制点在平面上保持对应关系，经测量校核无误方可进行混凝土的浇筑。

2.3 运行操作

在完成基础的安装与调试后，对其进行运行操作，以此来观察滑模技术的应用效果，提前改进和预控。应从以下方面加强控制：①基座首层混凝土浇筑需兼顾效率和质量，严格控制模板体型及支撑系统的稳定性；②基座层浇筑结束后，应对其表面进行磨平，确保模板贴合紧密；③当混凝土浇筑到一定高度后，停止施工并对模具、油压系统及各构件进行系统检测，确保系统运行工况完好。

2.4 混凝土浇筑及养护

混凝土采用HBT-60A混凝土拖泵泵送入仓，30 m高度以上采用沿井壁布设Φ219溜管接旋转料斗与溜槽入仓，混凝土溜管垂直运输配缓降器，防止混凝土分层离析，两种方案协调配合使用。

下料和平仓要求混凝土入仓自由下落高度不大于1.5 m，浇注混凝土均匀上升，两层混凝土高差不得超过50 cm，按一定方向、次序分层、对称平仓，每层混凝土厚度为30～50 cm，随浇随平仓，不得堆积，浇筑时严格控制下料厚度及振捣时间，采用赶浆法对称振捣，以保证新老混凝土接槎部位粘结良好。

对混疑土的浇筑速度须进行严格控制，并与滑模的提升速度保持一致；混凝土浇筑过程中如因故终止，并超过允许间隔时间且初凝时，应按工作缝处理。对混凝土的塌落度应严格控制，一般掌握在10～14 cm之间，但也要根据气温等外部因素的变化而作调整。

在混凝土强度不低于设计强度90%时，方可拆除模板。拆模后若发现混凝土有缺陷，提出处理意见，对不同的混凝土缺陷，按相应的专项措施处理，直至满足设计和规范要求。

2.5 滑模滑升

初始滑升。首批入模的混凝土分层连续浇筑至60～70 cm高后，混凝土强度达0.1～0.3 MPa(混凝土贯入阻力仪测定)时，便开始试滑升。以确定是否达到出模强度，并特别注意爬杆有无弯曲，千斤顶、油管接头有无漏油现象，模板倾斜度是否正常等。滑模初次滑升要缓慢进行，滑升过程中对液压装置、模板结构以及有关设施的负载条件下作全面的检查，发现问题及时处理，若无异常现象，则可进行正常滑升。

正常滑升。滑模平均滑升速度应根据现场试验确定，滑模滑升速度为

V=(H-h-a)/T

式中，V为模板滑升速度；H为模板高度，取1.2 m；h为每个浇筑层厚度，取0.3～0.5 m；a为混凝土浇筑后表面到模板上口的距离，取0.1 m；T为混凝土达到出模强度所需的时间，结合本工程同类部位混凝土达到拆模强度时间，T取3～4 h。

经计算，可得V=0.15～0.26 m/h。滑升时，两次提升的时间间隔不超过1.5 h。若脱模混凝土有流淌、坍塌或表面呈波纹状，说明混凝土脱模强度低，应放慢滑升速度；若脱模混凝土表面不湿润，手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂现象，则说明脱模强度高，宜加快滑升速度。滑模浇筑至接近竖井顶时，应放慢滑升速度，准确找平混凝土，浇筑结束后，模板继续上滑，直至混凝土与模板完全脱开为止。

2.6 滑模纠偏和停滑处理措施

经分析，滑模发生偏移原因主要有：一是模板内混凝土的侧压力不均衡而使模板发生偏移；二是千斤顶爬升不同步而造成模板产生倾斜，甚至发生扭转。针对不同原因的模板偏移须采用不同的预防和纠偏措施，纠偏按渐变原则进行。具体为

(1)测量控制。模板的初次滑升必须在设计的断面尺寸上，当模板组装好之后，要求精确的对中、整平，经验收合格后，方可进行下道工序。模板对中、调平后，在井口设置重垂线，在滑升过程中，时刻观察模板与垂线的相对位置，每滑升5 m，由测量人员检查复核体形一次，并采用2台激光铅直仪检查垂直偏差。

(2)初次滑升模板固定。在初次滑升时，为了防止混凝土下料不均匀而对模板产生不均衡侧压力使模板发生偏移，因此在模板对中、调平、固定重垂线后，对模板上下口进行加固和限位。在整体滑升过程中，混凝土下料对称均匀，必须遵守入仓、平仓、振捣、滑升的顺序，且控制好混凝土的下料速度和滑模的滑升速度，一般控制模板中混凝土高度在90 cm左右，即滑空高度不超过30 cm。

(3)爬杆的限位。由于爬杆的自由长度比较长，在外力作用下有可能产生侧向位移(即摆动)，为了防止此类现象发生，在施工中根据施工情况(如出现摆动时)，利用井身内锚筋均匀布置对爬杆加固和限位处理。

(4)对千斤顶不同步进行限位。模板在滑升阶段偏移最主要原因是千斤顶爬升不同步而造成，即模板中心线与井身的中心线不重合，为了防止此类现象的产生，采取措施如下：每个千斤顶在安装前均进行调试，保证行程一致；每个千斤顶均安装限位装置，并用水准仪找平，保证模板在30 cm衬砌段中行程一致，从而精确监控整个模板水平上升位移而不发生偏移。

(5)千斤顶纠偏。在滑升过程中，通过重垂线发现模板有少量偏移(一般在±1 cm以内)，利用千斤顶来纠偏，如发生向一侧偏移，关闭此侧的千斤顶，滑升另一侧，即可达到纠偏目的。在模板整个滑升过程中，由专人负责检查中线情况，发现偏移，应及时进行纠正，并严格管理，防止因操作不当而引起模板偏移。

滑模滑升过程中有可能遇到模板停滑情况，滑模停滑包括正常停滑及特殊情况下的停滑。停滑后，在混凝土达到脱模强度时，将模板全部脱离混凝土面，防止模体与混凝土粘在一起，并清理好模板上的混凝土、涂刷脱模剂。因特殊情况造成的停滑，混凝土面按施工缝或设置环向止水进行处理，处理完成后按照初次滑升步骤重新启滑。

2.7 抹面

滑升过程中，设专人观察和分析混凝土表面情况，确定合理的滑升速度及滑升时间，检查脱模后的混凝土凝固情况。若爬升过早容易起皱，抹面后仍会起皱；若爬升过晚混凝土达到一定强度后根本无法抹面，一般情况当混凝土强度达到0.1～0.3 MPa时，模板即可进行滑升，或混凝土面手按会留下明显的手印即可利用原浆抹面，这样即节省材料和人工，又可提升混凝土表观质量。

2.8 养护

滑模滑升后，待混凝土终凝即可开展井壁混凝土的养护工作，养护以洒水保湿养护为主，养护时间不少于28 d，养护期内混凝土表面应始终保持热潮湿状态，对掺有膨胀剂的混凝土应富水养护，气温低于5 ℃时，不得浇水养护，并注意保温措施。

2.9 滑模的拆除

滑模系统的拆除主要考虑施工安全和对混凝土构件的防护问题，施工完成后，首先通过提升系统将滑模从混凝土表面撤离，之后在顶部将滑模模板、分料平台等上部构件拆除，拆除过程应由外到内，由附属到结构，最终将系统逐件拆分完成利用卷扬设备吊运至竖井底部，清运并分类存储保养，拆除期间须做好安全屏蔽和防护措施。

3 施工质量控制要点

为了使混凝土质量能够满足现场的施工需求，须提前储备原材料，并对混凝土配合比进行科学配制和优化，保证不同性能和施工要求。制定严格的模板加工质量控制标准，模板间拼缝与已衬砌的混凝土面要封闭严实防止漏浆，并且模板施工与其他工序施工应紧密结合。模板安装前，要做好模板的清理和保养工作，并涂刷脱模剂；混凝土浇筑时设专人检查模板及漏浆情况，并及时采取处理措施。

对混凝土的施工制定全过程的质量监控措施，控制生产过程；控制混凝土运输过程；收集混凝土坍落度、入模温度、初凝时间等技术参数；及时地对和易性进行检测，提升混凝土入仓浇筑性能，随时测量并控制混凝土标高及几何尺寸，注意滑模的提升和混凝土的浇筑速度的一致性，有效控制混凝土等强及上升速度。防止骨料分离，注意层间结合，加强振捣，确保连续浇筑，防止出现施工冷缝，加强巡视维护，异常情况及时处理；浇筑边墙时，控制布料设备出口离模板的距离，且不得直冲模板和钢筋骨架布料。配备足够的振捣、平仓工具及振捣工，混凝土入仓后要加强平仓振捣，不得堆积，严禁滚浇，振捣泵送混凝土时，振捣棒移动间距宜为40 cm左右，振捣时间宜为15～30 s，且个20～30 min后进行复振。

另外，在混凝土浇筑过程中，要加强技术交底，保持稳定的作业人员和统一的施工技术参数，确保各工序环节施工人员都熟知各环节中进度、技术及质量控制的要点，还必须安排专人负责经常检查、调整模板的形状及位置，使其与设计线的偏差不超过模板安装允许偏差绝对值的1.5倍，并作好记录。

4 施工中难点及处理措施

在滑模施工中，存在多专业配合及连续施工作业情况，为实现混凝土的连续上升浇筑和循环作业，针对施工中遇到的一些难点和相应处理措施做如下说明：

(1)滑模安装精度及稳固性须加强。滑模施工技术作为一种高效率的快速机械施工方式，为提升滑动精度，保证井壁连续衬砌及成型质量，首先在模板设计及防变形控制、移动方向规划等方面须做专业设计，并在基座浇筑及模体安装定位阶段，必须保证其精确度和支撑杆件的稳固；其次埋件及钢筋绑扎等基础工作必须定位精确并提前完成。

(2)滑升平台易变形，平台刚度和稳定性应加强。在滑升过程中，由于筒仓的直径较大，平台受自重、施工活载、混凝土磨阻力及各种附加荷载的影响也很大，容易出现变形，进而造成结构的垂直度超差或扭转偏差严重，甚至无法继续滑升的现象。所以在平台组装阶段，应控制提升架及千斤顶的数量，且均匀布置提升架及千斤顶，在安装提升架时，必须保证垂直度，且横梁要水平。液压油管长度及直径要基本一致，油路畅通，以保证加压时压力传送同时到位。加密平台的垂直支撑系统，增设适当的剪刀撑；加大柔性平台的拉筋直径，加密拉筋数量。

(3)尽量减轻施工平台自重和施工荷载。在加强平台刚度的同时，应尽可能地减少自重对平台的影响。自重过大时，必然增加起升系统的负荷。同时还要注意滑升过程中平台上的材料堆放问题，力求要做到材料的均匀堆放，在保证使用的情况下，尽可能做到堆量少，勤上料，同时垂直运输设备的选择和配备一定要合理。

(4)保证混凝土浇筑强度及钢筋绑扎速度。因滑模施工要求连续、不间断作业，故每一滑升高度的混凝土浇筑及钢筋绑扎必须在规定的单位时间内完成，否则将影响滑模工作的连续进行。当筒仓结构直径增大后，混凝土的浇筑量和钢筋绑扎量都将增大，且混凝土的凝结时间相对固定，因此为保证衬砌的连续性和结构完整性，必须施工强度合理、各工序联动和密切配合方可保证混凝土的连续浇筑上升和正常循环。