白鹤滩水电站运行期水厂取水塔滑模设计与应用

姜蕊 郝国鹏 向东旭

摘要： 金沙江白鹤滩水电站运行期水厂取水塔工程结构复杂、混凝土浇筑体积大、施工难度高，再加上按精品工程标准要求，混凝土的成型质量要求更高。传统的组合钢模板分层施工因耗时长、质量控制困难、整体性欠佳等多种不利因素，很难实现大体积混凝土的精品工程质量控制。在白鹤滩水电站取水塔工程中设计了新型滑模系统，详细介绍了系统方案设计、实施步骤及过程控制要点。实践表明：采用新型滑模系统解决了大体积曲面混凝土一次成型质量问题，且缩短了施工工期，节约了成本，保证供水系统顺利运行。相关经验可为以后类似工程建设提供经验。

关 键 词： 滑模施工; 混凝土浇筑质量; 圆筒形取水塔; 白鹤滩水电站

中图法分类号：  TV52

文献标志码：  A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.018

 0 引 言

水工建筑物多为水下混凝土结构，其体积庞大，結构复杂。对于大体积水下混凝土结构而言，混凝土的一次浇筑质量影响到结构强度特性，因此对混凝土结构施工质量要求更高。滑模施工技术因可以实现大体积混凝土的一次浇筑成型、保证施工质量、节省施工工期而广泛应用于大型水利工程施工  [1-3] 。

马杜等  [4] 采用滑模工艺完成锦屏二级水电站上游调压井混凝土衬砌施工，加快了施工进度，且保证了混凝土浇筑质量。汪文桥等  [5] 优化改进了滑模的下料系统和模板系统，满足了混凝土均匀布料需求，提高了竖井内层环向钢筋绑扎的便捷性和混凝土衬砌质量。李晓  [2] 根据大直径浅圆仓结构特点，采用滑模施工工艺完成筒身结构浇筑施工，浅圆仓滑模施工质量符合施工技术规范，结构偏差均满足质量验收标准。邢海燕等  [6] 基于乌东德水电站地下厂房出线竖井深度大、空间小、型体要求高等特点，采用滑模衬砌法进行出线竖井分段衬砌，根据施工过程中模体的不同偏斜程度，采用倒链与模体平台控制型体偏差，使出线竖井达到外光内实、体型精准的要求。滑模施工工艺在钢筋混凝土烟囱和圆形构筑物施工中应用较广，但往往采用单一模体结构的滑模系统，在大体积圆筒形混凝土结构施工中应用较少。

金沙江白鹤滩水电站作为世界上在建的最大水电站，其运行期水厂取水工程浩大，取水量惊人。取水塔作为取水工程的关键组成部分，其混凝土结构质量直接关系到整个供水系统的安全运行。本文根据白鹤滩水电站运行期水厂取水塔结构复杂、浇筑体积量大、施工难度高等特点，改进了滑升模板和滑模纠偏系统，设计采用沿塔身内壁和外壁共同爬升的滑模结构，以保证大体积曲面混凝土的一次成型质量。

1 工程概况

金沙江白鹤滩水电站总装机容量1 600万kW，是世界在建的最大水电站，电站以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合利用效益。白鹤滩水电站运行期供水取水工程位于拦河大坝上游左岸发电进水口附近，设计取水规模为 36 000  m 3/d，主要承担电站运行期水厂的取水任务，水源取自白鹤滩库区。取水工程由圆筒形取水塔、取水明渠、取水泵房、交通桥及引水管线隧洞组成（见图1）。

圆筒形取水塔高程为753.00～834.00 m，塔体高81 m，厚2.5 m，塔体结构分为3段：① 753.00～ 774.00  m为基础段，塔体内设置有两道横隔墙; ② 774.00 ～804.00 m为中间段，塔内设置井字隔墙，塔体靠边坡一侧设置混凝土后背墙;③ 804.00～ 834.00 m 为顶部段，塔内设置的井字隔墙为下部隔墙延伸段，厚度与下部保持一致。取水塔结构组成见图2。

白鹤滩水电站取水塔内设多道联系横墙，预埋件众多，塔身钢筋密布，加之曲面混凝土浇筑体积大，施工难度更高，传统的施工工艺很难达到塔体的高标准质量要求  [7-9] 。为保证取水塔塔身浇筑一次成型，按精品工程标准完成永久取水工程建造，本文首次设计了双爬升通道滑模浇筑体系，实现了取水塔塔壁内外共同爬升，解决了大体积曲面混凝土一次成型质量问题，且能缩短施工工期，节约成本，保证了供水系统顺利运行。

2 方案设计

2.1 滑模设计

滑模施工是一种现浇混凝土工程连续成型的施工工艺，其施工方法是按照施工对象的平面形状，在地面预先将滑模装置安装就位，随着连续绑扎模板内的钢筋和浇筑混凝土，利用液压提升设备将滑模整体滑升，直至滑升到混凝土结构的设计高度为止  [8] 。如图3所示，白鹤滩水电站取水塔滑模装置包括模板体系、操作平台系统、液压提升系统、倒链纠偏体系、水电配套系统。

2.1.1 模板体系

模板是混凝土井壁成形的模具，其质量（主要包括刚度和表面平整度）的好坏直接影响到浇筑混凝土的成型及外观质量  [10] 。取水塔模板面板采用6 mm厚的钢板，内侧敷设20 mm厚HDPE板减小滑动阻力，保证混凝土成型。滑模模板圆弧段设计为定型圆弧模板，结构锐角设计为半圆角（导弧处理），防止滑模提升中造成的角部混凝土拉裂。模板高度为1.2 m，钢板背部按间距30 cm焊接∠50×∠50角钢作为加强肋。

模板外设围檩用以支撑和加固模板，设计为上下2道，围檩选用[12槽钢，上围檩距模板上口距离为30 cm，下围檩下沿距模板下口距离为15 cm，中围檩置于上下围檩正中，使其形成一个整体，围檩采用上、中、下3道。为满足水平侧压力要求，围檩与模板的连接采用∠50×50×5短角钢（20 cm）相连。角钢一端焊接在模板的角钢上，另一端与围檩工字钢焊接形成托架，围檩焊接固定在与提升架相连的桁架梁上。模板桁架中，采用∠100×100×8 mm角钢为主梁，∠80×80×6 mm为次梁和斜撑，外围操作平台在外圈桁架上铺装3 mm厚花纹钢板。

2.1.2 操作平台系统

滑模操作平台主要为主桁架平台与悬挂吊架平台，主桁架平台中心矩形空位采用井字形布置，连接对向模板桁架（见图4），平台骨架（提升架）采用4玄杆桁架，连接在提升架立柱上，玄杆采用∠80×80×6 mm角钢，连杆采用∠63×63×5 mm角钢。悬挂吊架平台作为混凝土后续表面检查、修补、养护的操作平台。整个操作平台系统均设置栏杆、踢脚板、安全防护网等安全防护设施，配备足够的照明设施与消防器材，保证整个滑升过程的施工安全。

滑模过程中操作平台采用中线控制和水平控制。中线日常测量在地面投放中线测量点，模体上悬挂垂球，滑升时当垂直度偏移超过允许偏差时，采取纠偏措施。水平控制采用限位卡加筒形套控制法  [11] ，即在支承杆上按混凝土浇筑控制坯层厚度（200～300 mm）设置限位卡，并在千斤顶上方设置筒形套，使所有千斤顶行程一致，各千斤顶的相对标高差不得大于40 mm，相邻两个提升架上千斤顶升差不得大于20 mm。

2.1.3 液压提升系统

以穿心式液压千斤顶为滑模系统提升提供动力，依托包裹于混凝土内的钢管承载施工荷载，千斤顶带动整个滑模体系向上提升，从而达到连续施工的目的。

滑模提升系统选用QYD-100型带调平装置千斤顶，爬升行程为40 mm，液压控制台选用YKT-56型自动调平液压控制台。通过油管、分油器将控制台和千斤顶相连，形成液压管路。全部千斤顶共分6组进行连接，形成液压系统，选用2台控制台。油路布置应便于千斤顶的同步控制和调整，每组油路的长度、元件规格和数量基本相等，使其压力传递均匀一致。

2.1.4 倒链纠偏体系

滑模施工时，如发生模体偏移扭曲，采用千斤顶行程控制和倒链辅助的形式纠偏。千斤顶控制模体竖直方向上的滑升，倒链利用预埋在混凝土中的6根对称[16工字钢（或蛇行柱）作为受力点防止模体发生扭曲偏移。

2.2 过程控制

（1） 混凝土要求。

为保证浇筑强度，取水塔浇筑混凝土设计标号为C30W10F100，低热水泥和普通硅酸盐水泥配制，混凝土坍落度应控制在8～14 cm，初凝时间控制在6 h。砂料选用人工砂，骨料含泥量小于1%。

（2） 滑升速度及出模强度。

2次滑升的间隔时间是决定混凝土是否拉裂（出模时间太长）/塌陷（出模时间太短）的关键因素  [4，12] 。滑升速度的决定因素有以下几方面：支承杆是否会失稳、混凝土强度发展情况、设备能力。由于千斤顶的支撑杆埋设在浇筑混凝土内，不会失稳，因而滑升速度可按下式计算：

V=（H-h 0-a）/t （1）

式中： V 为滑升速度，m/s; H 为模板高度，1.2 m; h   o 为每个浇筑坯层厚度，取0.3 m; a 为模体内浇筑混凝土的上表面到模板上口的距离，取0.05 m; t 为混凝土达到出模强度0.2～0.4 MPa所需时间，由试验确定。

考虑到整个滑模施工温差变化大，采用间歇提升制。正常气温下每次提升模板的时间应控制在1 h左右，当天气炎热或因某种原因混凝土浇筑一圈时间过长时，应每隔30 min提升2～3个行程。也可按气温的变化，根据配合比试验掺入适量外加剂。

2.3 技术创新

（1） HDPE板减阻。

HDPE板具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度大，满足滑动模板的耐磨性要求  [13] 。取水塔滑模內侧增加聚乙烯HDPE板，能较好地减小模板与混凝土面的摩阻力，保证混凝土成型质量，并起到保温隔热的作用，避免浇筑过程中的裂缝病害（见图5）。

（2） 钢筋限位引导装置。

为避免苗子筋间距大小不一，接长的竖向钢筋凌乱，滑模滑升前增加了钢筋限位引导装置（见图6），更好地引导钢筋方向，同时控制混凝土保护层厚度。

（3） 混凝土授料系统。

因白鹤滩水电站取水塔截面大且结构复杂，混凝土授料的均匀性对滑模质量起到决定性作用。如图7所示，本次取水塔浇筑混凝土采用先集中后分散的布料模式，浇筑截面被均匀分为8个仓号进行授料，通过旋转授料斗实现每个仓号的混凝土入仓，入仓方式对称设计，保证混凝土均匀浇筑的同时减少施工裂缝，授料系统设计科学合理，在授料过程中性能稳定，为混凝土浇筑的顺利实施起到了保障作用，进一步提高了混凝土的成型质量。

（4） 滑模纠偏系统。

相比于传统的单一千斤顶控制系统  [8] ，本次滑模设计采用了千斤顶行程控制和预埋倒链辅助的形式进行纠偏，通过千斤顶爬杆上的限位卡保证爬升方向上的制动，通过预埋在混凝土中的对称工字钢避免模体偏移扭曲。

3 方案实施

3.1 工艺流程

根据白鹤滩水电站运行期取水塔工程特点及工期要求，并结合工程实际，采用滑模施工工艺进行塔壁结构施工，根据滑模部位的变化，按下述工艺流程分段施工：

底板浇筑预留墙体钢筋→滑模基础回填→滑模设备组装→基础段施工→滑模设备改装→中间段施工→顶部段施工→滑模设备拆除。

3.2 工程实施

在滑模安装前，先将取水塔趾板浇筑完成（见图8）。因趾板为10%坡度的倾斜体，为了保证滑模垂直向上滑升，模板底口和上口必须保持水平，模板安装前应保证模板底部在同一标高，先将低于最高点（高程757.00 m）的塔壁区域采用木模板浇筑至同一标高，采用施工缝处理后安装滑模。

3.2.1 第一段滑模

第一阶段从底板753.00 m高程滑升至774.40 m高程井挖段，井壁厚2.5 m，设置有2道横隔墙，外侧靠近岩石壁，开挖支护完成后对紧挨着筒体结构的部位进行开槽，为操作平台留出工作面。该段多为内模，利用桁架支墩将上下桁架连接（见图9）。混凝土浇筑入仓须均匀对称，每一浇筑坯层的混凝土表面应在一个水平面上，浇筑坯层每层高300 mm，每次浇筑需在上一坯层初凝前（3 h以内）完成浇筑。待第4次浇筑完成且第一次浇筑达到出模强度（同条件试块强度达到0.2～0.4 MPa）后进行第一次滑升，滑升高度为300 mm，利用限位卡限制油泵上升高度。当混凝土浇筑层高度为500～700 mm（或模板高度的1/2～2/3），且第一坯层混凝土强度达到0.2～0.4 MPa或混凝土贯入阻力值达到0.30～1.05 kN/cm  2 时，应进行1～2个千斤顶行程的提升，并对滑模装置和混凝土凝结状态进行全面检查，确定正常后方可转为正常滑升。

3.2.2 模板改装

滑模滑升到774.00 m高程后，待最后一仓混凝土达到出模强度后继续向上空滑至模板完全离开混凝土面，利用提前预埋的埋件焊接工字钢作为竖向隔墙底模主梁和小横梁，在主梁正中设置钢支撑或者采用牛腿支托的形式作为竖向隔墙的底模。底模制作完成后，采用仪器超平，随后进行模板安装及加固工序。本次滑模改模仅需吊装外平台和提前制作好的小段高架梁，小段高架梁与原高架梁铰接。

3.2.3 第二段滑模

第二段从774.40 m高程滑升至833.20 m地上部分，设置有4道横隔墙，滑升程序与第一段滑升程序相同。不同的是该段滑模施工时当滑模滑升一定高度后，在操作平台下方挂置吊架平台作为外模表面处理的操作平台。

3.3 应用效果评价

（1） 精品控制。

为全面打造精品土建工程，取水塔滑模施工时，除了配合比通过试验确定以外，滑模组装检查严格按照表1执行。

（2） 形体偏差。

白鹤滩水电站取水塔工程滑模施工过程形体偏差测量统计见表2。

白鹤滩水电站取水塔工程为达到精品工程目标，整个滑模施工过程形体按允许偏差不超过20 mm控制。测量数据显示：取水塔整个滑模施工过程形体偏差均在允许偏差之内，平均偏差小于允许偏差，达到体型精准的结构目标。

（3） 结构偏差。

取水塔滑模施工过程中每滑升300 mm进行一次结构参数测量检查，包括塔壁厚度、截面半径、定位中心线偏移以及滑升结束后的全高垂直度等偏差数值  [15] 。白鹤滩水电站取水塔工程采用井壁内外双爬升系统进行滑模施工，整个滑升过程通过控制内外模板的间距偏差保证塔壁厚度的一致性，滑升过程中模板偏差始终控制在3 mm以内，塔壁厚度满足滑模工程技术标准。取水塔整体垂直度偏差控制在20 mm以内，远小于规范允许的不大于全高的 0.1%   [14-15] 。结构参数偏差值见表3。

测量检查结果显示：取水塔混凝土结构特性偏差均在筒体结构滑模混凝土结构允许偏差范围内，且测量平均偏差小于允许偏差的一半以上，满足精品工程质量控制标准。

（4） 混凝土外观质量。

取水塔混凝土的外观质量可以通过出模后的混凝土质量与养护效果进行评价  [12] 。混凝土浇筑密实（出模强度控制在0.2～0.4 MPa），埋件与混凝土间无脱空，出模后混凝土表面无错台、无密集的气泡和印记线，外观颜色均匀一致，无明显色差，养护后达到“镜面”效果（见图10）。从混凝土的外观效果来看，滑模施工方案可以保证混凝土的浇筑质量，达到外光内实的浇筑效果。

4 结 语

滑模施工技术因施工效率高、安全可靠等特点而广泛应用于水利工程施工。金沙江白鹤滩水电站水厂取水塔工程顺利滑升到顶，平均形体偏差以及结构偏差均小于规范要求的允许偏差，塔体中心垂直度及塔壁厚度偏差小于设计容许值，混凝土体型精准、外光内实，养护后达到“镜面效果”，满足精品工程质量要求，同时也证明了新型滑模系统可以安全高效地实现大体积圆筒形取水结构的浇筑成型，糾偏体系能够有效控制过程中的偏差，保证圆筒形取水塔结构线精准，具有较高的应用推广价值。

参考文献：

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[13] 李伟.上通坝水电站调压井滑模施工方法[J].内蒙古水利，2017（12）：28-30.

[14] 中国建筑科学研究院.混凝土结构工程施工质量验收规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[15] 中国建筑科学研究院.滑动模板工程技术标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2019.

（编辑：胡旭东）

Design and application of slipform for intake tower of water plant in  Baihetan Hydropower Station

JIANG Rui 1，HAO Guopeng 1，XIANG Dongxu 2

（ 1.China Three Gorges Projects Development Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China; 2.SINOHYDRO BUREAU 7 Co.，Ltd.，Chengdu 610213，China ）

Abstract：

The intake tower project of water plant in Baihetan Hydropower Station on Jinsha River has complex structure，large concrete pouring volume and high construction difficulty.Considering the high-quality engineering standards，the forming quality of concrete is demanding.Due to various adverse factors such as long time consuming，difficult quality control and poor integrity，it is difficult to realize the quality control with traditional combined steel formwork layered construction.In the water plant of Baihetan Hydropower Station，a new slipform system was designed，and the system scheme design，implementation steps and process control points were introduced in detail.The practice showed that the new slipform system solved the once-molding quality problem of mass surface concrete，shortened the construction period，saved the cost，and ensured the smooth operation of the water supply system.Relevant experiences can provide reference for similar construction projects.

Key words：

slipform construction;high-quality control;cylindrical intake tower;Baihetan Hydropower Station