抽水蓄能电站进(出)水口工程水下大型模板施工技术

2022-09-30何金星

广东水利水电 2022年9期

何金星

(中国水利水电第六工程局有限公司，沈阳 110167)

1 概述

黑龙江荒沟抽水蓄能电站下水库进(出)水口工程[1]，位于黑龙江省牡丹江市海林市三道河子乡，下水库为已建的莲花水电站水库。站址距牡丹江市为145 km(公路里程)，距莲花坝址为43 km(公路里程)。下水库进/出水口洪水标准与莲花水库相同，设计洪水标准为500年，校核洪水标准为可能最大洪水。下水库进/出水口处的死水位为203.00 m，正常蓄水位为218.00 m，设计洪水位为221.20 m，校核洪水位为225.90 m。

由于设计要求水下部分混凝土抗冻等级为F350，采用常规散拼钢模板组装成整体支模后[2]，还需进行拆除，工作量极大，且本地区处于严寒地区，水下混凝土[3-7]长期暴露在水环境中，运行时间过长后容易对混凝土结构产生缺陷，后期缺陷处理不仅增加资源投入，施工速度也较为缓慢。根据水下混凝土施工特点，选择采用大面积钢面板和型钢龙骨组合，每仓混凝土浇筑完成，只将型钢龙骨拆除，钢面板保留在混凝土结构面上，增加水下混凝土使用寿命。

2 闸门井模板设计和安装

2.1 模板设计[8-13]

闸门井混凝土浇筑施工主要采用拼装式模板，闸门井模板分外模板、内模板、通气孔模板3大部分。模板可在陆地根据结构物的外形轮廓进行拼装，之后整体吊放入水，调整、定位、固定(见图1)。

图1 闸门井模板陆上试拼装示意

钢作为次梁。模板安装完毕后，钢面板保留，主次梁须拆除重复利用。

外模板与内模板之间需使用Φ20拉杆进行对拉，以抵抗混凝土的侧压力，拉杆穿过主梁及钢板后，通过内外两个螺母进行固定，使拉杆起到撑拉的作用(见图2)。

图2 模板起吊安装示意

2.2 水下放样和模板安装

1) 基准点设置

根据下部已完成结构的尺寸，在门槽内部已完成部分的顶部设立后续工程的位置、高程基准点。架立模板时，均要以此为基准控制模板的位置和高程，因此必须注意施工过程中不能碰撞基准测点，以免发生偏移。

2) 水下模板固定装置

水下混凝土施工对结构的高程和垂直度的精度提出了较高要求；在水下进行模板安装过程中水域环境复杂、施工难度大、自然条件多变，不确定因素较多，特别是架立模板时如采用常规模板安装的工艺，很难满足续建建筑物浇筑的垂直度，容易导致混凝土浇筑质量差别较大。

为解决水下架立模板时存在的问题，设计制作了一种水下模板安装时的固定装置，能方便准确地控制水下模板的位置和垂直度，防止架立模板时发生偏移，大幅度提高水下模板安装时的效率和精准度，而且安装、拆除方便，可以多次重复使用。由角钢三角架1、带孔钢板2、螺杆3、螺母4和混凝土结构5构成，其中：用三角支架1下部与连接板2焊接在一起形成整体，螺杆3锚入已建混凝土结构5中，连接板2套入在螺杆3上，螺母4旋入螺杆3上锁紧将本装置予以固定。其中：三角支架1采用L50×5等边角钢焊接制作而成，连接板2采用δ=3 mm厚钢板制作，螺杆3和螺母4采用M18～22的标准螺杆、螺母制作。确定下部已完成混凝土结构的尺寸和高程后，架立模板前在已完成结构的顶部位置四周钻螺栓孔，将螺杆3锚入已建混凝土结构5中，三角支架1+连接板2套入在螺杆3上，再将螺母4旋入螺杆3上，使本固定装置用三角支架1固定模板的位置、高程和垂直度(见图3)。

图3 水下模板安装时的固定装置示意

在已建结构和模体上端固定装置托起并固定模板底部；用重垂线法控制门槽内、外侧模板的位置及垂直度，利用内模板和混凝土的设计厚度，确定外模板的位置，利用吊线坠方法，控制其垂直度。浇筑完成可以很方便地拆除本装置。

3) 内侧模板安装

水下安装前，需先将原施工遗留的钢筋进行调直收拢。首先安装内侧模板。模板钢面板及主次梁骨架连接成整体；一节内模板集成整体后总重量为3.85 t，使用吊机吊放安装。

采用重锤线方法，依据基准点在已浇筑混凝土顶面上做出模板下端位置控制点；依据位置控制点将模板下端的位置调好，将模板底部放在三角架上，并临时固定。再从模板上端的测块上吊放重锤，与下端的测块校对，保证模板整体的垂直度，并再次核对模板的位置。将模板的位置、垂直度调好后，将模板与预留的钢筋接头焊接，并通过内部支撑将内模板临时固定。

4) 外侧模板安装

内模板安装完成，开始水下分块安装外侧模板。采用相同的方式将外模板的下部放在三角架上，调整好垂直度，将外侧模板临时固定。相邻模板之间采用连接螺栓进行连接。

5) 对拉螺栓安装

模板固定完成后，整体下放钢筋网，并在模板内进行钢筋施工。为了保证钢筋网顺利下放，可局部拆除影响钢筋网下放的模板支撑。待钢筋施工完成，再对模板支撑进行恢复。

内外模板之间采用对拉螺栓进行固定，设置上、下2层对拉螺栓，以抵抗混凝土的侧压力。对拉螺栓安装需在钢筋安装完成之后进行。

6) 闸门井两侧模板固定

在已建结构和每仓模板上端固定三角架托起并固定模板的底部，此方法能保证模板的高程和垂直度，但无法避免水下暗流或洪峰冲击压力大导致模板发生偏移的情况，容易导致水下混凝土浇筑质量达不到规范和设计要求；模板发生偏移后不仅需要二次或多次恢复模板，每次恢复后必须对模板位置高程、垂直度进行重新测量，水下架立模板工序时间延长并占用混凝土浇筑直线工期。

为解决水下环境对模板的压力产生的偏移问题，采用在闸门井两侧明渠顶部结构面安装固定装置，模板与固定装置之间两侧设钢丝绳，固定在两侧预制的锚板上。具体措施：水下闸门井两侧模板的固定装置由化学药管1、螺栓柱2、底座3、螺母4、垫圈5、拉环6和已建结构混凝土7构成，其中：潜水员采用水下冲击钻在闸门井下方两侧已完成的结构物指定位置钻孔，化学药管1插入已建结构混凝土7钻孔内，螺栓柱2锚入已装入化学药管1的孔内，螺栓柱2与底座3连接在一起，拉环6与底座3焊接形成整体，垫圈5套在螺栓柱2上，将螺母4旋入并扭紧在螺栓柱2上。其中：化学药管1采用乙烯基树脂、石英颗粒、固化剂、玻璃管组成，螺栓柱2和螺母4采用M16 mm×110 mm倒锥形化学锚栓制作，底座3采用δ=10 mm厚钢板制作，垫圈5采用M16标准平垫圈，拉环6采用C25钢筋制作，本装置安装完成后用钢丝绳连接拉环6和模板，通过调整钢丝绳上的手拉葫芦，调整模板支立角度保证模板整体的稳定，模板内部设置斜撑和对拉拉条，使本固定装置对水下闸门井两侧模板起到整体稳定的作用(见图4)。

图4 水下闸门井两侧模板的固定装置

3 拦污栅墩模板设计和安装

3.1 模板设计与制作[8-13]

拦污栅墩混凝土浇筑施工主要采用整体式模板，为了减少水下施工作业量和保证模板精度，在陆地模板根据结构物的外形轮廓制作并拼装，埋件精确固定在模板上，之后整体吊放入水，调整、定位、固定。

荒沟电站拦污栅墩除中间1.8 m宽的6个外，另有2个2 m宽边墩，2个1.3 m宽中墩(2个中墩可视为1个宽2.6 m的拦污栅墩)，墩间设连系梁。水下需浇筑高度按照7 m设计，拦污栅墩模板1层3.5 m，分节浇筑，模板分为无连系梁和有连系梁2节。单层模板整体自重约6～7 t。

每节模板除栅槽模板采用18 mm厚钢板作为面板外，其余模板均采用5 mm钢板。模板均采用[16a槽钢作为主梁，[10槽钢作为次梁。

3.2 整体模板拼装

拦污栅墩模板安装与其他建筑物不同，为了提高施工效率，该部位的模板在陆上按照拦污栅墩的外部轮廓提前拼装成整体，每节拦污栅高度为3.5 m，拼装后的整体重量约为6～7 t。为了减小模板在水中的重量，通过浮箱在水中实现浮运。

由于现场起吊能力有限，拦污栅模板每节自重为6～7 t，模板的水下浮运需采用浮箱减小模板在水中的自重。拦污栅墩分为边墩、1.8 m宽中墩、2.6 m宽中墩3种形式，边墩由于属于不对称结构，故浮箱需加工2种；2种中墩浮箱共用一种；因此，共有3种浮箱。

浮箱和模板在陆上岸边安装成一体之后，整体吊放下水。尽量避免在水中进行安装。

各个浮箱在充水舱预留的充水阀和出气阀，可现场根据现场充排水的能力确定该阀门的大小。

3.3 整体模板水下安装

1) 基准点设置

依据设置在已完成结构上的位置基准点和高程基准点，使用倒垂线法控制其位置和高程；使用固定在下部已浇筑混凝土上的三脚架托起并固定模板的底部。

2) 拦污栅墩模板安装

陆上整体拼装拦污栅墩模板，由作业船将整体模板浮运至安装地点，并用方驳上的吊机整体吊装。为了保证拦污栅墩整体模板的刚度，防止模板发生变形，在模板顶部和底部各用[18a槽钢设置一圈加固卡箍，将各模板块牢牢箍住。加固环与模板外侧主梁、主梁与模板之间均用螺栓连接。混凝土浇筑完毕后，需拆除主梁卡箍，保留钢模板。

水下安装前，需先将原施工遗留的钢筋进行调直收拢，再通过吊机将模板整体套在已浇筑的拦污栅墩截面上。安装方法用倒垂线的方法，依据基准点在已浇筑混凝土的顶面上做出模板下端的位置控制点；依据位置控制点将模板下端的位置调好，将模板下端放在三角架上，并临时固定。再从模板上端的测块上吊放重锤，与下端的测块校对，保证模板整体的垂直度，并再次核对模板的位置。模板的位置、垂直度调好后，将模板临时固定。

3) 对拉螺栓安装

拦污栅墩模板采用对拉螺栓进行固定，设置上、中、下3层对拉螺栓，以抵抗混凝土的侧压力。对拉螺栓安装需在钢筋施工完成后进行。

4) 连系梁模板安装

相邻两个拦污栅墩模板安装固定完成之后，进行连系梁模板的安装。将U型连系梁模板连同连系梁钢筋、底部支架一起，整体吊放至拦污栅墩模板预留的对接槽口处，并用连接螺栓与对接槽口固定。底部支撑直接坐落在下方已浇筑的连系梁混凝土上，对底部模板起到了支撑和加固作用。为了防止侧板在浇筑过程中发生变形，在连系梁模板顶部每间隔1 m设置1道卡箍。

4 模板缝快速堵漏

水下混凝土浇筑前，采用SXM快速封堵剂，对模板缝进行堵漏。

第1层混凝土浇筑结束，将第1层模板上锚固的测块拆除，以免影响第2层模板定位时垂线的下放。将第2层模板与第1层对接牢固，依据基准测点做出第2层模板的位置控制点，然后在第2层模板上端放下重锤，使其对准模板下端的控制点，保证其水平位置及垂直度满足要求。按照相同的方法继续向上立模浇筑，每层立模时均要与下一层的模板对接平整，逐步控制其定位，所采取措施共同作用、相互校核，保证了门槽续建部分的形状、结构、尺寸等均符合设计要求。