西藏拉洛水利枢纽大坝迎水面混凝土面板滑模施工技术

马江飞，杨金华，王 黎

(中国水电基础局有限公司，天津 301700)

0 引 言

滑模施工是连续分层浇筑混凝土，浇筑成型后利用提升设备提升模板，直至滑升到需要高度的一种施工方法。滑模施工具有模板面积较大、重复使用性强、机械化程度高、连续性作业好、浇筑速度快、浇筑的混凝土表观质量较好等特点[1]，因此在混凝土面板中的使用较多。江垭大坝溢流面[2]、武威市西营灌区渠道护坡[3]、宝兴水电站调压室系统工程[4]、紫坪铺大坝面板浇筑[5]、新藏水电站调压室井筒[6]等均采用滑模施工。甘州区黑河河道治理工程坝面混凝土浇筑全部采用滑模施工，为工程节约直接成本5%以上[7]。拉西瓦水电站进水口以上边坡均采用滑模施工工艺，混凝土平均滑升速度2 m/d，只需常规混凝土浇筑工期的1/5，大大节省了施工工期[8]。卷扬式滑模有施工布置复杂、牵引力小、容绳量有限等缺点，在作业空间狭小的斜井等部位没有得到推广应用[9]。以往工程中滑模设计支墩采用的是锚杆+混凝土的方式进行，且大多均未进行详细的受力分析，有一定的过载隐患需要对此进行部分优化。

拉洛水利枢纽大坝为沥青混凝土心墙砂砾石坝，坝顶高程4 305 m，属于典型的高海拔地区。最大坝高61.50 m，坝长425.59 m，坝顶宽7 m；上游护坡结构由下至上为20 cm厚垫层(防冻、适应变形)、10 cm厚M10水泥砂浆(固化坡面，防止浇筑时垫层下滑)、20 cm厚C25F200现浇混凝土面板，Φ80 mm PVC排水管伸入垫层10 cm，4 290 m以上设Φ8 mm@100 mm×100 mm防裂钢筋网。上游护坡马道高程为4 290 m，坡比为1∶2，4 290.00～4 296.06 m为一期面板，4 296.06 m以上为阶梯式踏步。施工中一期面板工期紧、高原环境及雨季施工对施工质量及施工速度影响大。采用常规的组合钢模板施工面临模板频繁拆卸导致模板损耗大，施工缝处理及平整度难以控制，坡面施工辅助材料运送工程量大等困难。该工程面板施工的作业面相对较广，不受作业空间限制，能够充分发挥滑模施工的整体性，结合施工实际条件及滑模优点，最终确定上游面板混凝土采用滑模施工。本文通过对该工程滑模施工设计、配重、施工方式及过程中的难点和控制措施等进行全方面分析总结，得出滑模施工设计、受力分析及质量控制思路。

1 施工方法难点分析及改良措施

(1) 施工区高寒缺氧、气候多变、冷冻期长、风沙肆虐、紫外线辐射强，导致人员、机械降效比较严重，施工期恰逢8～9月雨季。常规定型或组装模板安装周期长，整体施工速度不能满足下闸蓄水目标。卷扬式牵引滑模施工具备模板结构稳定、安装过程简单、混凝土面较美观等特点，因此施工时优先选用此方式。

(2) 滑模施工牵引系统一般采用地锚、岩石锚固点和锁定装置固定，锚固力一般不小于总牵引力的3倍。本工程锚固装置需置于坝面，随施工进程逐步上升，处于变化状态，常规的地锚不适用于本工程。经过多次试验，选用了借助支墩为主、抓地锚为辅，依靠自重抵消滑模下倾趋势的思路进行支墩设计及安装。

(3) 牵引力合力的方向应与滑升阻力的合力方向相重合才能保证提供的阻力受力最优化。因此，选择通过改良混凝土支墩与牵引索接触点结构的方式进行了优化，以进行受力点调整。

1.1 滑模设计

采用无轨滑模施工面板，首先进行了滑模设计，选用模板面配合框架支撑结构。结构主要由滑模主体、作业平台(兼具配重放置作用)、抹面平台组成。

1.1.1 配重计算

根据程聚臣、李军的试验，只要模板钢结构设计重量大于浮托力，滑模就不会浮起[10]。由于模板结构过宽后容易导致自重、侧压力过大的情况，因此需要合理调整条带宽度。根据现场情况，施工条带按照5 m进行划分，模板为厚5 mm钢模板，其结构单重为39.25 kg/m2，长6.0 m，宽1.1 m，模板面积A=6.0×1.1=6.6 m2，抹面平台自重为0.24 kN，模板自重G=2.59+0.24=2.83 kN。

应用二力平衡原理，模板结构配重需要将其与浮托力进行平衡计算，见式(1)和图1。

图1 配重系统受力分析示意Fig.1 Stress analysis diagram of counterweight system

Q=A×Pcosθ

(1)

式中：Q为配重与模板总量，kN；A为模板与混凝土接触面积，m2；P为混凝土上托力，kN；θ为模板的倾角，(°)。

根据规范进行分析计算，当模板倾角小于45°时，新浇筑混凝土对模板的上托力取3～5 kN/m2，混凝土厚20 cm，取4 kN/m2；混凝土长5 m，宽1 m；模板倾角为27 °。经计算Q=17.82 kN，配重≥Q-G=17.82-2.83=14.99 kN，因此，实际施工时采用23 kN(平衡状态下1.5倍)，即配重2.3 t。

1.1.2 牵引力计算

根据SL 32-92《水工建筑物滑动模板施工技术规范》要求，模板牵引力按式(2)计算：

R=[FA+Dsinθ+K1(Dcosθ-P)+mDcosθ]K2

(2)

式中：R为模板牵引力，kN；F为模板与混凝土黏结力，kN/m2；A为模板与混凝土接触面积，m2；P为混凝土上托力，kN；D为模板系统自重(包括配重及施工荷载)，kN；θ为模板的倾角，(°)；K1为模板与混凝土间摩擦系数；m为滚轮或滑块与轨道间摩擦系数；K2为牵引力安全系数，取1.5～2.0。

新浇混凝土与钢模板黏结力F取0.5 kN/m2，混凝土与钢模板摩擦系数K1取0.4。滑块与轨道间摩擦系数m取0.2；施工人员自重取2 kN，则D=2+Q+G=2+23+2.83=27.83 kN；出于安全冗余考虑，K2取1.7，计算过程见式(3)。

R=[0.5×5×1+27.83×sin27°+0.4×

(27.83×cos27°-4×5)+0.2×27.83×

cos27°]×1.7=37.42 kN

(3)

考虑安全储备(15%)及高原降效影响(15%)，则牵引力需达到R=37.42×(1+15%+15%)=48.65 kN。使用1个5 t卷扬机能提供5000×9.8=49 kN的拉力，能够满足1仓滑模施工要求；钢绳设置于滑模两端，保证平齐上升。

1.1.3 抗滑墩计算

目前，常用的支撑设置为长锚筋+支撑件的方式，主要依靠锚筋与基础的摩擦抗拔力来保持稳定。这种方式不适用于工作面一直在变化的坝体，因此借鉴钢钉冰爪鞋套的原理，采用预埋外露Φ25抓地筋5 cm以增加支墩下滑抵抗力。由于坝体处于填筑上升阶段，坝后锚固存在严重的交叉施工，不具备进行锚桩施工的条件，因此，采用混凝土墩作为卷扬基础。抗滑系统受力分析见图2。

图2 抗滑系统受力分析示意Fig.2 Stress analysis diagram of anti sliding system

根据二力平衡原理，要保证模板系统安全，必须满足以下条件：

f阻=μ(G混+Rsinθ)≥Rcosθ

(4)

式中：f阻为卷扬基础与地面阻力，kN；μ为混凝土与坝壳料摩阻系数；G混为混凝土重力，kN。

摩阻系数μ取0.7，经计算G混=30.64 kN，混凝土容重为24 kN/m3，卷扬基础混凝土体积B=30.64/24=1.28 m3。所以，卷扬基础尺寸选择高×宽×长为1.2 m×1.8 m×1.8 m的混凝土支墩(平衡状态下3倍)，支墩下设防滑筋，混凝土下部设置Φ25@500 mm锚筋，出露5 cm伸入坝壳料。

1.2 施工参数

根据计算及分析，滑模施工参数为：模板用5 mm厚钢板，配重2.3 t，滑模及抹面平台自重0.283 t，滑模滑行最大拉力49 kN，卷扬基础混凝土支墩尺寸1.2 m×1.8 m×1.8 m。支墩浇筑时将底面凿毛1～2 cm凹坑以增大混凝土与地面摩擦力并增加防滑钢筋。侧模采用槽钢作为模板，主要作为滑模支撑，侧模板使用锚筋进行固定，侧模也兼做滑模滑升轨道。两端采用钢筋进行锚固，使用工字钢辅助模板进行制作，内侧保证平整顺直，避免出现影响混凝土结构的凸起；放置前涂刷脱模剂。外侧设吊环，保证方便起吊且不影响结构。面板施工程序为：砂浆坡面修整、做垂直缝砂浆条带、面板钢筋绑扎、垂直缝止水铜片加工及安装、立侧模板、滑模就位及溜槽布置、混凝土浇筑及养护。

2 施工过程重难点

2.1 坡面处理

滑模施工时由于模板滑升的要求，坡面平整度要求较高，根据多次尝试，最终采用如下方案：坡面测量放线时按照每5 m放坡线，用挖机进行修坡以保证坡面平整度，修坡的同时洒水车均匀在坡面洒水，挖掘机辅助人工将坡面夯实。于4 290 m马道大坝填筑时预留5 m宽位置，保证4 290～4 279 m混凝土护坡施工车辆通行支墩的安置及材料转运，待4 290 m以下混凝土护坡浇筑完成后，将4 290 m马道剩余部分分层回填修整至2 m宽。

2.2 模板安装

模板安装是坡面混凝土施工中极其重要的一环，模板结构决定了坡面混凝土完成后结构边线是否能够满足要求。采用以下方式进行模板控制：立模自下往上进行，侧模板安装前保证砂浆垫层平整度及强度。测量放线后使用广告色兑水进行模板边线标记，按照边线进行两侧锚筋安装。待锚筋安装完成一侧后进行侧模兼轨道的安装，最后完成剩余锚筋安装及固定，这种在垫层上打插筋夹持固定模板的方式简便有效。侧模上口与浇筑面齐平，对于较长斜坡部分使用侧边抛撑进行固定，避免施工过程中出现胀模现象。底部不规则处使用木模板补齐，并用木板补缝。模板上设置测量控制点控制立模，立模完成后进行校模。

2.3 混凝土浇筑

采用跳仓浇筑法，在浇筑完第一仓混凝土后，中间隔一仓立模，跳跃进行混凝土浇筑，待两侧混凝土达到设计强度的80%以上再浇筑中间仓。这时不再架设侧模，直接用先浇筑的跳仓混凝土块表面安装厚3 mm扁铁支撑滑动模板，扁铁抹黄油以利滑动。

混凝土浇筑前检查坍落度并控制在40～60 mm，这样能保证来料入仓连续浇筑，又使得脱模后的混凝土不高、不流淌、无鼓包。混凝土入仓采用溜槽方式，每个仓面设置2条U型拼接溜槽。浇筑前使用适量的水湿润通道并保证水不流入仓内，随后使用少量砂浆湿润仓面。如果溜槽出料口离滑模距离较远，下料范围较大，由于滑模速度是一定的，上部的混凝土得不到及时的覆盖，容易初凝而产生质量问题，在气温较高的晴天更为显著。卸料时确保四周均匀下料，以减少不均匀的侧压力对滑模造成变形，最好每天或每浇筑5 m进行一次纠偏，并采用渐变过渡的纠偏方式[11]。据此，施工过程中采用2处同时下料，设专人在仓面左右移动溜槽，使混凝土拌和物沿面板宽度范围内均匀地将料散布至滑模前沿，以减少人工平仓工作量并保证下料均匀、质量可控，滑模系统见图3。

图3 滑模施工系统Fig.3 Slip form construction system

根据李炳松等的研究，在气温达28 ℃左右的情况下，混凝土强度增长迅速，在2 h内达到0.2 MPa，满足不了混凝土的出模强度要求，不利于滑模施工[12]。因此，施工时注意气温对浇筑的影响，必要时采取一定降温措施。本工程夏季浇筑混凝土时采用脱模后以塑料薄膜覆盖并洒水覆盖保湿，3 h后覆盖无纺布浇水降温的方式进行降温处理，冬季增加保温棉被覆盖以保证混凝土表面温度，防止温度裂缝的产生。具体的下料范围及降温措施根据气象条件灵活调整。层间振捣过程中保持振捣棒插入下层5 cm，间距不大于30 cm，振捣时间保持15～20 s。浇筑时严格控制浇筑厚度，以免造成模板漂浮。滑动模板滑升前，先清除前沿超浇混凝土，出于安全及质量考虑，不得在模板前沿远距离堆积大量混凝土。应保证浇筑的连续性，因故中止浇筑时间超过混凝土初凝时间时，按施工缝处理[13]。施工停滞时每20 min滑动10 cm，防止模板与混凝土黏结。

2.4 收面及养护

在滑模下2 m设置一道拉模，随着滑模滑升人工站在模板上进行混凝土收面，保证混凝土表面平整、光滑。收面时先用2 m靠尺找平，然后用抹子进行第一遍搓平，搓平后随即用铁抹子压光，混凝土终凝前用磨光机二次收面，减少表面干缩裂缝。

出模后的混凝土及时进行养护。混凝土表面抹面、压光后用塑料薄膜覆盖，使混凝土表面保温、保湿。混凝土终凝后，移去塑料薄膜，最后采用无纺布覆盖并养护。洒水养护采用在面板顶部安装长水管，并沿水管长度方向以梅花形布置透水孔，水从孔中喷出到面板上，并从上往下流遍整块面板，进行常流水养护。养护由专人负责检查洒水情况，对于水流不到的位置，及时进行补洒水。

3 特殊情况施工

3.1 高原降效应对措施

针对高原降效的影响，采用了以下几种措施：① 多应用有高原施工经验的人员；② 施工前进行施工预演，采用BIM技术辅助进行施工组织交底，保证施工方案的交底效果；③ 重视施工设备选型，尽量采用机械化作业，减少人员的劳动强度；④ 采用冗余资源配置理念，以冗余系数指导人员、设备等配置，使资源配置达到最佳；⑤ 医务室常备预防高原反应的药物。

3.2 雨季施工

针对雨季施工可能带来的影响，主要增加了以下措施：① 及时收集雨情信息，随时准备好防雨帆布；② 在溜槽上部增加遮盖，在天气较热或下雨时保护溜槽内混凝土；③ 施工区域上部在坝壳料内设置截水沟，避免雨水灌入仓内冲刷已浇筑完成的混凝土；④ 收面完成后及时覆盖薄膜，养护的同时避免急雨对混凝土面的直接冲刷；⑤ 施工现场准备足够的保温及防雨材料，如帆布、海绵；⑥ 增加砂石骨料含水率检测频率，及时调整施工配合比。

3.3 施工效果分析

浇筑完成后如果脱模时间过长，混凝土表面干裂会导致“龟纹”现象。所以，对于脱模早的混凝土，收面时进行了多次找平、多次收面；对于脱模晚的混凝土，在表面洒适量稀水泥浆收面。施工过程检查滑模偏移情况，当操作平台的累积偏移量超过5 cm并不能调平时，停止滑升并及时处理。施工过程随时进行质量检查，采用卷尺、靠尺等检查混凝土面平整度。通过上述各项控制措施的实施，拉洛水利枢纽大坝上游迎水面混凝土一期面板于2019年8月14日至9月23日完成，历时39 d，共浇筑2 500 m3混凝土，平均64 m3/d，施工质量及进度均满足工程要求。

4 结 语

通过合理的施工组织及技术指导，在4 300 m的高原降效加之雨季影响下依旧保证了施工质量并提前完成一期混凝土面板的施工，为拉洛水利枢纽工程下闸蓄水目标的实现奠定了坚实的基础。通过上游面板施工质量检测并对经验进行总结，进一步验证了滑模施工方式在高海拔地区能有效减少施工降效、雨季施工等带来的质量及进度影响。这一成功范例取得了良好的高海拔地区雨季滑模施工经验，对类似工程有较强的借鉴意义。