抽水蓄能电站上水库滑模施工工艺

摘要：滑模施工在煤炭、桥梁、工民建等行业中应用已很成熟，但在水工建筑物的施工中应用还不是很多，xx抽水蓄能电站上水库闸门井施工采用液压提升滑模技术，取得较好的工程效益和经济效益。

一、概况

xx抽水蓄能电站1#～4#引水事故闸门竖井底部与引水洞渐变段相贯，上部直接与外界相通，设计为圆形断面，井内包含两个矩形闸门槽和一个城门洞形通气孔（兼进人孔）。闸门井底部高程为140.63，顶部高程为174.50，总深度33.87米。其中底部1.69米（140.63～142.32）为门楣段，上部1.40米（173.10～174.50）是牛腿梁及盖板，中间部分的30.78米（142.32～173.10）是等截面体形。其中等截面体形采用滑模施工，门槽及通气孔内有为后期安装闸门及爬梯所用的预埋件。

二、施工方案

闸门井下部（142.32以下部分）及上部（173.10以上部分）采用传统的钢模板支模浇筑。
闸门井中间部分（142.32～173.10）为等截面结构，施工时，首先完成142.32高程以下部的砼浇筑。然后，利用吊车把组装好的滑模体放到142.32高程的砼面上，并根据设计位置将模体准确定位。接下来再进行钢筋绑扎、仓面验收等工作。开盘后连续浇筑砼、绑扎钢筋至173.10高程（将模体滑空，利用吊车吊出并放到下一个闸门井的142.32高程上准备另一个井的滑模施工）。最后完成173.10m高程以上的混凝土浇筑。

三、滑模设计

3.1、结构设计
闸门井采用液压调平内爬式滑升模板，滑模装置为便于加工，提高复用率，有足够的强度、刚度及稳定性，整个模体设计为钢结构，模板、围圈、操作盘，提升架等构件之间均为焊接连接，整个滑模装置主要由模板、围圈、操作盘，提升架、支撑杆（俗称“爬杆”），液压系统等几部分构成。
3.1.1、模板
模板是混凝土成型的模具，其质量（主要包括刚度、表面平滑度）的好坏直接影响着所浇混凝土的成型及外观质量。为了保证质量，模板采用厚6mm的钢板制成，用63×40×7mm角钢作为筋肋，模板高度为1.26m。
3.1.2、围圈
围圈主要用来支撑和加固模板，使其形成一个整体，根据其承受的水平侧压力计算，围圈采用14#槽钢，上、中、下布置三道，上围圈距模板上口2cm,下围圈与模板下口平齐，围圈与模板的连接采用63×40×7mm角钢焊接。
3.1.3、提升架
提升架是滑升模板与工作盘的联系构件，主要用于支撑模板、围圈、滑模工作盘，并通过安装于其顶部的千斤顶支撑在支撑杆（爬杆）上，整个滑模荷载通过提升架传递给支撑杆。
根据经验，本闸门井滑模选用“F”型和“开”字型两种提升架，并根据荷载、摩擦力，按偏心受拉构件进行验算。
3.1.4、操作盘
操作盘是滑模的主要受力构件之一，也是滑模施工的主要工作场地，各构件除满足强度要求外，还需具有足够的刚度。操作盘支撑在提升架的主体竖杆件上，通过提升架与模板连接成一体，并对模板起着横向支撑作用。操作盘采用桁架结构，为确保工作盘强度、刚度，经过计算，选用了80×80×10mm工成1200mm的轻型桁架，利用角钢互相连接工作盘，形成网架，盘面铺板采用了50mm木板，防止混凝土撒落。盘面保持平整、密实。
3.1.5、辅助盘
为便于施工人员随时检查脱模后的混凝土质量，及时修补混凝土局部缺陷，扒出预埋件，以及及时对混凝土表面进行洒水养护，在操作盘下方约2.7m处悬挂一辅助盘，用Φ18圆钢悬挂于桁架和提升架下。
3.1.6、支撑杆
支撑杆的下段埋在混凝土内，上段穿过液压千斤顶的通心孔，承受整个滑模荷载，并作为竖筋的一部分存留在混凝土内，在选择HM—100型液压千斤顶的同时，选择48×3.5焊管作支撑杆，经计算，其承载力及稳定性符合要求。
3.1.7、液压系统
液压系统由YKT—36型液压控制台，HM—100型液压千斤顶、油管及附件组成，组装前检查管路是否通畅，耐压是否符合要求，有无漏油等现象，若有异常，及时进行排除。
3.1.8、洒水管
为使脱模的混凝土得到良好养护，在辅助盘上固定一周φ50mm塑料管，在此管朝混凝土壁侧打若干小孔，高压水管与此管用三通接头相联，向此管供水，对混凝土进行喷水养护。
3.1.9、测量控制
在地面上投放控制点，在操作盘平面上吊挂四根重垂线，随时监测模体偏移及旋转情况，以便及时纠偏，确保模体垂直滑升。
3.2、滑模荷载分析计算
3.2.1、滑升摩阻力:G1
G1=kfs
K:附加影响系数，取k=2
F:磨擦阻力，2KN/
S:模板的表面积
S= D·H=37
则G1=kfs=2×2×37=148 KN
3.2.2、滑模结构自 G2
全套滑模重量G2=145.68 KN
3.2.3、施工荷载G3
(1)、人员：T1=23×980N/人=22.54 KN
(2)、设备：T2=20KN
(3)、材料、工具：T3=30KN
并取1.3倍的不均匀系数和2倍的动力载荷系数
则G3=(T1+T2+T3)×1.3×2=188.604 KN
3.2.4、支撑杆的荷载
允许承载能力 P=3.142EI/K(ul)2
E：支撑杆的弹性模量，对A3钢E=210×109kg/cm
I：支撑杆截面的惯性矩，对φ48×3.5钢管
I=12.18cm4
K：:安全系数,取K=2
Ul：计算长度,按0.7×1.8=1.26m计
P= 3.142×2.1×109×11.35/2×(0.7×180)2=74KN
3.2.5、千斤顶数量
n=w/cp
w：总荷载 w=G1+G2+G3=148+145.68+188.604=482.284 KN
c：载荷不均匀系数，取0.8
p：千斤顶计算承载能力50KN
n=482.284/0.8×74=12.06(台)
选用16台千斤顶。
由于选择16台千斤顶，故选用16个 提升架对称布置，其中四个连成二个“开”型提升架。
提升架布置见下插图：

四、滑模施工

4.1 施工准备
滑模施工前需做好准备工作，其中包括砼面的凿毛、冲洗，滑模组装调试，测量放线工作，为滑模定位组装做好准备。
4.1.1 滑模制作组装
滑模按设计要求制作后，进行组装调试，并按下表质量标准进行了检查调整。

4.1.2 千斤顶进行试验编组
(1) 耐压：加压120kg/cm2， 5分钟不渗不漏；
(2) 空载爬升：调整行程30mm；
(3) 负荷爬升：记录加荷5吨，支撑杆压痕和行程大小，将行程相近的编为一组。
因施工用千斤顶 ，按一般要求需备用一部分，且需经常检修，还需备用小弹簧、上卡头、排油弹簧、滑块、密封圈、卡环、下卡头等。
4.1.3 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。
施工现场敷设一趟3×25+1×10电缆，提供380伏电源，为确保滑模施工顺利进行，不发生粘模事故，做好了备用电源准备工作。
为保证混凝土质量，在辅助盘上敷设一趟胶质软管，以便于及时对出模的混凝土进行养护。
4.2 滑模施工
4.2.1 钢筋绑扎
滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、模体滑升平行作业，连续进行互相适应。模体就位后，按设计进行钢筋绑扎，绑扎及焊接要符合规范要求，滑升施工中，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（2.5m 3.0m 3.5m 6.0m ...）,错开布置，正常滑升时，每根爬杆长6.0m，要求平整无锈皮，当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，接长爬杆，接头对齐，不平处用砂轮磨平，爬杆同环筋相连加固。
4.2.2 混凝土运输、下料及上下人员
滑模施工用混凝土由搅拌站提供，拌合车运到工地，经过下料管、缓冲器、溜筒送入仓号。钢筋及其它材料装在吊笼内用卷扬下放到工作面，人员经爬梯上下。
4.2.3 施工工艺
(1) 混凝土浇筑
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，按分层30cm一层进行，采用φ50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，振捣器插入深度不超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。滑模正常滑升根据现场施工情况确定合理的滑升速度，按正常滑升每次间隔2小时，控制滑升高度30cm，日滑升高度在3.0m左右。
混凝土初次浇筑和模板初次滑升严格按以下六个步骤进行：第一次浇筑100mm厚半骨料的混凝土，接着按分层300mm浇筑两层，开始滑升30—50mm检查脱模的混凝土凝固是否合适，第四层浇筑后滑升150mm，继续浇筑第五层，滑升150—200mm, 第六层浇筑后滑200mm，若无异常情况，便可进行正常浇筑和滑升。
模板初次滑升缓慢进行，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，待一切正常后可进行正常浇筑和滑升。
(2) 模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时，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1mm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，检查滑模中心线是否偏移及操作盘的水平度。
(3) 表面修整及养护
混凝土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，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喷水对混凝土进行养护。
(4) 预埋件及预留处理
由于闸门槽有二期混凝土工程，需凿毛和埋件处理；针对不同埋件设专人及时进行处理。
(5) 停滑措施及施工缝处理
滑模施工要连续进行，因意外停滑时采取“停滑措施”。混凝土停止浇筑后，每隔0.5－1小时，滑升1－2个行程，直到混凝土与模板不再粘结（一般4个小时左右）。由于施工会造成施工缝，根据水电施工规范，预先做出施工缝，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层减半骨料的混凝土，然后再浇筑原配比混凝土。
(6) 滑模控制
滑模中线控制：为保证闸门中心不发生偏移，在两个闸门槽各悬挂两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，二是利用水准管测量，进行水平检查。
(7) 滑模拆除：
滑模滑升至指定位置时，将滑模滑空后，利用吊车拆除。滑模装置拆除注意以下事项：
〈1〉必须在跟班经理统一指挥下进行，并预先编制安全措施。
〈2〉操作人员必须配带安全带及安全帽。
〈3〉拆卸的滑模部件要严格检查，捆绑牢固后吊运。
4.2.4 滑模施工中出现问题及处理
滑模施工中经常出现的问题有：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，在施工中首先要把好质量关，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，即关闭五分之一的千斤顶，然后滑升2—3个行程，再打开全部千斤顶滑升2—3个行程，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，补上比原砼标号高一级的细骨料混凝土并用抹子抹平。

五、结束语

如闸门井混凝土施工全部按常规支模方法施工，一个闸门井至少要一个半月，四个闸门井至少要6个月。工期太长，将影响上库下闸试蓄水的节点目标。闸门井等截面段采用滑模施工，从现场制作滑模体等施工准备至闸门井全部完成，四个闸门井仅用了3个月，施工质量满足设计要求，施工安全较常规施工更易保证，节约了工程成本，保证了上库按期下闸蓄水，为电站尽早发挥效益奠定了良好基础。