大体型复杂结构闸墩滑模施工技术-技术创新

大体型复杂结构闸墩滑模施工技术

日期：2016-4-8 14:30:20　来源：互联网　浏览数：
　

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1· 工程概述
    观音岩水电站发电厂房为坝后式厂房，设计为5 台发电机组，每台机组装机容量为60 万kW，对应有5 孔尾水闸墩，每孔闸墩横向宽35m，纵向长21m，包括中墩、左、右边墩和上游墙，上游墙在竖向方向上有2 次墙体收分，墙内布置有3 条通风道与厂房相连，上游侧与厂房有6 层功能层的梁板相接。一孔闸墩滑模施工工程量混凝土为13800m3 ，单米最大混凝土量430m3 /m，钢筋安装为450t。闸墩底板高程为985. 5m，尾水平台高程为1001m，墩顶高程为1041. 7m，左边墩宽3. 92m，右边墩宽4. 92m，中墩宽3m，上游墙在高程1015. 76m 处，墙体由5m 变成4m，在高程1026. 66m 处，墙体由4m 变成3m; 在尾水平台1001m 处有一坡比为1∶ 1 导角，导角高3. 5m; 在闸墩的顶部设计有启闭机轨道梁，下游侧设计有一悬挑牛腿。
    2 ·施工方案选择
    根据多年来的施工经验，对于等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案之一。滑模施工以其独特的施工工艺，具有以下施工优点: ①滑模施工速度快: 实现混凝土连续浇筑施工; ②施工质量可靠: 滑模混凝土浇筑严格按30 厘米分层控制，浇筑、振捣作业在模板表面进行，便于操作和控制，减少了施工缝，表面质量平滑，外观平整;③安全性好: 滑模模体结构有封闭、固定的操作平台，可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故; ④成本低:相对于其他施工方法来说，施工材料、设备等投入较少，成本可大大降低。
    根据施工工期要求及闸墩结构特征，闸墩混凝土施工采用滑模施工方案: ①滑模结构把1 台机组的尾水闸墩( 含1 个中墩、2 个边墩及上游墙) 设计为一个整体，考虑到现场门机的起重能力和安拆难度，模体分成7 块，每块之间采用螺栓联接; ②上游墙收分侧滑模桁架采用双桁架梁设计，内桁架梁在墙体厚度变化时可以整体移动; 闸墩跳仓施工时侧面桁架梁采用高架桁架梁设计; ③上游墙与厂房各功能层梁、板相接的梁窝、板槽随滑模滑升采用免凿毛快易收口网模板预留; ④混凝土水平运输采用混凝土罐车，经皮带输送到溜管上口，垂直运输采用溜管，在滑模上的分料采用混凝土布料机; 钢筋的垂直运输采用门机。
    3· 滑模结构及布料机设计
    滑模模体采用液压整体钢结构，液压系统采用QYD －100 型10t 千斤顶，滑升动力装置为YKT － 56 型自动调平液压控制台。滑模模体装置组成为: 模板、围圈; 提升系统;滑模盘; 液压系统; 辅助系统，滑模结构如图1 所示。

    3. 1 模体结构设计
    1) 模板、围圈设计。全套滑模模板采用δ5mm 钢板制作而成，用L50 × 5 的角钢作为加劲肋，转角部位用L63 × 6角钢作为导角模板。围圈主要用来加固模板，设计为上下两道，选用12#槽钢，支撑在提升架支托上，与模板水平加劲肋角钢焊接固定，使各组模板成为一个整体。
    2) 提升系统设计。滑模提升构件是提升架，主要用于支撑模体，并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，通过千斤顶带动整个模体的滑升，千斤顶选用QYD － 100型10t 千斤顶。
    3) 滑模盘设计。滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘为施工的操作平台，承受工作、物料等荷载，同时又是模体的支撑构件，采用桁架梁结构，选用L100、L75 角钢焊制成1000mm × 1000mm 复式桁架梁，并利用开字架和高架桁架梁将闸墩模体联为一个整体，在桁架梁上铺δ3mm 钢板形成操作平台。辅助盘为养护、修面、预埋件处理、粱窝、板槽模板拆除的工作平台，采用钢结构悬吊布置，辅助盘的主杆选用L63 角钢，辅筋选用Φ16mm 钢筋，上铺δ30mm 木板，用Φ25mm 圆钢悬挂在桁架梁上。
    4) 液压系统。液压控制台选用YKT － 56 型自动调平液压控制台，高压油管: 主管选用Φ16mm; 支管选用Φ8mm，通过油管和分油器与控制台和千斤顶分组相连。
    3. 2 滑模爬杆设计
    爬杆采用Φ48mm × 3. 5mm 的钢管，爬杆可看作一端固定，一端铰接的压杆，其稳定性按压杆稳定计算，钢管立杆抗压强度计算值计算公式如式( 1) :
    σ = F/ΦA ( 1)
    Φ48 脚手架钢管截面参数如下:
    W———立杆净截面模量( 抵抗矩) ，W = 5. 08cm3 ;
    ［f］———钢管立杆抗压强度设计值，取205. 00N/mm2 ;
    i = Ｒ0 /21 /2 = ［( 24 － 3. 5) ÷ 2］ × 1 /2 = 14. 5mm;
    A = 3. 14 × 48mm × 3. 5mm = 527. 52mm2 ;
    根据滑模体结构: L = 1. 05m;
    λ = L /i = 72. 5;
    查表得: Φ = 0. 681，据式( 1) ，σ = F/ΦA = 27. 84N/mm2 ，满足强度要求。
    3. 3 滑模提升机构
    滑模结构自重: 钢结构730kN，木结构80kN，液压系统35kN，G1 = 845kN。
    施工荷载: 工作人员70 人× 0. 75kN/人= 52. 5kN，一般工具50kN，钢筋、支撑杆100kN，考虑2 倍的动力系数及1. 3 倍的不均匀系数，施工荷载为: G2 = ( 52. 5 + 50 +100) × 2 × 1. 3 = 526. 5kN。
    滑升摩擦阻力: 单位面积上的滑升摩擦阻力按照计算，同时考虑模体转角和滑模偏斜等产生附加系数为1. 5，所以整圈模板上的滑升摩擦阻力为( 钢模板按1. 5 ～ 3. 0kN/m2计算，取最大值) ，G3 = S × 3 × 1. 5 = 885. 16kN。竖向荷载总重: G = G1 + G2 + G3 = 2256. 66kN。
    混凝土对模板的侧压力: 当采用插入式振捣器时，混凝土对模板的侧压力为:
    P = r( h + 0. 05) ( 2)
    式中r———混凝土的容重，取25kN/m3 ;
    h———每层浇筑混凝土厚度，取0. 3m。
    P1 = 25 × ( 0. 3 + 0. 05) = 8. 75kN/m2
    同时考虑浇筑混凝土时，动荷载对模板的侧压力:
    P2 = 2kN/m2
    由侧压力造成支撑杆失稳换算重力系数按0. 3 计，故:P = ( P1 + P2) S × 0. 3 = 634. 36kN ( 3)
    因此支撑杆的数量( 千斤顶的数量)
    n = w/cp   式中w———支撑杆承载w = G1 + G2 + G3 + P = 2891. 02kN;
    p———支撑杆允许承载能力，取50kN;
    c———载荷不均衡系数，取0. 8。
    据式( 3) ，n = 72 台，根据滑模结构布置需要取千斤顶78 台，支撑杆78 根，可满足提升能力和结构要求。
    3. 4 布料机设计
    布料机主要由给料机、布料机、轨道架、支撑架4 部分组成。布料机通过支撑架直接布置在滑模模体上，支撑架采用4 根Φ219mm × 5mm 的钢管与14#工字钢焊制成组合梁，并通过钢板固定在滑模模体的桁架梁上，根据钢筋接长需要支撑架设计6m 高。轨道架、布料机、给料机均采用钢管焊制成600mm × 800mm 桁架梁结构，混凝土通过固定在左侧边墙上的溜管供到横向布置的给料机上，给料机通过皮带可以在模体横向轨道范围内任意位置向布料机输送混凝土，布料机通过布料小车的移动沿模体纵向输送混凝土，解决了大体型模体混凝土分料的难题。
    4· 施工难点及相应措施
    1) 滑模按一台机组尾水闸墩为一个施工单元整体滑升，单米最大混凝土量为430m3 ，要求单日混凝土供料强度高，合理均衡的浇筑速度是混凝土质量的重大保障。在滑模模体上采用布料机技术，很好的解决了混凝土供料与分料的问题，布料机日供料强度达1000m3 /班，保证了滑模的施工速度和施工质量，日滑升速度达2. 5m/d。
    2) 受天气、混凝土性能的制约，对混凝土的塌落度、初凝时间要求比较高。每班现场安排实验人员，现场实测塌落度、初凝时间，根据施工需要及时进行调整。
    3) 铜止水的施工质量至关重要，关系到闸墩是否漏水的大事，采用了导轨装置，保证铜止水的安装精度，加强接头焊接质量，确保铜止水的可靠性。
    4) 滑模施工中预留、预埋的结构多，施工工序复杂。通风道采用钢结构，在滑模施工中超前一定高度安装; 上游墙与厂房各功能层的梁板接头，随滑模滑升采用快易收口网免拆模板焊骨架提前预埋。
    5) 滑模系统复杂，设计制作，运行控制难度大。精细设计，精心管理，科学组织，责任划分，加强管控，顺利的完成了闸墩滑模的施工。
    5· 结语
    1) 滑模模体结构把上游墙桁架梁设计双桁架梁，外侧桁架梁把模体封闭成一个整体，保证整套模体的刚度及稳定性，内侧桁架梁为模板的主要受力构件，在墙体变化处可以沿4 道高架桁架梁整体移动，实现了滑模的连续施工。
    2) 把混凝土布料机直接布置在滑模模体上，又是一次新的技术突破，通过布料机大车的横向移动和小车的纵向移动，可以对滑模的每个部位直接下料，大大降低了劳动强度，布料机通过皮带可以连续运输，浇筑速度快，最大单天浇筑混凝土1100m3 ，加快了滑模的施工速度。很好的解决了吊罐直接下料对罐慢，安全隐患大，混凝土输送泵易堵管，分料复杂的难题。存在的问题是皮带刮板磨损快，胶带断裂后的接头处理时间长。
    3) 由于整体滑模的模体比较大，且模体要周转5 次，滑模设计时充分论证，根据现场的起吊能力及安装、拆除方便，滑模模体制作时，把模体加工成可以分块拆除的7部分，各部分之间采用螺栓连接。
    4) 上游墙与厂房有6 层梁板相接，滑模施工时在相应部位采用了快易收口网免拆模板技术，减少了后期凿毛处理工序，节约了凿毛人工，节省了工期。