普西桥水电站矩形高塔滑模施工技术.docx
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普西桥水电站矩形高塔滑模施工技术
普西桥水电站矩形高塔滑模施工技术
董党娄聚会王杰樊瑞钊曲胜辉
摘要普西桥水电站泄洪闸施工具有工期短、工序穿插紧凑、安全管理和质量要求高的特点，项目采用滑模施工技术，结合工程特点进行攻关和改进，成功的解决了施工中的难题。
关键词水电站泄洪闸滑模技术攻关
1工程概述
普西桥水电站位于云南省墨江县雅邑乡普西村普西铁索桥附近河段。
为保证电站进水口“门前清”，同时具备一定的泄流能力，左岸布置了一条泄洪冲沙洞，泄洪冲沙洞进口底板高程680.00m，正常蓄水位EL737.0m，工作水头57m。
事故闸门孔口尺寸8.0m×8.0m，闸室总高64m，混凝土总量4855m³，设计EL692.5m以下C30混凝土820m³，EL692.5m以上C25混凝土3790m³，二期混凝土245m³。
2014年是普西桥水电站工程关键的一年，要求当年实现下闸蓄水及首台机组年底发电，为保证质量,加快施工进度,减少安全隐患，按期实现项目控制目标，根据类似工程施工经验,决定对等截面闸室段衬砌采用滑模施工，采用滑模施工范围为EL696.75～EL735.0m。
2滑模设计
2.1结构设计
滑模系统采用液压调平内爬式滑升模板，为便于加工，提高周转使用率，保证滑模具有相应的强度、刚度，满足滑模稳定性要求。
滑模装置设计为钢结构，整个滑模装置由模板、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；模板、围圈、操作盘、提升架等构件均采用焊接连接。
2.1.1模板
模板为混凝土成型的模具，其质量（主要包括刚度、表面平滑度）的好坏直接影响混凝土的成型及外观质量，为保证质量，模板采用6mm厚的钢板制作，并采用50mm×50mm×5mm角钢加劲肋，模板高1.5m。
为便于脱模，模板按一定锥度设计,上下口锥差3mm。
为便于回收利用，模板采用P3015或者P6015进行拼装，模板与桁架梁间采用螺栓连接。
2.1.2围圈
围圈主要用来支撑和加固模板，使其形成一个整体，围圈采用角钢焊制成10mm×10mm矩形桁架梁，围圈与模板的连接采用50mm×50mm×5mm的角钢。
2.1.3提升架
提升架为模体与爬杆间的联系构件，主要用于支撑模板、围圈、滑模盘。
并通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载通过提升架传递给爬杆，爬杆由φ48×3.5mm的钢管制成，根据施工经验和常规设计，采用“F”型和“开”型提升架，“F”型提升架用18号槽钢组合制作而成。
“开”型提升架采用18#槽钢作为立杆，并用两层共三根12#槽钢作为“开’型架横梁。
2.1.4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，还应有足够的刚度，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80mm×80mm×8mm角钢加工成桁架，利用角钢连接工作盘，形成网架，为防止混凝土撒落，盘面上铺厚50mm的木板。
2.1.5辅助盘
为方便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、处理预埋件，以及进行混凝土洒水养护，在操作盘下方约2m处悬挂∠50角钢制作的辅助盘，用Φ18圆钢悬挂于桁架梁和提升架下。
2.1.6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，选择HM—100型液压千斤顶的同时，选择Ø48×3.5mm钢管作为支撑杆，经计算，其承载力及稳定性符合要求。
2.1.7液压系统
液压系统采用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，耐压是否符合和要求，有无漏油等现象，若有异常及时排除。
2.1.8洒水管
为使脱模后的混凝土及时得到养护，在辅助盘上固定一周Φ50mm塑料管，管上近混凝土壁侧方向打若干小孔，高压水管与此塑料管接通，通过向塑料管供水，由塑料管上的小孔喷出水雾对混凝土进行洒水养护。
2.2滑模荷载分析计算
2.2.1滑模结构自重：
钢结构：
G1=26024kg
2.2.2施工荷载：
工作人员20人×75kg/人=1500kg
一般工具及材料2000kg
考虑2倍的动力系数及1.3倍的不均匀系数，施工荷载分别为
G2=（1500+2000）×2×1.3=9100kg
2.2.3滑升摩擦阻力
单位面积上的滑升摩擦阻力考虑附加系数为1.5，整圈模板上的滑升摩擦阻力为：
（按每平方200kg计算）
G3=S×200×1.5=91.5×200×1.5=27450kg
2.2.4竖向荷载总重
w=G1+G2+G3
W=26024+9100+27450=62574kg
2.2.5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）
式中：
r--混凝土的容重，取2500kg/m3
h--每层浇筑混凝土厚度，取0.3m
则：
P1=2500×（0.3+0.05）=875kg/m2
同时考虑浇筑混凝土时，动荷载对模板的侧压力
P2=200kg/m2
故：
P=P1+P2=875+200=1075kg/m2
2.2.6支撑杆（爬杆）计算
允许承载能力：
P=3.142EI/K（ul）2
E:
支撑杆的弹性模量E=2.1×106kg/cm2
I撑杆的截面惯性矩
I=11.35cm4
k:
安全系数，取k=2
ul:
计算长度，按0.6×1.8=1.08m计
则p/2=3.142×2.1×106×11.35/[2×（0.6×1.8×100）2]=5037kg/cm2
1/2p0=10000×0.5=5000kg
p0：
千斤顶允许承载能力；
因此支撑杆的数量（千斤顶的数量）
n=w/cp
w:
支撑杆承载
w=G1+G2+G3
P；支撑杆允许承载能力 取5000kg
c:
载荷不均衡系数取0.8
62574/0.8×5000=15.6
根据结构特征，为保证模体整体均匀滑升，事故闸井选用千斤顶18台。
3模体制作与组装
3.1模体组装
3.1.1模体的第一次组装
模体构件在加工厂加工后，进行拼装检查。
闸墩混凝土浇筑至预设滑板安装高程后，将加工好的模体构件运送至现场，由吊车吊装。
出厂构件组装的长度和重量以方便装运为宜。
3.1.1.1模体支撑平台施工
滑模体悬空组装时，先施工支撑平台，支撑平台采用Φ28螺纹钢焊制，支撑平台设计为牛腿形，支撑平台的上面与预埋的插筋焊接，下面斜撑筋与预埋的套筒或模板拉筋焊接，支撑平台焊点要牢固可靠，根据模体的构件长度布置支撑平台，间距不宜大于6m，支撑平台的上平面要进行测量控制，确保支撑平台面在一个平面上。
3.1.1.2模体组装顺序
支撑平台施工完成后，进行模体组装。
模体组装顺序为：
桁架梁工作平台框架→提升架→部分液压千斤顶→围圈→模板→铺盘→液压系统→辅助盘。
组装好的滑模立面及平面图见图1、图2。
图1滑模安装立面示意图
图2滑模安装平面示意图
3.2下料系统安装
闸井滑模混凝土垂直入仓采用混凝土泵，在滑模模体组装完成后，在相应位置搭设混凝土泵管支承架，泵管支承架搭设按脚手架相应规范要求，并与模体间留有一定的安全距离，以确保滑模正常滑升不受其影响，同时，随着模体滑升，在相应位置放置预埋件对脚手架进行附着加固。
3.2.1垂直分料系统安装
模体组装完成后，根据仓面情况和泵管承重架搭设位置，在模体平台上搭设混凝土分料槽，实现混凝土的均匀平仓，溜槽架子固定在模体平台上，跟随模体一起上升。
滑模按设计要求制作后，进行组装调试，并按质量标准进行检查调整。
4滑模施工
4.1施工准备
滑模施工前必须做好准备工作，其中包括底板的凿毛、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。
4.2千斤顶进行试验编组
（1）耐压:
加压120kg/cm2，5分钟不得渗漏；
（2）空载爬升:
调整行程30mm；
（3）负荷爬升:
加载5t时,记录支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。
为方便检修千斤顶，确保滑模施工过程中的正常运行，配备千斤顶卡簧、上卡头、排油弹簧、滑块、密封圈、卡环、下卡头等，用于及时检修和更换。
4.3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。
施工现场需敷设一趟3×25+1电缆，提供380V电源，为确保滑模施工顺利进行，防止停电影响脱模时间，造成脱模困难，影响混凝土浇筑外观质量，布置一台200kW发电机作为备用电源。
4.4钢筋绑扎
滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升平行作业。
模体就位后，按设计进行钢筋绑扎。
为保证滑升速度，立向钢筋采用套筒联接，横向钢筋采用绑扎连接。
搭接长度符合设计规范要求，根据滑模的工艺特点，滑模爬杆（Ф48×3.5mm）用于替代部分立向钢筋，且立筋布置于混凝土保护层的另一侧，以保证滑升过程中横筋的顺利绑扎。
滑升施工中，爬杆在同一水平内接头不超过1/4，第一套爬杆布置3种（6m、3m、2m）,错开布置,正常滑升时,每根爬杆长3m或6m,要求平整无锈皮,当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，应接长爬杆，接头对齐，接头不平处用砂轮摸光机找平磨光，爬杆同环筋相连焊接加固。
4.5混凝土浇筑
4.5.1混凝土垂直、水平运输
混凝土的水平运输及垂直入仓能力是影响滑模施工的关键，为此需配备足够的混凝土入仓能力。
同时为保证滑模运行稳定，以及施工材料和工器具的提升，现场准备QTZ163塔吊备用下料。
混凝土水平运输采用8m³混凝土罐车运输。
混凝土垂直入仓采用溜槽配合混凝土泵来实现。
4.5.2混凝土浇筑
滑模浇筑混凝土流程如下：
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30cm一层分层进行，采用Ø70插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。
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2h，控制滑升高度30cm，控制滑升速度2.5m/d左右。
混凝土初次浇筑和模板初次滑升严格按步骤进行：
第一次浇筑100mm厚半骨料混凝土或砂浆，接着按分层300mm浇筑两层，厚度达到700mm时，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，待浇筑第五层后，滑升150～200mm,第六层浇筑后滑200mm，若无异常情况，再进行正常浇筑和滑升。
模板初次滑升要缓慢进行，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，待一切正常后进行正常浇筑和滑升。
4.5.3模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，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高度。
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；能用抹子抹平为宜。
否则，需分析原因，采取等强等措施进行处理。
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，检查滑模中心线及操作盘的水平度。
4.5.4表面修整及养护
混凝土表面修整关系到结构表观和保护层质量，当混凝土脱模后，须立即进行该项工作。
滑升时混凝土脱模强度控制在0.1～0.3MPa（用手指按压砼表面可留1mm的压痕），这时砼仍处于初凝期间，一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补。
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。
4.5.5预埋件及预留处理
为满足滑模工艺要求，保证滑模顺利滑升，闸门井门槽埋件采用预埋钢板或将预留钢筋改为一级钢，并弯曲90°预埋入混凝土内，后期清除弯曲的钢筋表面混凝土后，再调直的方法施工。
门槽埋件随滑模浇筑混凝土边滑升边安装，脱模后，用辅助盘配合人工清理埋件预埋钢板表面。
待门槽一期混凝土浇筑完成后，再进行二期混凝土浇筑。
4.5.6停滑措施及施工缝处理
滑模施工需连续作业，因故停止滑升或调整模板时，需采取“停滑措施”。
混凝土停止浇筑后，每隔0.5～1h，滑升1～2个行程，直到混凝土与模板不再产生粘结力（一般4h左右）。
由此造成的施工缝，按水电施工规范进行处理，即复工前，凿除混凝土表面浮渣和乳皮，露出新鲜的混凝土面，混凝土表面骨料外露不大于1/3粒径后，用水将混凝土表面冲洗干净，先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。
4.5.7滑模控制
滑模中线控制：
为保证门槽中心不发生偏移，在门槽两端各悬挂一根或几根垂线进行中心测量控制，确保门槽的垂直，满足测量要求和金结安装要求。
滑模水平控制：
利用千斤顶的同步器进行水平控制，辅助以水准仪测量，进行水平检查。
4.5.8滑模施工中出现问题的处理
滑模施工过程中常见的问题主要有：
滑模操作盘倾斜、吊盘平移、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。
施工中，首先把好质量关，加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时解决。
4.5.8.1纠偏
1）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行程，再打开全部千斤顶滑升2～3行程，反复数次逐步调整至设计要求。
2）利用千斤顶安装的行程限位器，以及安装在爬杆上的水平调节器，保证滑模的垂直上升。
同时，在千斤顶与油管的连接处安装针形阀，通过针形阀的开闭来调节因混凝土内外侧模板的摩擦阻力不同而引起的内外模板滑升的不同步。
4.5.8.2爬杆弯曲处理
爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时切除变形部位后，安装新爬杆与下部爬杆焊接，并加焊“人”字型斜支撑。
4.5.8.3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。
4.5.8.4混凝土表面缺陷处理
滑模施工时控制好脱模强度，尽量实现软脱模，利用模体下悬挂的辅助盘采用混凝土原浆进行修复，如果缺陷较大则采用局部立模，补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。
5滑模及布料系统拆除
5.1布料系统拆除
滑模浇筑混凝土施工结束后，先进行布料系统的拆除，拆除顺序为：
串筒→溜槽铁皮→支撑立柱。
拆除时操作人员要系好安全带，钢丝绳吊点要合适保证起吊平衡，拆除作业时下方不得有人，确保拆除施工安全。
拆除的分料系统构件先吊放到合适的位置，待模体拆除前，吊运出场。
5.2滑模模体拆除
滑模滑升到设计高程后停止滑模施工，利用吊车对模体进行拆除，模体拆除时，结合吊车的最大起重重量对模体进行分块。
拆除时做好相关安全工作。
8结语
普西桥水电站泄洪洞事故门闸室EL696.75～EL735.0m段，采用液压滑升模板浇筑混凝土，利用13d时间完成了高约40m的闸室浇筑任务，与传统工艺相比，节约工期约57d（按浇筑40m，分10层，每层7d计算，需直线工期70d）,采用滑模浇筑混凝土，不仅表面光滑、平整、外形轮廓尺寸准确，而且节省了大量的施工时间、人力、物力及支模、拆模费用，收到了良好的效益。
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