滑模技術(shù)在大興水利樞紐工程調(diào)壓井混凝土施工中的應(yīng)用

楊永強(qiáng) 王達(dá) 史立新 柴繼東

輸水工程調(diào)壓豎井開挖斷面直徑為9 m的圓形，豎井高度36 m，井底高程482.0 m，井口高程518.0 m，有24 m為地面以下部分，還有12 m為地面以上部分，混凝土襯砌厚度為1 m，襯砌后直徑為7 m。

1 滑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

調(diào)壓井滑模共由模板及支撐系統(tǒng)、液壓爬升系統(tǒng)和混凝土下料系統(tǒng)3部分組成，其中模體分上、中、下3層平臺(tái)，上層為下料平臺(tái)，中層為操作及澆筑平臺(tái)，下層為抹面平臺(tái)。如圖1所示。

圖1 滑模模體結(jié)構(gòu)平面圖

1.1 面板及支撐系統(tǒng)

面板是混凝土井壁形成的模具，其表面平整度、剛度直接影響著混凝土井壁的外觀質(zhì)量。本工程滑模面板采用5 mm厚、高1.2 m鋼板彎制而成，利用∠50角鋼做為加勁肋，肋條間距為20 cm。上下兩道圍圈同面板角鋼加勁肋焊接固定，并和桁架梁上、下邊梁焊接，使各模板成為整體。為保證模體滑升順利，在模體制作時(shí)，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)尺寸基礎(chǔ)上筒模頂口直徑應(yīng)比底口大5～10 mm，讓模體呈倒錐形，以利于滑升。

圍圈采用12#槽鋼彎制而成。輻射梁采用12#槽鋼制作完成，共計(jì)48節(jié)，每節(jié)2.65 m。輻射梁與內(nèi)圍圈之間螺栓連接，與外圍圈之間由焊接連接。為增加輻射梁的整體穩(wěn)定性，輻射梁之間采用∠50角鋼相互拉結(jié)。支撐系統(tǒng)與提升架焊接連接，兩層支撐系統(tǒng)之間采用∠50角鋼相互拉結(jié)，使上下支撐體系形成整體，同時(shí)形成澆筑平臺(tái)，并在上部滿鋪3 mm厚花紋鋼板，且預(yù)留一缺口，采用Φ20 mm鋼筋制作安全爬梯，并抹面平臺(tái)相連形成安全通道。

澆筑平臺(tái)下部為抹面平臺(tái)，距離模體底部1.8 m。抹面平臺(tái)采用Φ25 mm鋼筋制作，上部滿鋪5 cm厚跳板，四周懸掛安全防護(hù)網(wǎng)?？紤]到調(diào)壓井底部第1層混凝土施工時(shí)不能直接安裝抹面平臺(tái)，將抹面平臺(tái)制作成體積較小的框架結(jié)構(gòu)，待模體起滑到2 m時(shí)再與模體焊接連接。

1.2 液壓爬升系統(tǒng)

模體爬升系統(tǒng)主要由提升架、液壓穿心式千斤頂和液壓操控臺(tái)組成。

提升架由橫梁和立桿組成，兩根橫梁為1組，中間夾立桿焊接連接,采用14#槽鋼制作而成。立桿與模體主體結(jié)構(gòu)焊接，分別連接圍圈和輻射梁，利用提升架將模體的支撐系統(tǒng)和面板部分連接成一個(gè)整體。

液壓穿心式千斤頂型號(hào)為GYD-60型，采用螺栓等間距固定于提升架橫梁上，千斤頂中心位于襯砌混凝土中部，通過高壓油管與液壓操控臺(tái)相連，利用液壓操控臺(tái)來控制千斤頂?shù)呐郎?。液壓千斤頂依靠爬桿上升，千斤頂上升帶動(dòng)提升架上升，從而帶動(dòng)整個(gè)模體上升，最終實(shí)現(xiàn)模體滑升的目的。

1.3 混凝土下料系統(tǒng)

在上下兩道內(nèi)圍圈中心位置，分別通過6根∠50角鋼等間距的將1根3 m的DN125 mm鋼管與上下兩道圍圈焊接固定，將4根0.5 m長∠50角鋼等間距焊接在DN125 mm鋼管2.5 m處，在通過∠50角鋼與已固定在鋼管的角鋼端頭相連接形成下料平臺(tái)，利用4根10 mm槽鋼將平臺(tái)與上圍圈焊接構(gòu)成整體，采用Φ20 mm鋼筋制作爬梯并在四周設(shè)置1.2 m護(hù)欄，平臺(tái)上部滿鋪3 mm花紋鋼板。在DN125 mm鋼管頂端套1根0.3 m的DN150 mm鋼管，因?yàn)殇摴茼敳康侥ｓw面板距離為4 m，若直接設(shè)置4 m溜槽提升桿將影響其旋轉(zhuǎn)，故在DN150 mm鋼管頂端斜向下30o焊接3 m長的溜槽，另外制作一個(gè)1.2 m傾角為30o溜槽可方便隨時(shí)移動(dòng)，即形成旋轉(zhuǎn)分料溜槽，保證混凝土的對(duì)稱均勻下料，確?；；俣取?/p>

利用Φ219 mm鋼管制作溜管，沿井壁鋪設(shè)，溜管每節(jié)長3 m，管與管之間通過法蘭連接，并利用井壁錨桿焊接牢固。由于溜管在混凝土下料時(shí)易受沖擊振動(dòng)，硬性連接易使焊口開裂，因此，在與錨桿焊接連接的基礎(chǔ)上，每節(jié)溜管均設(shè)有拉環(huán)，采用鋼絲繩將溜管拉到錨桿上，利用鋼絲繩的彈性達(dá)到緩沖的作用。由于混凝土垂直運(yùn)輸距離較長，易產(chǎn)生骨料分離，為保證混凝土質(zhì)量，在溜管18 m位置安裝一個(gè)My-box緩降器，防止混凝土在下落過程中骨料分離，下部安裝約3 m長的竹節(jié)管與模體下料平臺(tái)相連。溜管上部進(jìn)口處設(shè)一下料口，并安裝鐵篦子，將超粒徑骨料過濾掉。

在混凝土超過地面高程時(shí)，原有的下料系統(tǒng)已無法滿足施工需求。采用汽車吊和0.8 m3混凝土罐進(jìn)行垂直運(yùn)輸，運(yùn)輸過程中避免混凝土罐觸碰鋼筋和滑模體引起其他不利的影響。

1.4 外模結(jié)構(gòu)

為使豎井地面以上部分實(shí)現(xiàn)內(nèi)外側(cè)模體的同時(shí)滑升。外模采用P3015模板拼裝成直徑為9 m圓形面板，高1.5 m。圍圈采用Φ32 mm鋼筋彎制而成，等間距布置4道圍圈，圍圈與拼裝面板焊接固定，并和提升架焊接固定。提升架由橫梁和立桿組成，2根橫梁為1組，2根立桿為1組，同組立桿間距為1.07 m，橫梁中間夾立桿焊接連接，采用14#槽鋼制作而成，與內(nèi)部模體桁架焊接使各系統(tǒng)成為整體。內(nèi)外側(cè)模板間距為1 m，確?；炷烈r砌厚度。

根據(jù)井內(nèi)抹面平臺(tái)對(duì)外側(cè)抹面平臺(tái)焊接制作，確?；炷恋耐庥^質(zhì)量。

2 模體的受力荷載計(jì)算

2.1 模體的設(shè)計(jì)載荷

2.1.1 模體和操作平臺(tái)自重

模體總重13.5 t，根據(jù)力學(xué)公式G=mg，由此可得施工恒荷載為132.3 kN。

2.1.2 施工載荷

臺(tái)車工作人員預(yù)計(jì)13人，施工載荷按15人計(jì)算，平均每人重80 kg，施工人員總重1.2 t；施工材料主要是存放鋼筋，限定鋼筋載荷2 t，其他機(jī)具主要有液壓控制臺(tái)、電焊機(jī)、設(shè)置在模體上的下料系統(tǒng)等，總質(zhì)量約2 t，根據(jù)力學(xué)公式G=mg，由此可得施工載荷為50.96 kN。

2.1.3 模體與混凝土之間的摩阻力

鋼模板與混凝土的摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值為1.5～3.0 kPa。根據(jù)計(jì)算，調(diào)壓井模體鋼模板與混凝土的接觸面積為50.24 m2（該面積為出地面后內(nèi)外側(cè)模板的接觸面積），取最大摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值可得模板與混凝土的摩阻力為：F阻=3×50.24=150.72（kN）。

2.2 牽引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.2.1 牽引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守以下規(guī)定

千斤頂允許承載能力為其額定承載力的1/2～1/3倍。

2.2.2 總牽引力的計(jì)算

調(diào)壓井總牽引力為：T=132.3+50.49＋150.72=333.51（kN）。

2.2.3 千斤頂?shù)臓恳芰?/p>

根據(jù)規(guī)范要求，穿心式千斤頂?shù)脑试S牽引能力為其額定承載力的1/2～1/3倍，調(diào)壓井模體設(shè)計(jì)采用12臺(tái)6 t穿心式千斤頂牽引，額定承載力達(dá)到720 kN，允許牽引力按1/2額定承載力計(jì)算，調(diào)壓井允許牽引力達(dá)到36 t，即達(dá)到352.8 kN，大于調(diào)壓井333.51 kN的總牽引力，滿足設(shè)計(jì)要求。

3 滑?；炷潦┕?/h2>

3.1 滑模施工準(zhǔn)備

3.1.1 滑模的制作與安裝

滑模體結(jié)構(gòu)構(gòu)件在加工廠加工制作完成后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝完成后，通過吊車將模體吊入井底。模體制作嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙及鋼結(jié)構(gòu)制作規(guī)范進(jìn)行。當(dāng)模體全部安裝完畢后，將液壓控制系統(tǒng)安裝就緒后，并對(duì)滑模模體進(jìn)行測量定位，然后空載荷爬升腳手架，直至腳手架底部頂?shù)降撞炕炷辽蠟橹?，自此模體一切準(zhǔn)備就緒。

3.1.2 測量控制放線

在井口井架上安裝兩錘球作為豎井施工的控制線，一旦發(fā)現(xiàn)模體出現(xiàn)偏移應(yīng)通過單獨(dú)動(dòng)作某一方向的千斤頂來及時(shí)糾偏。在模體上設(shè)置1臺(tái)水準(zhǔn)，將統(tǒng)一高程放到爬桿上，以確保各爬桿上的行程控制頂圈在同一高程上，從而確保千斤頂每次的行程高度一致。

3.2 滑模施工

綁扎鋼筋、澆筑混凝土和提升模板是滑模施工的3個(gè)主要工序，以提升模板為主導(dǎo)工序來制定滑升制度，以此控制每一施工循環(huán)時(shí)間內(nèi)綁扎鋼筋和澆筑混凝土工序的工作強(qiáng)度。滑模運(yùn)行期間做好三大工序間的密切配合工作，做到上一道工序有力保證下一道工序，下一道工序認(rèn)真檢查上一道工序。

3.2.1 鋼筋綁扎

將加工好的鋼筋捆綁牢固，由下料機(jī)運(yùn)送到模體的操作平臺(tái)上，進(jìn)行鋼筋綁扎。為滿足滑模施工進(jìn)度，主筋采用焊接，副筋采用綁扎搭接，相鄰接頭錯(cuò)開布置，鋼筋間距、搭接長度及保護(hù)層厚度等設(shè)計(jì)尺寸應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)程規(guī)范和施工技術(shù)要求。模體就位后，先將模體范圍內(nèi)的鋼筋綁扎完畢，經(jīng)驗(yàn)收合格后將模體內(nèi)混凝土分層澆筑完成。

3.2.2 模體滑升及爬桿接引

3.2.2.1 模體滑升

初滑時(shí)，混凝土分層澆筑40～50 cm高，待第1層混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.2～0.4 MPa（或混凝土貫入阻力達(dá)到0.30～1.05 kPa）時(shí)，進(jìn)行1～2個(gè)千斤頂行程的提升，并對(duì)滑模裝置（包括提升系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、模板變形情況等）和混凝土凝結(jié)狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，當(dāng)脫模出的混凝土用手指按壓有輕微的指印和不粘手，說明已具備滑升條件，即可進(jìn)行第2層混凝土澆筑，確定一切運(yùn)行正常后，轉(zhuǎn)為正常滑升。

當(dāng)混凝土初凝并達(dá)到一定強(qiáng)度后開始正常滑升模體，模體每次滑升高度約30 cm，每滑升1次綁扎1層鋼筋并澆筑30 cm厚混凝土，然后再進(jìn)行下1次滑升。正?；^程中，相鄰兩次提升的時(shí)間間隔不宜超過1 h，日滑升高度控制在4～5 m左右。

3.2.2.2 爬桿接引

模體每滑升3～4次就必需進(jìn)行1次校正，以避免模體出現(xiàn)較大偏差。模體通過爬桿滑升，爬桿每3 m 1節(jié)，當(dāng)滑升高度達(dá)到3 m時(shí)，需將爬桿接引，兩爬桿采用對(duì)接的形式，接頭處中間放置一段40 cm長的Φ38 mm鋼管，該鋼管深入上下兩節(jié)爬桿各20 cm，通過塞焊的形式與兩節(jié)爬桿連接，并將塞焊處打磨光滑。爬桿接頭應(yīng)錯(cuò)開間隔布置，錯(cuò)開間距不小于1 m，同一斷面接頭數(shù)量不得超過50%。

3.2.3 內(nèi)外側(cè)模體的同時(shí)滑升

在混凝土達(dá)到地面高程時(shí)，模體根據(jù)混凝土凝固情況繼續(xù)滑升，直至整個(gè)模體滑出混凝土表面，做施工縫處理。

將原有的“F”型提升架上再對(duì)焊一“F”型提升架，形成“π”型提升架，在新安裝的提升架內(nèi)側(cè)焊接4道等間距水平弧筋，便于安裝加固外側(cè)P3015模板的拼裝面板，待模體組裝完成，即實(shí)現(xiàn)了地面以上部分豎井內(nèi)外側(cè)同時(shí)進(jìn)行滑模工藝的施工。內(nèi)外側(cè)模板間距為1 m，確保混凝土襯砌厚度。在恢復(fù)模體滑升行程有2 m時(shí)，根據(jù)井內(nèi)抹面平臺(tái)對(duì)外側(cè)焊接抹面平臺(tái)，保證混凝土的外觀質(zhì)量。

3.2.4 混凝土澆筑

混凝土由拌和站統(tǒng)一拌合，由8 m3混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至調(diào)壓井上井口，通過溜管將混凝土經(jīng)模體上部的分料裝置輸送進(jìn)入倉面。

混凝土澆筑必須執(zhí)行均勻上升、對(duì)稱下料的澆筑制度，每一澆灌層的混凝土表面應(yīng)在一個(gè)水平面上，以保證出?；炷恋膹?qiáng)度大致相同。避免單側(cè)受力過大，造成模體位移。本工程混凝土澆筑在澆筑平臺(tái)上完成，通過調(diào)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)溜槽方向達(dá)到向井壁四周布料的目的。每層澆筑厚度控制在30 cm以內(nèi)，各層澆筑的間隔時(shí)間不大于混凝土的凝結(jié)時(shí)間，當(dāng)間隔時(shí)間超過長時(shí)，按施工縫的要求進(jìn)行處理。采用插入式軟軸振搗棒振搗，振搗時(shí)必須避免直接觸及爬桿及模板，振搗器插入下層混凝土內(nèi)的深度不得大于5 cm，模體滑升時(shí)應(yīng)停止振搗。

3.3 模體滑升過程中的其它工作

（1）隨時(shí)檢查和記錄模體結(jié)構(gòu)垂直度、水平度、扭轉(zhuǎn)及結(jié)構(gòu)截面尺寸等偏差數(shù)值，并對(duì)檢查情況做交接班記錄。

（2）隨時(shí)檢查操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)、支承桿的工作狀態(tài)及混凝土的凝結(jié)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)分析原因并采取有效的處理措施。

（3）及時(shí)將被油污染的鋼筋和混凝土處理干凈。

3.4 表面修整及養(yǎng)護(hù)

混凝土表面修整是關(guān)系到結(jié)構(gòu)外表和保護(hù)層質(zhì)量的關(guān)鍵工序，當(dāng)混凝土脫模后，應(yīng)設(shè)專人在抹面平臺(tái)對(duì)剛出露的混凝土表面進(jìn)行抹面處理，確保井身混凝土表面光滑、平整。為使脫模后的混凝土得到及時(shí)養(yǎng)護(hù)，在井口接引一條水管至抹面平臺(tái)，采用自流水對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)以保持混凝土表面濕潤為準(zhǔn)，不宜長時(shí)間不間斷灑水。

3.5 滑模拆除

當(dāng)混凝土達(dá)到封面高度后，模體根據(jù)混凝土凝固情況繼續(xù)滑升，直至整個(gè)模體滑出混凝土表面，即完成全部澆筑施工。模體首先拆除底部的抹面平臺(tái)，然后利用吊車將模體整體吊出井口。滑模裝置拆除應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）必須統(tǒng)一指揮進(jìn)行，并預(yù)先編制安全措施。

（2）操作人員必須配戴安全帽及安全帶。

（3）拆卸的滑模部件要嚴(yán)格檢查，捆綁牢固后提出。

4 結(jié)語

大興水利樞紐工程輸水工程調(diào)壓豎井砌襯采用滑模施工取得了較好的效果?；Ｊ┕け痊F(xiàn)支模板具有以下優(yōu)越性：

（1）滑升速度快，日滑升高度4～5 m。如采用現(xiàn)支模板，調(diào)壓井?dāng)嗝婷娣e較大，支模工程量相對(duì)較大，而且需搭設(shè)腳手架進(jìn)行鋼筋綁扎及模板支立施工。腳手架搭設(shè)及模板支立等工序?qū)⒄加么罅康闹本€工期，而采用滑模施工將模體提前制作完成后，僅需一次的安裝時(shí)間即可滑升到頂，節(jié)省了大量的施工時(shí)間，有效縮短了施工工期。

（2）節(jié)省了大量施工材料。采用現(xiàn)支模板將使用大量的鋼模板、木材及腳手架管，這些材料經(jīng)過多次重復(fù)利用后將有一部分材料無法再次利用，而滑模施工除了制作滑模一次用材料外不再需要增加其他材料，從而比現(xiàn)支模板節(jié)約了大量的材料費(fèi)。

（3）連續(xù)性好?；Ｊ┕た梢淮位巾?，減少了水平施工縫。

（4）外觀質(zhì)量好?；Ｃ姘鍨檎w結(jié)構(gòu)比現(xiàn)支拼裝模板混凝土表面平整度高、外觀質(zhì)量好，同時(shí)減少了缺陷處理的工作量，既縮短施工工期，又節(jié)省了缺陷處理的費(fèi)用。

（5）安全性好。由于豎井較高，采用現(xiàn)支模板時(shí)搭設(shè)大量的腳手架較滑模施工危險(xiǎn)性高。

實(shí)踐證明，在等截面、大高度，尤其是筒狀等截面豎井混凝土施工中，滑模施工具有進(jìn)度快、效率高、投資小、施工質(zhì)量和施工安全均有保證等優(yōu)點(diǎn)。