清河水庫供水閘門豎井滑模施工方案及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊 勇

(綏中縣水利局，遼寧 葫蘆島 125200)

隨著混凝土材料的不斷發(fā)展，目前各行業(yè)的大型建筑都將混凝土結(jié)構(gòu)作為首選，而滑模施工是為加快混凝土澆筑速度、提高澆筑質(zhì)量而創(chuàng)立的一種施工方法，特別適用于等截面的混凝土結(jié)構(gòu)。閘門作為水庫大壩最核心的設(shè)備，其建筑閘門豎井必須要穩(wěn)定、堅(jiān)固。根據(jù)閘門豎井不同結(jié)構(gòu)，要設(shè)計(jì)具體的施工方案，并且要設(shè)計(jì)對應(yīng)的滑模系統(tǒng)，這是保證工程順利的關(guān)鍵。

1 滑模施工法優(yōu)點(diǎn)介紹

滑模施工最開始應(yīng)用于高橋墩施工，較好地整合了混凝土澆筑的各個工序，類似于“流水線作業(yè)”。該施工方法有以下優(yōu)點(diǎn)：

1) 混凝土澆筑速度快。若建筑結(jié)構(gòu)無特殊形狀且原料充足，最快建筑速度能達(dá)到3.0 m/d。如果在混凝土材料中加入速凝劑，速度還可進(jìn)一步提高。

2) 綜合成本低?；Ｊ┕?shí)現(xiàn)了在一個平臺上，將各個工序緊密且有序地聯(lián)系在一起，施工人員及設(shè)備數(shù)量均大幅度減少，使人工費(fèi)、機(jī)械使用費(fèi)顯著降低。

3) 混凝土澆筑質(zhì)量高?；Ｊ翘崆案鶕?jù)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行“量身定制”的，模板結(jié)構(gòu)嚴(yán)絲合縫，配合連續(xù)提升系統(tǒng)，混凝土澆筑面平滑工整，很少出現(xiàn)“麻面”問題，也從根本上杜絕了“跑偏”現(xiàn)象。

4) 施工安全程度高。滑模施工從設(shè)計(jì)之初就充分考慮到保障施工人員安全這一問題，將操作平臺設(shè)計(jì)為封閉、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，有效解決了人員墜落、高空墜物等事故。

2 工程概況

清河水庫位于鐵嶺市清河區(qū)，是一座以防洪、灌溉為主，兼顧城市供水、發(fā)電、養(yǎng)魚和生態(tài)補(bǔ)水等綜合利用、多年調(diào)節(jié)的大型水利樞紐工程，工程規(guī)模為大(Ⅱ)型，工程等別為Ⅱ等，最大總庫容9.68×108m3，控制流域面積2 376 km2。本項(xiàng)目主要是對清河水庫供水閘門進(jìn)行拆除重建，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為單孔閘室，兩個邊墩，中間設(shè)計(jì)3道胸墻。最大施工高度31 m，閘墩長16.9 m、寬2 m；閘墩間空距4 m，混凝土總量約2 800 m3。

3 取水閘門豎井滑模施工方案設(shè)計(jì)

3.1 閘墩滑模施工方案設(shè)計(jì)

由于本項(xiàng)目混凝土澆筑工程量較大，且對閘室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求較高，在此設(shè)計(jì)使用滑模施工方式。具體為：兩側(cè)邊墩和1號胸墻采用一體滑升，后期將邊墩模體改造為閘墩中間胸墻滑模施工?；Ｕw結(jié)構(gòu)見圖1[3]。

3.2 2#胸墻滑模施工方案設(shè)計(jì)

邊墩滑?；粮叱?20.5 m時(shí)，在兩邊墩對應(yīng)2#胸墻下面各埋設(shè)兩個φ110PVC管，為胸墻底模鋪設(shè)做準(zhǔn)備。圖2為2#胸墻模板鋪設(shè)示意圖。

圖1 邊墩滑模框架結(jié)構(gòu)圖

圖2 2#胸墻模板鋪設(shè)示意圖

3.3 3#胸墻滑模施工方案設(shè)計(jì)

3#胸墻施工方法同2#胸墻。邊墩滑?；粮叱?25.8 m時(shí)，在兩邊墩對應(yīng)3#胸墻下面各埋設(shè)兩個φ110PVC管，為胸墻底模鋪設(shè)做準(zhǔn)備。圖3為3#胸墻模板鋪設(shè)示意圖[4]。

3.4 底梁滑模施工方案設(shè)計(jì)

底梁施工是在底梁下部先安裝1 m×1 m的桁架作為底梁底模的支撐，安裝結(jié)構(gòu)見圖4。

圖3 3#胸墻模板鋪設(shè)示意圖

圖4 底梁底模模板下部支撐安裝示意圖

4 滑模系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

4.1 滑模系統(tǒng)各組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1.1 模板和圍圈

1) 模板分為直墻段和曲線段，滑模主體結(jié)構(gòu)均采用厚度為5 mm鋼板焊接而成，利用角鋼作為加強(qiáng)肋(L50×5 mm)，而且將加強(qiáng)肋同桁架梁焊接，以保證整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2) 圍圈的主要目的是加固圓弧段模板，設(shè)計(jì)為上下兩道，分別位于模板兩個3等分點(diǎn)位置，選用14號槽鋼制作而成。

4.1.2 提升系統(tǒng)

提升系統(tǒng)可以控制滑模操作平臺的位置和移動速度，是整個滑模系統(tǒng)的核心組成。本項(xiàng)目的提升系統(tǒng)由爬桿(φ48 mm鋼管)、提升架(18#槽鋼和δ10 mm鋼板焊制而成)和千斤頂(設(shè)置在頂部)組成，其中提升架設(shè)計(jì)為“7”型結(jié)構(gòu)。

4.1.3 滑模盤(操作盤和輔助盤)

操作盤是滑模施工的操作平臺，施工人員、物料、設(shè)備等均放置在該位置，所受垂直載荷較大。此外，由于剛澆筑的混凝土在重力作用下向滑模有一定的外推力，因此為保證操作盤的穩(wěn)定性，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)選用∠100、∠75角鋼加工制作的1.0 m×1.0 m復(fù)式桁架梁。

輔助盤主要用于后期混凝土澆筑結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護(hù)作業(yè)平臺，不承受太大載荷，因此設(shè)計(jì)為“鋼架+木板”結(jié)構(gòu)，在保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下盡量降低自重，用φ20 mm圓鋼懸掛在提升架和桁架梁上。

4.1.4 輔助系統(tǒng)

1) 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)灑水管用φ50 mm膠質(zhì)軟管制成，為消除混凝土結(jié)構(gòu)在凝固過程中產(chǎn)生裂縫，灑水管沿著澆筑完成的混凝土墻壁均勻布置，保證混凝土濕度維持在一個穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

2) 為保證整體滑模結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，需要時(shí)刻觀測整個系統(tǒng)的垂直度和水平度，其中利用重垂線測定垂直偏斜度，利用水準(zhǔn)儀測量水平偏斜度。

4.2 滑模系統(tǒng)力學(xué)結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算

本項(xiàng)目滑模液壓系統(tǒng)選用HQ-100型千斤頂，設(shè)計(jì)承載能力為10 000 kg，計(jì)算承載能力為5 000 kg，爬升行程30 mm，液壓控制臺為ZYXT-36型自動調(diào)平液壓控制臺，并通過高壓油管同千斤頂相連。

4.2.1 外模千斤頂承載力計(jì)算

4.2.1.1 載荷計(jì)算

1) 外模千斤頂所需承載的載荷主要包括：鋼結(jié)構(gòu)G1(1 200 kg)、施工荷載G2(總重10 400 kg，其中工作人員1 500 kg；工器具500 kg；支撐桿2 000 kg，考慮2倍動力系數(shù)及1.3倍不均勻系數(shù))、滑升摩擦阻力G3(總重20 250 kg，附加系數(shù)1.5)，因此豎向載荷總重G=G1+G2+G3=42 650 kg。

2) 混凝土和動載荷P1對模板的側(cè)壓力P2。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用插入式振搗器，P1計(jì)算見式(1)，算得P1=1 625 kg/m2，P2=200 kg/m2。所以P總=P1+P2=1 825 kg/m2。

P1=r·(h+0.05)

(1)

式中：r為混凝土容重，取2 500 kg/m3；h為每層澆筑混凝土厚度，取0.6 m。

本項(xiàng)目將鋼模板與混凝土摩擦系數(shù)f取0.4，則外模千斤頂總承載力F計(jì)算見式(2)，算得G′=49 275 kg。

G′=P×S×f

(2)

式中：S為模板與混凝土接觸總面積，取67.5 m2。

4.2.1.2 外模千斤頂數(shù)量設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)每個HQ-100型千斤頂承載能力為5 000 kg，因此外模千斤頂數(shù)量n計(jì)算見式(3)，得到n=18.38?？紤]門槽阻力較大和混凝土澆筑整體結(jié)構(gòu)存在一定的不對稱性，為保證滑?；|(zhì)量，外模設(shè)計(jì)布置20臺千斤頂。

n=(G+G′)/5000

(3)

4.2.2 內(nèi)模千斤頂承載力計(jì)算

4.2.2.1 載荷計(jì)算

1) 內(nèi)模千斤頂所需承載的載荷主要包括：滑模結(jié)構(gòu)自重G1(總重32 600 kg，包括鋼結(jié)構(gòu)24 800 kg；液壓系統(tǒng)1 800 kg；花紋鋼板6 000 kg)、施工載荷G2(15 600 kg)、滑升摩擦阻力G3(28 200 kg)，因此豎向載荷總重G=G1+G2+G3=76 400 kg。

2) 混凝土對模板的側(cè)壓力失穩(wěn)重力換算P=20 000 kg/m2，側(cè)壓力總面積約為0.955 m2，因此該部分載荷G′=19 100 kg。

4.2.2.2 內(nèi)模千斤頂數(shù)量設(shè)計(jì)

內(nèi)模千斤頂數(shù)量n計(jì)算見式(4)，得到n=19.1。同樣考慮到門槽阻力較大和結(jié)構(gòu)不對稱，為保證滑?；|(zhì)量，內(nèi)模設(shè)計(jì)布置20臺千斤頂。

n=(G+G′)/5000

(4)

5 結(jié) 語

滑模施工在當(dāng)前大體積混凝土澆筑中應(yīng)用廣泛，而且大大提高了澆筑速度和質(zhì)量。清河水庫供水閘門通過應(yīng)用該技術(shù)，比普通施工手段節(jié)約工期約1/5，綜合成本明顯降低，且在施工過程中未發(fā)生一起安全事故，該項(xiàng)目取得圓滿成功?；Ｏ到y(tǒng)設(shè)計(jì)工作是成功的前提，必須根據(jù)工程各個部分實(shí)際尺寸對其進(jìn)行“量身定制”，滑模系統(tǒng)承載力也要通過驗(yàn)算確定。