滑模技術(shù)在梅蓄電站下庫岸邊坡面板施工中的應(yīng)用

梁勝利

(中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概況

梅州抽水蓄能電站下庫岸開挖高程為421.000～352.354 m，分為洞口上方扇形區(qū)和洞口左右邊坡3個(gè)區(qū)域。其中洞臉邊坡設(shè)5級(jí)馬道、6級(jí)邊坡，馬道寬為2 m，馬道間高差為10 m，各級(jí)邊坡坡度為1:2～1:0.75。左右岸邊坡設(shè)2級(jí)馬道、3級(jí)邊坡，馬道寬為2 m，馬道間高差為10 m，各級(jí)邊坡坡度為1:2～1:1。貼坡C25混凝土厚為25 cm，鋼筋為單層鋼筋Φ12@200，系統(tǒng)錨桿與貼坡鋼筋焊接，邊坡拐點(diǎn)、坡面突變處及規(guī)則坡面橫向10 m設(shè)結(jié)構(gòu)縫，縫寬20 mm縫內(nèi)填充聚乙烯泡沫板，縫底鋪設(shè)土工布做反濾，結(jié)構(gòu)縫兩側(cè)土工布與面板的搭接長度大于50 cm。

2 混凝土澆筑方案擬定及施工程序

采用搭腳手架+鋼模(木模)施工時(shí)間長、人材機(jī)投入大、砼表面易產(chǎn)生外觀缺陷，結(jié)合已施工邊坡混凝土的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，常態(tài)面板混凝土更適宜采用無軌滑模施工[1]。擬定梅蓄電站下庫岸規(guī)則坡面采用無軌配重式滑模施工。

施工前先將邊坡噴混凝土表面浮渣、泥土等雜物清洗干凈，坡面排水孔孔口接D63 mm PVC排水管，與排水盲管間空隙使用瀝青棉麻紗進(jìn)行塞縫處理后再進(jìn)行貼坡混凝土施工，施工程序見圖1所示。

圖1 下水庫進(jìn)/出水口邊坡面板混凝土施工程序示意

2.1 邊坡混凝土施工工藝

將護(hù)坡上的雜物以及松散的噴錨料清理干凈，用高壓風(fēng)清洗噴錨面。對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測，并將成果報(bào)監(jiān)理工程師審核批準(zhǔn)后進(jìn)行施工測量放線。用全站儀放出結(jié)構(gòu)體形線，用油漆標(biāo)識(shí)及記錄。

1) 模板施工

滑模在加工車間制作，驗(yàn)收合格后運(yùn)輸至現(xiàn)場。側(cè)模安裝后人工配合吊車進(jìn)行滑模安裝。以厚度8mm的鋼板為面板，以槽鋼為縱橫肋，滑模呈框架結(jié)構(gòu)[3](見圖2)?；９こ塘恳姳??；Ｅ渲夭捎没？蚣軆?nèi)添加沙袋[3]，在運(yùn)輸和組裝模板時(shí)去除，模板組裝就位砼入倉前，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果合理添加。

注：1—ф28圓鋼，2—工字鋼I20a，3、4、5—槽鋼[20。

圖2 滑模平面結(jié)構(gòu)(單位：mm)

表1 滑模工程量

澆筑及抹面平臺(tái)以∠63×5角鋼為骨架，滿鋪5 cm厚木板，分別焊接在滑模槽鋼[20及滑模下部工字鋼I20a上。澆筑及抹面與滑?；竭M(jìn)行，可提高混凝土外觀質(zhì)量[4]。

2) 模板施工時(shí)需主要事項(xiàng)

模板安裝后應(yīng)進(jìn)行檢查及清理干凈，模板漆周轉(zhuǎn)2～3次，達(dá)到周轉(zhuǎn)數(shù)次后，應(yīng)進(jìn)行脫漆處理，或采用機(jī)具將原有漆膜打掉，不能在原有漆膜上直接涂刷新的模板漆。立模時(shí)要逐層校正上下層偏差，以免產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。砼澆筑過程中，安排專人看護(hù)模板。

3) 開倉驗(yàn)收

驗(yàn)收嚴(yán)格執(zhí)行“三檢制”，并按要求填寫驗(yàn)收資料，經(jīng)由質(zhì)檢員報(bào)監(jiān)理工程師申請驗(yàn)收。各工序驗(yàn)收通過，澆筑準(zhǔn)備完成后，最后簽砼澆筑開倉證。

4) 混凝土澆筑

為避免混凝土溫差產(chǎn)生裂縫，澆筑盡量避開中午高溫時(shí)段[5]?；炷劣上聨靺^(qū)拌合系統(tǒng)拌制，通過10 m3混凝土攪拌車運(yùn)輸至邊坡頂部高程平臺(tái)，經(jīng)過溜槽均勻入倉。采用50 mm軟軸振搗器，先平倉后振搗，嚴(yán)禁以振搗代替平倉，遵循“快插慢拔”的原則，插入下層砼5 cm左右，插入砼的間距小于振搗器有效半徑的1.5倍(一般40 cm)，模板的距離大于振搗器有效半徑的1/2(一般為20 cm)，呈梅花形布置，盡量不觸動(dòng)拉筋。

頂部葫蘆提升滑?！嵘轿粋?cè)面葫蘆安全保護(hù)→抺面、壓光→砼入倉、振搗→下一個(gè)循環(huán)

滑模提升采用10 t手拉葫蘆，兩側(cè)各配一個(gè)10 t平衡葫蘆。在邊坡坡頂設(shè)置2塊長1.5 m×寬1.5 m×高1.2 m的混凝土配重塊，滑模提升選用公稱抗拉強(qiáng)度為1 670 MPa、直徑為26 mm纖維芯鋼絲繩，與配重塊吊環(huán)連接?；Ｌ嵘到y(tǒng)布置見圖3所示，滑模固定措施見圖4～5所示。

圖3 滑模提升系統(tǒng)布置示意

圖4 滑模固定措施1示意(單位：mm)

圖5 滑模固定措施2示意(單位mm)

① 初始滑升

砼澆筑高為60～70 cm，砼強(qiáng)度達(dá)0.3 MPa時(shí)，用手按砼面留有1 mm左右的痕跡，便可試滑升。同時(shí)觀察砼的凝結(jié)情況、是否達(dá)到出模強(qiáng)度及模板的傾斜度是否正常等。

滑模初次滑升應(yīng)緩慢進(jìn)行，滑升過程中對(duì)提升裝置、模板結(jié)構(gòu)作全面的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。第1次澆筑3～5 cm厚的水泥砂漿；再按分層厚度30 cm澆筑2層，開始滑升5 cm，檢查砼凝固情況；第4層澆筑后滑升10 cm，澆筑第5層再滑升15～20 cm；第6層澆筑后滑升20～30 cm，無異常便可進(jìn)行正?；?。

② 正?；?/p>

應(yīng)控制速度10～20 cm/h，每次滑升20～30 cm，嚴(yán)禁1次滑?；^快[6]，滑升間隔不超過1.5 h，滑升平均速度控制在0.5～1.0 m/h，每次提升高度控制在15～20 cm，或結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

滑升時(shí)若滑模砼有流淌、坍塌或表面呈波紋狀，說明砼滑模強(qiáng)度低，應(yīng)放慢滑升速度；若滑模砼表面不濕潤，手按有硬感或伴有砼表面被拉裂現(xiàn)象，則說明砼強(qiáng)度高，宜加快滑升速度。

③ 滑模上浮和傾斜處理措施

造成原因：一是砼的上升速度過快和模板拉升速度過快使模板上浮；二是手拉葫蘆不同步使模板傾斜。為防止模板上浮，現(xiàn)場嚴(yán)格控制入倉塌落度、入倉速度以及爬升速度。爬升時(shí)控制在0.5～1.0 m/h，每次上升0.2 m左右。為防止模板傾斜，每個(gè)手拉葫蘆在使用前必須進(jìn)行調(diào)試，保證行程一致；每個(gè)手拉葫蘆在拉升時(shí)，用鋼卷尺進(jìn)行測量限位，使整個(gè)模板基本處于水平上升。

在滑?；^程中，專人負(fù)責(zé)檢查、糾正，準(zhǔn)確掌握砼的強(qiáng)度、模板的提升時(shí)間和速度，防止因操作不當(dāng)而引起模板上浮和傾斜。

④ 滑模換倉

滑模每次滑升至頂后將它滑下平移至另一塊混凝土坡腳，重新開始滑升?；Ｓ炷撩婊潞?，卸掉上面的掛繩，然后在滑模下墊鋼管作為滾筒，用3 t手拉葫蘆迎馬道平移至另一塊混凝土的底部，恢復(fù)滑模系統(tǒng)，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

⑤ 滑模?；幚?/p>

正常?；富；令A(yù)定高程?；厥馇闆r下的?；ǔ霈F(xiàn)故障及其他以外因素引起的?；?。?；?，在砼達(dá)到滑模強(qiáng)度時(shí)，將滑模全部脫離砼面，防止模體與砼粘在一起，并清理好模板上的砼、涂刷滑模劑。因特殊情況造成的停滑，砼面按施工縫進(jìn)行處理。

⑥ 抹面

滑?；_后，及時(shí)進(jìn)行人工壓光抹面。

5) 混凝土養(yǎng)護(hù)

在面板混凝土外露面鋪設(shè)土工布灑水保濕，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于7 d[7]。

2.2 滑模牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1) 滑模提升系統(tǒng)固定措施布置

在1級(jí)邊坡(421平臺(tái))布置2塊配重塊(長寬高為1.5 m×1.5 m×1.2 m)+10 t手拉葫蘆，作為滑模的牽引裝置。洞臉EL416～EL376四級(jí)邊坡及洞口左右側(cè)，采用在各級(jí)邊坡坡頂布置錨筋+10 t手拉葫蘆[8-9]作為滑模的牽引裝置。

2) 滑模配重設(shè)計(jì)

施加一定配重，防止滑模上浮引起澆筑成型的混凝土外形尺寸偏差超過規(guī)范要求[10]。

① 浮托力計(jì)算

參考黃河水利出版社1997年8月第2版《壩工模板工》一書相關(guān)內(nèi)容，混凝土對(duì)模板的浮托力，在模板面成45°角時(shí)(坡比為1:1)浮托力為4.5 kN/m2。該滑模與新澆混凝土面為寬6 m×高1.5 m，浮托力計(jì)算見圖6所示。

故該滑模所受浮托力為：

F浮=6×1.5×4.5=40.5 kN

(1)

② 模板自重及施工荷載

根據(jù)滑模結(jié)構(gòu)圖其自重為：

1.22×10=12.2 kN

(2)

施工人員按3人考慮，振搗器等工器具按200 kg考慮，因人員設(shè)備經(jīng)常處于移動(dòng)狀態(tài)故取荷載分相系數(shù)為1.4，則施工荷載為：

(3×0.06+0.2)×1.4×10=5.32 kN

(3)

故模板及施工人員總荷載為：

G1=12.2 kN+5.32 kN=17.52 kN

(4)

圖6 浮托力計(jì)算示意

③ 滑模配重計(jì)算

不考慮混凝土澆筑及抹面平臺(tái)重量的情況下，為不產(chǎn)生滑模上浮，滑模的配重及自身的重力需要大于產(chǎn)生的浮托力，即：

(G1+G配重)×sinθ>F浮

(5)

式中θ為豎向與坡面的夾角。

計(jì)算詳見下式：

當(dāng)坡比為1:1時(shí)，配重G=F浮/sinθ-G1=40.5/(20.5/2)-17.52=37.76 kN。

當(dāng)坡比為1:1.5時(shí)，配重G=F浮/sinθ-G1=40.5/(3/130.5)-17.52=31.15 kN。

當(dāng)坡比為1:2時(shí)，配重G=F浮/sinθ-G1=40.5/(2/50.5)-17.52=27.76 kN。

當(dāng)坡比為1:0.75時(shí)，配重G=F浮/sinθ-G1=40.5/(3/5)-17.52=67.5 kN。

3) 滑模牽引系統(tǒng)設(shè)計(jì)

① 滑模牽引力計(jì)算

滑模在浮托力恰好抵消模板及配重壓力時(shí)滑模與混凝土間摩擦力最大，此時(shí)滑模所受到的上滑阻力最大，故選擇此時(shí)作受力計(jì)算，受力分析如圖7所示。

圖7 牽引力計(jì)算示意

T=Gx+f+f粘+G1

(6)

式中T為牽引力，kN；Gx為總重力G沿邊坡向下的分力；f為混凝土與滑模間摩擦力；f粘為混凝土與滑模間的粘結(jié)力；G1為鋼絲繩重量。

Gx=Gcos45°=(37.76+17.52)×0.707=

50.15 kN

(7)

f參照黃河水利出版社1997年8月 第2版《壩工模板工》一書的相關(guān)內(nèi)容，混凝土與滑模間摩擦系數(shù)為0.4～0.5，取0.45，則有：

f=0.45×Gn=F浮×0.45=40.5×0.45

=18.23 kN

(8)

f粘根據(jù)黃河水利出版社1997年8月第2版《壩工模板工》一書的相關(guān)內(nèi)容，混凝土與鋼模間粘結(jié)力與混凝土凝固程度有關(guān)，一般取0.45 kN/m2。

f粘=6×1.5×0.45 kN/m2=4.05 kN

(9)

G1按100 m進(jìn)行計(jì)算，為2.28 kN。

因此，滑模所需牽引力為：

T=Gx+f+f粘+G1=50.15+18.23+4.05+2.28=74.71 kN

(10)

② 配重塊安全分析

抗滑移計(jì)算：坡頂采用混凝土配重塊固定提升鋼絲繩，配重塊體積2.7 m3，共配置2塊(見圖8所示)。

圖8 抗滑移計(jì)算示意(單位:mm)

G配重塊=ρV=25×2.7×2=135 kN

(11)

根據(jù)建筑施工計(jì)算手冊查得軟巖與混凝土基底摩擦系數(shù)μ=0.6。

G滑?！力?135×0.6=81 kN>74.71 kN

(12)

配重塊不會(huì)發(fā)生滑移。

抗傾覆計(jì)算：若配重塊在O點(diǎn)的力矩大于牽引力對(duì)O點(diǎn)的力矩，則配重塊不會(huì)發(fā)生傾覆。

配重塊在O點(diǎn)的力矩M配重塊：

0.75G配重塊=0.75×135=101.25 kN·m

(13)

牽引力對(duì)O點(diǎn)的力矩M牽：

0.515F牽=0.515×74.71=38.48 kN·m

(14)

M配重塊>M牽，配重塊不會(huì)發(fā)生傾覆。

③ 錨固筋安全分析

抗拔力計(jì)算：錨固點(diǎn)共布置4根C32，L=3.2 m，單側(cè)入巖深度為1.500 m，對(duì)錨固筋進(jìn)行抗拔力計(jì)算。

抗拔力計(jì)算式：

Rt≤0.8πd1·l·f

(15)

式中Rt為單根錨桿的抗拔承載力,kN;d1為錨桿孔直徑,mm，一般取3d，但不小于d+50 mm，此處取100 mm；d為錨桿直徑,mm;l為錨桿的有效錨固長度,mm，一般大于40d，而不小于80 cm，此處取1 500 cm;f為砂漿與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度特征值,N/mm2，當(dāng)水泥砂漿為M30時(shí)，對(duì)軟巖f≤0.2，對(duì)較軟巖f=0.2～0.4，對(duì)硬巖f=0.4～0.6，此處取0.2。

單根錨筋的抗拔力：

Rt=0.8π×100×1 500×0.2=75.36 kN。

錨固點(diǎn)總承載力為T=75.36×8=602.88 kN>>74.71 kN，抗拔力滿足施工要求。

錨點(diǎn)抗剪計(jì)算：錨點(diǎn)由3根Φ32圓鋼組成，其剪應(yīng)力應(yīng)滿足式(16)要求：

τmax=Fmax/A≤[τ]

(16)

式中Fmax為剪力，F(xiàn)max=74.71 kN；A為Φ32圓鋼截面積，A=803.84×3=2 412 mm2；[τ]為材料許用剪切應(yīng)力，Q235鋼材許用剪切應(yīng)力為120 MPa。

τmax=Fmax/A=74 710÷2 412=30.97 MPa≤[τ]=120 MPa

(17)

滿足抗剪強(qiáng)度要求。

4) 荷載試驗(yàn)及驗(yàn)收

在滑模正式投入運(yùn)行前，進(jìn)行滑模的負(fù)荷和超負(fù)荷加載試驗(yàn)。

試驗(yàn)前完成手拉葫蘆、提升鋼絲繩安裝并進(jìn)行驗(yàn)收，并準(zhǔn)備相關(guān)配重沙袋。

① 滑模焊接位置是否有裂紋、氣孔、弧坑和飛濺等缺陷，螺絲是否有松動(dòng)；

② 手拉葫蘆在試驗(yàn)前的全面檢查，鏈條、制動(dòng)器等部位工作是否正常，各部軸承、銷軸、制動(dòng)器鉸鏈?zhǔn)欠褚褲櫥?/p>

③ 檢查鋼絲繩全段是否已涂黃油保護(hù)，是否有變黑、銹皮、外層鋼絲松動(dòng)等損傷。

按25%、50%、75%的額定負(fù)荷逐級(jí)增加砂袋，負(fù)荷時(shí)長0.5 h，滿負(fù)荷試驗(yàn)前，應(yīng)全面檢查各部件。

檢驗(yàn)要求：鋼絲繩無斷裂，各結(jié)合面處焊接牢固，配重塊不發(fā)生傾覆。

試驗(yàn)過程觀測正常，即可完成試驗(yàn)。相關(guān)人員記錄試驗(yàn)過程收錄成表備案。

3 結(jié)語

無軌配置式滑模施工技術(shù)通過在梅蓄電站下庫岸邊坡面板混凝土施工中的成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)邊坡、不同坡比混凝土一次澆筑到頂，施工速度快，成型表面平整，節(jié)約施工成本，有良好推廣參考價(jià)值。

1) 建議滑模正?；俣葹?0～20 cm/h，每次滑升20～30 cm，以手按混凝土表面產(chǎn)生淺印為準(zhǔn)，滑升最大間隔不超過1.5 h，滑升進(jìn)度控制在0.5～1.0 m/h。

2) 可采用砼預(yù)制塊、沙袋、短鋼筋等作為滑模配重。坡度越陡，需要的配重越大，施工時(shí)應(yīng)合理放置滑模配重，不小于理論計(jì)算值。

3) 滑模技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是不出現(xiàn)上浮、傾斜等異?，F(xiàn)象。

4) 在側(cè)模頂部設(shè)置角鋼及控制混凝土坍落度不大于10 cm，有利于牽引力的儲(chǔ)備，提高施工工效、安全更有保障。