信江航電樞紐開(kāi)敞式駝峰堰溢流面滑模施工技術(shù)

李冰黎，張瑞棋，邳建亞

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；3.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)溢洪道設(shè)計(jì)控制剖面形式主要有寬頂堰、實(shí)用堰、帶胸墻的孔口。寬頂堰具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但寬頂堰流量系數(shù)小；對(duì)于泄流量比較大的工程一般采用實(shí)用堰，實(shí)用堰分為駝峰堰和折線堰；帶胸墻的孔口常用于水庫(kù)，主要有利于提高水庫(kù)的汛期限制水位，對(duì)于開(kāi)敞式泄流工程應(yīng)用較少。國(guó)內(nèi)大部分溢流工程采用開(kāi)敞式實(shí)用堰，堰頂下游宜優(yōu)先采用WES型冪曲線，堰頂上游可采用雙圓弧、三圓弧或橢圓曲線[1]。遲穎[2]在大河水庫(kù)除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)中分析比較折線堰和駝峰堰，在流量系數(shù)、下泄量和壩頂高程接近的情況下，駝峰堰造價(jià)低于折線堰。于桂云等[3]介紹了一種改良式駝峰堰，與普通駝峰堰相比上游堰面較下游堰面陡，并在峽山水庫(kù)工程中進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)改良后的堰型流量系數(shù)較大，水流條件良好，可應(yīng)用于單向泄洪且河道比較陡的攔河水閘。劉廣勝等[4]比較翼形堰和駝峰堰的水力特性，低堰的泄洪能力與體型、水頭和壩高等因素有關(guān)。盧泰山等[5]采用物理模型試驗(yàn)對(duì)梯形明渠駝峰堰的泄流量、過(guò)水?dāng)嗝?、流量系?shù)及變化規(guī)律、壓力分布的水力特性進(jìn)行研究，結(jié)果顯示：梯形明渠駝峰堰與同底寬明渠駝峰堰規(guī)律相同。

因駝峰堰為多曲面順滑過(guò)度，傳統(tǒng)的泄水閘駝峰堰施工工藝為分段多次澆筑拼接成形，施工時(shí)容易產(chǎn)生多個(gè)施工縫，造成開(kāi)裂，并且多次收面施工工藝效率低。本工程溢流面駝峰堰為堰面澆筑、振搗、收面一次成型，要保證滑模系統(tǒng)能按照設(shè)計(jì)的軌道滑動(dòng)，不出現(xiàn)卡輪或跑?，F(xiàn)象。同時(shí)，要在兩個(gè)泄水閘閘墩之間有限空間內(nèi)設(shè)計(jì)滑模系統(tǒng)及混凝土澆筑工藝，保證澆筑后混凝土不開(kāi)裂，澆筑質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

1 工程簡(jiǎn)介

江西信江航電樞紐工程虎山嘴泄水閘為河床式攔河泄水閘，共12孔。泄水閘溢流面形式采用A型開(kāi)敞式駝峰堰，由3段反弧段和1段直線段組成。駝峰堰分2步進(jìn)行澆筑施工，首先澆筑下層混凝土臺(tái)階，然后澆筑C35HF抗沖耐磨溢流面面層。

2 滑模構(gòu)造及牽引裝置

2.1 滑模整體結(jié)構(gòu)

駝峰堰溢流面面層混凝土采用滑模施工進(jìn)行澆筑，采用以牽引特制的重力式滑動(dòng)鋼模板沿溢流面坡面邊澆筑邊滑升的施工方式，有效保證施工質(zhì)量和進(jìn)度。

滑模系統(tǒng)[6-7]主要由模板體、軌道及其支撐構(gòu)件、牽引設(shè)備和人工抹面平臺(tái)組成?；ｓw由3部分組成，每部分滑模體均由鋼面板和三榀鋼桁架螺栓柔性連接成為整體，具體滑模模板構(gòu)造如圖1所示。面板為柔性面板，使得滑模體可沿軌道做柔性滑動(dòng)，在軌道內(nèi)滑模體設(shè)置行走輪，由手拉葫蘆牽引滑行，使滑模體面板做柔性滑動(dòng)，以滿足駝峰堰混凝土面弧線的體形要求，滑模軌道結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2。在澆筑過(guò)程中，混凝土的浮托力由模板自重和配重來(lái)克服。

圖1 滑模模板結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of slip form structure

圖2 滑模軌道結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of slip form track structure

2.2 牽引裝置樣式選取及計(jì)算

為了保證駝峰堰堰面一次成型，使滑動(dòng)模板系統(tǒng)平穩(wěn)有序在滑軌上進(jìn)行滑動(dòng)，考慮滑模體最大滑動(dòng)距離，利用泄水閘門槽設(shè)置“類貝雷架”做牽引受力系統(tǒng)，可避免在堰面設(shè)置預(yù)埋件安裝滑輪。根據(jù)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)預(yù)演，最終確定牽引架底部距駝峰堰堰面1.8 m，兩端固定在泄水閘閘墩，手拉葫蘆吊點(diǎn)在貝雷架上雙向設(shè)置，每側(cè)4個(gè)。牽引裝置“類貝雷架”牽引固定梁安裝圖如圖3所示。

圖3 “類貝雷架”牽引固定梁Fig.3 The"bailey like frame"traction fixed beam

為了能順利將滑模提升，采用手拉葫蘆提供動(dòng)力，滑模牽引力[8]計(jì)算如下：

式中：A為模板與混凝土的接觸面積，1.5伊7=10.5 m2；?為模體與混凝土的黏結(jié)力，鋼模取0.5 kN/m2；φ 為模體傾角，φ=28，（sinφ=0.469，cosφ=0.883）；G為模體自重（全部重量，按最不利考慮），約為98 kN；P為混凝土浮托力，5伊7伊1.5=52.5 kN；f1為模體與混凝土的摩擦系數(shù)，取0.5；f2為滾輪與軌道的摩擦系數(shù)，為0.05；k為牽引力安全系數(shù)，為1.5耀2.0，取1.5。

經(jīng)計(jì)算，R=118.75 kN，7 m滑模牽引力為11.88 t即可滿足要求，考慮安全系數(shù)采用4個(gè)5 t手拉葫蘆進(jìn)行牽引，中間布置2個(gè)5 t手拉葫蘆防止模板瞬間拉力巨大，避免發(fā)生模板脫落。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

溢流面施工主要有底層混凝土臺(tái)階澆筑、滑模軌道及模板安裝、其他模板支立、混凝土澆筑及收面等步驟。

3.2 混凝土臺(tái)階澆筑

為確保溢流面面層混凝土單次澆筑厚度均勻，控制表面裂縫，分2次澆筑。首先進(jìn)行底層澆筑混凝土臺(tái)階，第二步澆筑駝峰堰面。臺(tái)階高度以最薄尖角部位與堰面表面不小于100 cm，臺(tái)階距離溢流面門槽60 cm，臺(tái)階高度均勻控制，確保達(dá)到厚度要求。

3.3 止水焊接、軌道固定

泄水閘閘孔正中設(shè)有結(jié)構(gòu)縫，結(jié)構(gòu)縫處布置有止水銅片，為防止安裝沖突，采用“門”字形軌道支架對(duì)軌道進(jìn)行架立，使止水銅片從支架下方穿過(guò)，有效地解決了止水和軌道安裝相互沖突的問(wèn)題。軌道固定支架采用型鋼焊接形式，橫向?qū)?.5 m，結(jié)構(gòu)縫處“門”字形槽鋼軌道支架高度為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際計(jì)算長(zhǎng)度。閘墩側(cè)軌道則采用措施筋拉桿與固定埋錐焊接固定。

軌道固定于上部拉桿，上、下拉桿采用預(yù)埋圓臺(tái)螺母形式進(jìn)行連接，下拉桿需與現(xiàn)場(chǎng)混凝土底板固定。上部拉桿及預(yù)埋圓臺(tái)螺母可在澆筑成型后拆卸周轉(zhuǎn)進(jìn)行使用，確保無(wú)外露鋼筋?！伴T”字軌道支架現(xiàn)場(chǎng)布置情況如圖4所示。

圖4 止水、軌道固定實(shí)物圖Fig.4 Physical drawing of water stop and track fixing

3.4 鋼筋綁扎

鋼筋安裝時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度。鋼筋與模板之間，應(yīng)設(shè)置數(shù)量足夠、強(qiáng)度高的砂漿墊塊，梅花形布置，可采用鋼筋馬鐙固定。

3.5 滑模安裝

滑模安裝程序?yàn)椋貉b配前準(zhǔn)備工作寅軌道安裝寅滑模安裝寅滑?；喗M安裝寅牽引鋼絲繩安裝寅調(diào)試、試運(yùn)行。

倉(cāng)面清理、測(cè)量放線等準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行軌道安裝，軌道梁共設(shè)3根，模體前2根后1根，用螺栓緊固在兩軌道上。軌道梁設(shè)在模體前后各6 m范圍內(nèi)，以不干涉牽引鋼絲繩及抹面平臺(tái)為準(zhǔn)。軌道及軌道橫梁上內(nèi)穿M30螺桿或鋼筋與堰面鋼筋焊接固定。后使用70 t吊車分別將組裝好的2塊滑模面板等安裝至上、下軌道內(nèi)并上緊。軌道行走裝置大樣圖見(jiàn)圖5。

圖5 軌道行走裝置大樣圖Fig.5 Detailed drawing of track running device

3.6 混凝土澆筑

滑模模板及牽引裝置布置完成后，對(duì)模板進(jìn)行試?yán)?，確?；？身槙郴瑒?dòng)后復(fù)位，復(fù)位后對(duì)軌道曲線重新測(cè)量進(jìn)行校核。校核無(wú)誤后方可進(jìn)行澆筑。

采用布料機(jī)入倉(cāng)，澆筑C35HF防沖耐磨混凝土，用力抹壓，把所有抹紋壓平壓光，達(dá)到面層表面密實(shí)光潔。駝峰堰堰面壓光，施工現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖6。

圖6 駝峰堰堰面壓光實(shí)物圖Fig.6 Practical drawing of hump weir surface calendering

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

4.1 模板澆筑提升速度

為防止滑模面板與混凝土的粘結(jié)，滑模每10 min左右滑升1次，塌落度控制在（100依20）mm即可滿足要求，滑模速度25~35 cm/h，實(shí)際以混凝土表面達(dá)到脫模強(qiáng)度為準(zhǔn)。

4.2 抹面壓光

混凝土脫模后，為確?；炷帘砻嬷旅堋⑵秸?，進(jìn)行3次抹壓面工作：第1次應(yīng)在初凝前進(jìn)行，確保新澆混凝土面層出漿；第2次，當(dāng)面層砂漿初凝后，把凹坑、砂眼填實(shí)抹平，注意不得漏壓；第3次，當(dāng)面層砂漿凝前，即人踩上去稍有腳印，用鐵抹子壓光無(wú)抹痕。

4.3 養(yǎng)護(hù)

壓光后立即用苫布遮蓋，避免陽(yáng)光直射和雨淋，混凝土終凝后，在堰面混凝土上覆蓋塑料薄膜，流水養(yǎng)護(hù)，隨模體滑行而滑行進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并做好養(yǎng)護(hù)記錄。

4.4 操作要點(diǎn)

1）軌道面上用油漆標(biāo)示刻度，在滑模滑動(dòng)過(guò)程中，設(shè)專人檢測(cè)滑模兩端是否同步。

2）施工過(guò)程中嚴(yán)格控制滑模安裝質(zhì)量，滑模移動(dòng)時(shí)間、移動(dòng)速度，模板滑動(dòng)時(shí)應(yīng)注意觀察混凝土表面發(fā)生的變化，避免裂縫、混凝土外凸、松散等情況的發(fā)生[9]。

3）在滑行過(guò)程中，混凝土表面不允許殘留鋼筋頭和其它施工埋件，不允許存在蜂窩、麻面及孔徑或深度較大的氣泡、孔洞，不允許殘留混凝土砂漿塊。

4）嚴(yán)禁在雨天進(jìn)行溢流面堰面澆筑。

5）及時(shí)對(duì)圓臺(tái)螺母孔進(jìn)行封堵。

6）滑模體重復(fù)利用時(shí)，做好軌道弧度復(fù)核、是否變形，并及時(shí)添加軌道滑輪潤(rùn)滑劑、做好模板打磨養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

信江航電樞紐泄水閘溢流面采用A型開(kāi)敞式駝峰堰，相較其他類型堰面多一組反弧段，施工難度大。本工程通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，利用泄水閘閘墩固定“類貝雷架”做為滑模牽引系統(tǒng)。采用滑模施工，可以有效縮短施工時(shí)間，保證堰面一次成型，并且具有澆筑速度快、澆筑面層厚度均勻的優(yōu)點(diǎn)。能夠有效減少澆筑時(shí)間，防止混凝土面層開(kāi)裂。通過(guò)對(duì)澆筑后的成品檢查驗(yàn)證，駝峰堰堰面很少出現(xiàn)裂縫，該技術(shù)在虎山嘴12孔泄水閘溢流面施工中取得良好的工程效果。