溢流面曲面混凝土有軌自適應(yīng)拉模施工技術(shù)

唐銘鴻

(中國電建集團(tuán)西南指揮部,成都,610066)

1 工程概況

加查水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規(guī)劃五級電站的第五級,位于西藏自治區(qū)山南市加查縣境內(nèi),電站總裝機(jī)容量360MW。電站攔河壩共19個(gè)壩段,分別為擋水壩段、安裝間壩段、廠房壩段、沖沙底孔壩段、溢流壩段。溢流壩段為15#-19#共5個(gè)壩段,布置在右河床基巖上,壩頂高程3249.00m,閘墩長度51m。每個(gè)壩段布置1孔15m×21m的泄洪表孔。表孔堰頂高程3225.00m,堰面采用開敞式堰面曲線,原點(diǎn)上游采用1/4橢圓曲線,原點(diǎn)下游接方程為y=0.0419X1.85冪曲線。堰面曲線與下游反弧段采用1∶0.7的壩坡相接,反弧段半徑22m,反弧段末端與消力池相接。表孔閘墩邊墩厚度為4m,中墩厚度為5m。

為滿足溢流面運(yùn)行過程中抗沖耐磨需要,該溢流面混凝土采用抗沖耐磨混凝土,為保證溢流面施工質(zhì)量,對溢流壩段混凝土澆筑分兩期進(jìn)行施工,一期澆筑溢流面預(yù)留臺(tái)階,二期澆筑溢流面施工,且(壩)0+45.00～(壩)0+57.00范圍溢流面采用翻模,溢流壩段(壩)0+09.60～(壩)0+45.00范圍閘墩之間溢流面采用拉模施工。受兩側(cè)閘墩混凝土澆筑體型及溢流面冪函數(shù)變化曲面的影響,若采用結(jié)構(gòu)尺寸固定及全剛度的拉模,其在運(yùn)行過程中極易因結(jié)構(gòu)體型的微變出現(xiàn)卡模,拉模拉升過程中需安排專人對兩側(cè)模板進(jìn)行調(diào)整來解決拉升過程中的卡模、漏漿等問題;溢流面拉升結(jié)束后割除兩側(cè)預(yù)埋的型鋼加固支撐系統(tǒng),并進(jìn)行相應(yīng)的缺陷處理,既增加了成本,又影響表觀質(zhì)量。

為提高溢流面混凝土澆筑施工進(jìn)度和質(zhì)量,現(xiàn)場結(jié)合閘墩混凝土澆筑情況,研發(fā)和應(yīng)用可適應(yīng)溢流曲面變化及閘墩體型微變的自適應(yīng)拉模[1],并通過預(yù)埋定位錐固定軌道的方式進(jìn)行溢流面混凝土澆筑,既提高了施工質(zhì)量,避免預(yù)埋型鋼支撐可能帶來的質(zhì)量缺陷,又降低了施工成本,實(shí)現(xiàn)溢流面拉模混凝土快速施工。

2 拉模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 拉模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

溢流面拉模系統(tǒng)由牽引機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向滑輪、導(dǎo)軌、拉模模板與桁架、抹面操作平臺(tái)等組成[2],其設(shè)計(jì)思路與工藝原理如下:

(1)為適應(yīng)溢流面曲面形狀,模板桁架采用連續(xù)平行四邊形可調(diào)連桿的“彈性”結(jié)構(gòu),充分利用平行四邊形存在的“柔性”特點(diǎn)適應(yīng)微小變形,避免拉升過程中出現(xiàn)卡模問題,最大程度地提升拉模拉升后溢流面結(jié)構(gòu)體型與設(shè)計(jì)一致。

(2)拉模通過多段線模擬曲線,模板面板寬度1.2m,與上部可調(diào)連桿桁架間通過螺栓連接,5道平行四邊形可調(diào)連桿桁架間通過頂部的鋼片+螺栓連接固定,螺栓孔布置為“梅花型”,留有2mm的間隙,滿足桁架在曲面急變區(qū)自動(dòng)調(diào)節(jié)、適應(yīng),并降低拉升阻力。通過結(jié)構(gòu)計(jì)算對拉模體強(qiáng)度、剛度等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算。

(3)為解決拉模拉升過程中因兩側(cè)滾輪行走偏差出現(xiàn)卡模、漏漿問題,在兩側(cè)拉模模體與導(dǎo)軌銜接部位,采用水平向彈簧伸縮自適應(yīng)小模板[1],該模板自由伸縮量可達(dá)±10cm,安裝后可實(shí)現(xiàn)模板與導(dǎo)軌間緊密銜接,避免拉升過程中反復(fù)調(diào)整接頭模板,提高了混凝土外觀質(zhì)量。

(4)采用預(yù)埋錐形套筒方式對拉模行走軌道加固支撐[3],軌道安裝過程中通過調(diào)整定位錐內(nèi)螺桿長度來調(diào)整軌道位置,拉升后,軌道拆卸方便,并減少了因埋設(shè)型鋼等支撐可能帶來的混凝土缺陷。

(5)在溢流表孔頂部布置2臺(tái)5t同步卷揚(yáng)提升系統(tǒng),采用動(dòng)滑輪組形式,利用卷揚(yáng)機(jī)將拉模沿兩側(cè)軌道牽引向上拉升,過程通過布置導(dǎo)向滑輪調(diào)整拉模與牽引鋼絲繩的角度,將拉模拉升方向與鋼絲繩夾角控制在0～10°之間,盡可能減少卷揚(yáng)機(jī)牽引力的不利分力。

2.2 拉模相關(guān)驗(yàn)算

2.2.1 混凝土相關(guān)驗(yàn)算

新澆混凝土對模板側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204-2015)附錄中有關(guān)“普通模板及其支架荷載標(biāo)準(zhǔn)值及分項(xiàng)系數(shù)”的取值規(guī)定,混凝土對模板側(cè)壓力按以下兩個(gè)計(jì)算公式復(fù)核,并取以下兩式中的較小值[4]。

(1)

F=γCH

(2)

式中,F為新澆混凝土對模板的最大側(cè)壓力(kN/m2);γC為混凝土的容重,經(jīng)多次過磅量測,混凝土容重為24 kN/m3;tO為新澆混凝土的初凝時(shí)間(h),根據(jù)現(xiàn)場情況,混凝土初凝時(shí)間tO=6.0h;V為混凝土的澆筑速度(m/h),根據(jù)初凝時(shí)間及澆筑量,拉模上升速度取1.0 m/h;β1為外加劑影響修正系數(shù),取值1.0;β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù),取值1.15;H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置至新澆混凝土頂面的總高度(m)。

將上述參數(shù)代入計(jì)算公式,計(jì)算出在不同澆筑速度和澆筑高度條件下的模板面?zhèn)葔毫Ψ謩e為:

F=γCH=24.0H=24.0×0.6=14.4kN/m2

取上述計(jì)算值中的最小值,側(cè)壓力為14.4kN/m2。因拉模實(shí)際澆筑寬度為1.2m,則作用于拉模上每延米側(cè)壓力為14.4kN/m2×1.2m=17.28kN/m,計(jì)算時(shí)取值為18.0kN/m。

根據(jù)力的分解,垂直作用于模板上的浮托力為:W=Fsin55°=14.7kN/m,即1.47t/m;

側(cè)壓力沿坡面的分力:N=Fcos55°=10.3kN/m。

2.2.2 卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩驗(yàn)算

按1m長小單元進(jìn)行受力分析驗(yàn)算如下:

滑動(dòng)模板系統(tǒng)自重G,計(jì)算系統(tǒng)及抹面人員自重,取3.28kN;

拉模體自重沿坡向分力為:N2=Gsin55°=2.7kN;

拉模體自重垂直模板方向分力為:N1=Gcos55°=1.9kN,抵消浮托力后合力為:14.7kN-1.9kN=12.8kN。

根據(jù)上述受力分析及《水工建筑物滑動(dòng)模板施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5400-2007)可知,拉模運(yùn)行中,拉模體與兩側(cè)鋼模之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f一般為0.15～0.2;這里取0.2進(jìn)行計(jì)算,則拉模運(yùn)行過程中卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩的受力為:

F=2.7kN/m×15m+0.2×12.8kN/m×15m=78.9kN

同時(shí),根據(jù)拉模吊點(diǎn)系統(tǒng)布置形式,為滿足卷揚(yáng)機(jī)提升力需要,采用動(dòng)滑輪的形式,則鋼絲繩受力為:78.9kN/4=19.725kN。

現(xiàn)場施工拉模采用2臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī),鋼絲繩采用6×19、1700級φ18.5mm的麻芯鋼絲繩,根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程必備數(shù)據(jù)一本全》,查得φ18.5mm的麻芯鋼絲繩破斷拉力為219kN,破斷拉力換算系數(shù)為a=0.85。

計(jì)算拉模提升鋼絲繩時(shí)所能承受的容許拉力為:

[Fg]=afg=0.85×219=186.15kN

其安全系數(shù)為:k=186.15/19.725=9.44>6,故拉模提升鋼絲繩滿足要求。

3 拉?；炷潦┕?/h2>

3.1 施工流程

溢流面混凝土拉模施工工藝流程為:倉面處理→鋼筋及埋件安裝→測量放線→拉模系統(tǒng)安裝與調(diào)試→倉面驗(yàn)收→混凝土澆筑→拉模提升與人工修面→軌道支撐拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)與保溫。

拉模結(jié)構(gòu)安裝施工程序:測量放樣→軌道安裝及加固→拉模安裝→卷揚(yáng)系統(tǒng)安裝→動(dòng)滑輪及導(dǎo)向滑輪安裝→外形尺寸檢查→下部抹面平臺(tái)掛架安裝→模板聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。

3.2 施工工藝原理

3.2.1 拉模調(diào)試

拉模模板檢查合格后,利用溢流面預(yù)留臺(tái)階已布置插筋或重新布置插筋安裝和加固兩側(cè)軌道,并進(jìn)行軌道曲面測量及軌道與閘墩混凝土間縫隙封閉。加固為每60cm布置一道,完后進(jìn)行拉模體安裝。本工程施工拉模分左右兩節(jié),每節(jié)長度約為7.4m,行走輪與模板桁架連接成整體后卡入H型鋼軌道內(nèi)按軌跡行走,先安裝半幅后再通過高強(qiáng)螺栓連接另半幅,形成拉模體;完后安裝下部收面桁架,該桁架通過與拉模體連接的抹面平臺(tái)傾角調(diào)節(jié)桿調(diào)整收面桁架與混凝土面的角度,確保收面桁架與已澆筑混凝土基本平行,避免桁架破壞已澆筑混凝土面。待拉模體及軌道行走機(jī)構(gòu)安裝完成后,進(jìn)行卷揚(yáng)提升系統(tǒng)及導(dǎo)向滑輪的安裝,然后進(jìn)行整體拉模系統(tǒng)的調(diào)試,調(diào)試過程中對牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、拉模體模板與桁架變形及拉升行走情況進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理,確保施工順利進(jìn)行。

3.2.2 混凝土澆筑施工

拉?；炷翝仓饕捎瞄T機(jī)或纜機(jī)吊罐入倉,局部段采用泵送入倉。入倉要求均勻下料上升,振搗密實(shí),并避免振搗器直接接觸行走軌道與模板。拉模的初次拉升須緩慢進(jìn)行,拉升過程對拉模體、桁架結(jié)構(gòu)、行走結(jié)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)等有關(guān)設(shè)施在負(fù)載條件下做全面的檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理,須嚴(yán)格按以下步驟控制混凝土的初次澆筑與模板初次拉升:第一次澆筑300mm厚砂漿或富漿混凝土,接著按300mm高度澆筑兩層,高度達(dá)到900mm時(shí),分次逐步拉升100mm～300mm,檢查拉升后外露混凝土凝結(jié)情況,第四層澆筑300mm后拉升300mm,無異常可連續(xù)循環(huán)進(jìn)行混凝土正常澆筑與拉升。

3.2.3 拉模拉升控制及施工

施工進(jìn)入正常澆筑和拉升后,盡可能連續(xù)施工,過程安排專人觀察和分析混凝土表面凝結(jié)情況,調(diào)整和確定合理的拉升速度和分層澆筑高度。

(1)拉模初次拉升:模板初次拉升須緩慢進(jìn)行,過程中對牽引系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、模板與桁架變形情況進(jìn)行全面檢查與處理,正常后方可進(jìn)行正常澆筑和拉升。爬升過早易起皺、抹面后仍起皺、爬升過晚混凝土強(qiáng)度過高無法抹面等情況說明脫模等待時(shí)間過短或過長,需調(diào)整脫模等待時(shí)間;通常情況下,拉模拉升時(shí)混凝土強(qiáng)度宜為0.1MPa～0.3MPa,拉升遵循“多動(dòng)少拉”原則;根據(jù)現(xiàn)場積累的施工經(jīng)驗(yàn)及左岸混凝土拌和系統(tǒng)所供混凝土初凝時(shí)間,混凝土首次入倉后4h左右即可初次拉升,拉升后脫?；炷撩嬗檬职戳粝旅黠@的手印,可利用原漿混凝土抹面,既節(jié)省成本又可使混凝土表面光滑,保證混凝土外觀質(zhì)量。

(2)拉模正常拉升:拉模從初次拉升正常后轉(zhuǎn)入正常拉升施工,拉模施工應(yīng)盡可能連續(xù),過程安排專人檢查脫?；炷帘砻婺Y(jié)情況,及時(shí)調(diào)整和確定澆筑參數(shù)(如拉升速度與分層澆筑高度);為保證拉模上升高度一致,不因模板兩側(cè)高程不一致出現(xiàn)卡?，F(xiàn)象,現(xiàn)場在拉模體頂部布置水平管進(jìn)行兩側(cè)卷揚(yáng)牽引系統(tǒng)同步性檢查,并根據(jù)檢查情況及時(shí)調(diào)整。拉模提升后混凝土合格標(biāo)準(zhǔn)按下列情況鑒別[5]:拉升過程有“沙沙”聲音;剛脫?；炷翢o流淌、拉裂現(xiàn)象,手按混凝土表面既硬且能留有1mm左右指印,可用抹子抹平。拉升過程中安排專人檢查牽引系統(tǒng)情況,觀察卷揚(yáng)機(jī)鋼絲繩、基座及導(dǎo)向滑輪受力狀態(tài)是否正常,詳細(xì)記錄拉升過程。

(3)混凝土修面、養(yǎng)護(hù)與保溫:混凝土脫模后即刻修面,拉升后采用原漿抹面壓平或修補(bǔ)。考慮工程所在地氣候條件,拉升外露混凝土初凝后即可進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)與覆蓋保溫,以減少裂縫產(chǎn)生。為使覆蓋保溫及時(shí)跟進(jìn),在拉模抹面平臺(tái)下部采用5t導(dǎo)鏈懸掛布置輪式簡易施工平臺(tái),沿已澆筑混凝土面隨拉模逐步上升。

3.2.4 卷揚(yáng)機(jī)同步拉升控制技術(shù)

拉模安裝時(shí)控制組裝精度與質(zhì)量,保證模板平整度與桁架質(zhì)量滿足規(guī)范要求,并控制行走軌道的安裝精度;拉升過程中每拉升一次進(jìn)行一次拉模體平臺(tái)水平測量、行走軌道的測量與精平。

正常拉升階段混凝土每次澆筑30cm～50cm,每次提升時(shí)間間隔為1h～2h;過程需做到均勻下料、均勻上升;實(shí)施過程中,經(jīng)調(diào)整混凝土坍落度(采用低坍落度混凝土)后,每小時(shí)拉升速度可達(dá)40cm,單天拉升距離達(dá)8.0m以上;每次脫模后安排專人進(jìn)行混凝土表面清理修飾。

3.3 問題及處理措施

拉模施工中可能出現(xiàn)的主要問題:拉模模體與桁架變形、拉模上浮、混凝土表面缺陷、行走結(jié)構(gòu)變形等,主要原因?yàn)榫頁P(yáng)牽引系統(tǒng)工作不同步,拉模桁架結(jié)構(gòu)剛度差,桁架自重偏差大、行走機(jī)構(gòu)加固不牢等,各問題主要解決措施如下。

3.3.1 拉模模體傾斜糾偏

在溢流面混凝土施工中,為避免拉模出現(xiàn)偏移,在兩端距中軸線等距離位置分別布置提升點(diǎn),上部提升卷揚(yáng)機(jī)均采用同一廠家、同一型號慢速卷揚(yáng)機(jī),鋼絲繩導(dǎo)向滑輪布置相對于拉模體中軸線左右側(cè)對稱布置,并在拉模體頂部布置水平管,拉升過程中進(jìn)行水平檢查和糾偏。

3.3.2 拉模及行走機(jī)構(gòu)變形

設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度、剛度計(jì)算,施工過程進(jìn)行相關(guān)測量和檢查,分析變形出現(xiàn)原因,若因混凝土浮托力頂升造成模板或行走機(jī)構(gòu)變形或阻力偏大,可通過在拉模體桁架上均勻堆放沙袋等方式適當(dāng)增加拉模體重量,盡可能做到拉模體自重垂直于混凝土面的分力與混凝土浮托力抵消,減少拉升過程中的摩擦力;拉模每次拉升后,分別采用2個(gè)5t手動(dòng)葫蘆進(jìn)行鎖定,并采用2個(gè)3t手動(dòng)葫蘆在拉模體上部斜向下反拉至溢流面插筋上。同時(shí),在施工過程中及時(shí)對軌道行走槽內(nèi)進(jìn)行清理,對行走輪進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù),出現(xiàn)變形及時(shí)進(jìn)行加固處理。

3.3.3 卷揚(yáng)機(jī)不同步

為保證兩臺(tái)5t卷揚(yáng)機(jī)同步運(yùn)行,專門定制一臺(tái)電氣控制柜可以進(jìn)行單機(jī)運(yùn)行和雙機(jī)同步運(yùn)行,通過卷揚(yáng)機(jī)單機(jī)點(diǎn)動(dòng)或雙機(jī)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行同步控制和糾偏。運(yùn)行中根據(jù)現(xiàn)場情況對卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行單臺(tái)點(diǎn)動(dòng)糾偏,或采用手拉葫蘆對拉模體進(jìn)行微調(diào),以避免拉模單側(cè)卡死等情況的出現(xiàn)。

3.3.4 混凝土表面缺陷處理

通過試驗(yàn)確定合理的拉升時(shí)間,避免拉升過早出現(xiàn)塌陷、過晚出現(xiàn)拉裂等質(zhì)量缺陷,并及時(shí)進(jìn)行混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保溫,避免出現(xiàn)溫度裂縫。出現(xiàn)缺陷后,采用環(huán)氧砂漿等材料進(jìn)行處理。

3.3.5 ?；幚泶胧?/p>

因天氣、設(shè)備故障等突發(fā)因素停止施工時(shí),須做停滑處理,在?；幜粼O(shè)水平施工縫,并根據(jù)需要布置止水材料,將混凝土澆筑至同一水平面;每1h拉升一次,連續(xù)拉升6～7次,避免上層混凝土與模板粘連;停滑后及時(shí)開展混凝土表面鑿毛處理,恢復(fù)拉升時(shí)須在結(jié)合面澆筑一層富漿混凝土。

4 應(yīng)用效果

在加查水電站5孔溢流面混凝土澆筑中,應(yīng)用有軌自適應(yīng)拉模施工技術(shù),與傳統(tǒng)施工方法相比,5個(gè)表孔溢流面各工程量見表1。5孔溢流面曲面混凝土澆筑應(yīng)用有軌自適應(yīng)拉模施工共節(jié)約施工成本約80萬元,節(jié)約工期約25d。

表1 工程量對比分析

5 結(jié)語

在加查水電站大壩溢流壩段溢流面拉?；炷潦┕ぶ?在認(rèn)真分析多段直線模型溢流面冪函數(shù)曲線變化規(guī)律,借鑒傳統(tǒng)溢流面混凝土全剛性拉模及其他工程門槽二期混凝土自適應(yīng)滑模的基礎(chǔ)上,自行研制可調(diào)連續(xù)四桿曲面混凝土自適應(yīng)拉模結(jié)構(gòu)。通過非全剛性結(jié)構(gòu)來適應(yīng)溢流面曲面變化;通過在兩側(cè)設(shè)置自適應(yīng)小模板來解決傳統(tǒng)拉?；炷晾^程中模板與軌道或老混凝土面銜接處易發(fā)的漏漿、卡模等問題;通過預(yù)埋錐形套筒固定行走軌道來解決拉模拉升后軌道拆除帶來的混凝土表面缺陷、平整度及軌道割除周轉(zhuǎn)等問題。

加查水電站通過采用溢流面曲面混凝土有軌自適應(yīng)拉模施工技術(shù),既有助于減少施工過程中拉模操作或維護(hù)人員、降低施工成本,又有利于加快工程進(jìn)度、提高工程質(zhì)量,具有一定的推廣和借鑒意義。