白鶴灘水電站超高厚壁多孔筒倉滑模施工新技術(shù)

【摘要】依托在建的白鶴灘水電站供水項(xiàng)目，著重圍繞其取水塔工程滑模施工工藝技術(shù)、滑模操作平臺(tái)施工空間、鋼筋間距控制及保護(hù)層控制、混凝土成型質(zhì)量、滑模體抗扭及糾偏技術(shù)、多孔筒倉結(jié)構(gòu)均勻布料技術(shù)等進(jìn)行研究。深入開展技術(shù)理論研究和新設(shè)備新裝置的研發(fā)，從根本上解決傳統(tǒng)滑模不滿足厚壁混凝土結(jié)構(gòu)施工、傳統(tǒng)滑模結(jié)構(gòu)單一抗變形能力差、鋼筋安裝質(zhì)量無保障等難題，在這個(gè)基礎(chǔ)上更好的提升施工質(zhì)量，保證結(jié)構(gòu)精度，打造白鶴灘水電站精品土建工程。

【關(guān)鍵詞】取水塔； 超高厚壁； 多孔； 整體桁架式滑模

【中圖分類號(hào)】U445.39B

0 引言

白鶴灘水電站采用滑模施工的構(gòu)筑物頗多，左右岸出線豎井襯砌、左岸進(jìn)水口門槽及其二期混凝土均應(yīng)用了滑模技術(shù)?；Ｊ┕さ膬?yōu)勢(shì)顯著，施工速度快，環(huán)境污染少，工程質(zhì)量好?；Ｊ┕ぜ夹g(shù)為我國(guó)的基本建設(shè)尤其是在水利工程施工方面發(fā)揮了重要作用，作出了突出貢獻(xiàn)［1-3］。

黃小雙對(duì)滑模施工全面闡述了該施工方法帶來經(jīng)濟(jì)價(jià)值和質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)。李曉［2］根據(jù)大直徑淺圓倉結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，采用滑模施工工藝完成筒身結(jié)構(gòu)澆筑施工。馬杜等［4］采用滑模工藝實(shí)施了錦屏二級(jí)水電站上游調(diào)壓井二次襯砌，保證了混凝土澆筑質(zhì)量。汪文橋等［5］優(yōu)化改進(jìn)了滑模的下料系統(tǒng)和模板系統(tǒng)，滿足混凝土均勻布料需求，提高混凝土襯砌質(zhì)量。

白鶴灘水電站左岸運(yùn)行期取水工程中取水塔為5孔筒倉結(jié)構(gòu)，地下部分深21 m，出地面高度60 m，其筒壁厚達(dá)2.5 m，內(nèi)隔墻厚達(dá)1 m，在工期緊張、施工條件差和危險(xiǎn)性大的特殊條件下首選滑模施工。相較于傳統(tǒng)滑模施工，本工程混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力極大，混凝土內(nèi)外溫差控制難度大，如何解決這些難題是新型滑模必須研究解決的。白鶴灘水電站一直秉承著質(zhì)量第一、安全生產(chǎn)的施工理念，在保障安全的前提下，如何實(shí)現(xiàn)全面精品工程的目標(biāo)成為又一重要課題。傳統(tǒng)水電站中滑模施工技術(shù)較為成熟，但是一直沿用“F”形架和“開”字形架。白鶴灘水電站取水塔滑模施工首次應(yīng)用桁架作為模板的后背受力支撐體系，實(shí)現(xiàn)應(yīng)對(duì)大體積混凝土側(cè)壓力，同時(shí)增強(qiáng)了承受桁架上方施工荷載的能力。

1 工程概況

白鶴灘水電站是金沙江下游河段4個(gè)梯級(jí)水電站中開發(fā)的第2級(jí)，位于烏東德和溪洛渡之間。蓄水水庫總庫容206億m3，目前高拱壩中其庫容全國(guó)第一。防洪庫容75億m3，僅次于三峽和丹江口水電站。單機(jī)水輪發(fā)電機(jī)組1000 MW，世界第一，總裝機(jī)容量1600萬kW。整體規(guī)模在建世界最大，建成世界第二，僅次于三峽工程。

白鶴灘水電站取水塔位于攔河大壩上游左岸進(jìn)水口旁，設(shè)計(jì)取水規(guī)模為36 000 m3/d，主要承擔(dān)電站運(yùn)行期的取水任務(wù)。運(yùn)行期取水工程主要包括取水塔（圖1）、取水塔后背墻、交通橋、取水隧道、取水泵房等重要構(gòu)筑物［6］。

2 超高厚壁多孔筒倉結(jié)構(gòu)整體桁架滑模設(shè)備研發(fā)

2.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)的研發(fā)

取水塔的多孔結(jié)構(gòu)使滑模對(duì)應(yīng)的呈多組模板結(jié)構(gòu)，由于一次性提升6個(gè)操作平臺(tái)及其上的荷載，同時(shí)上升且要保持上升高度均衡，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)滑模液壓系統(tǒng)的要求，要比一般滑模更高。整體滑升若干組模板系統(tǒng)，對(duì)滑模系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求要更嚴(yán)格。本工程滑模結(jié)構(gòu)一改傳統(tǒng)滑模簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成受力效果更好、承載能力更大、整體性更強(qiáng)的桁架結(jié)構(gòu)。取水塔為超高厚壁多孔結(jié)構(gòu)，為了滿足6個(gè)操作平臺(tái)同時(shí)穩(wěn)步滑升和足夠的施工空間，根據(jù)不同的工作需要，取水塔滑模設(shè)計(jì)為包含模板桁架平臺(tái)、主桁架平臺(tái)、授料平臺(tái)以及抹面平臺(tái)的多層施工平臺(tái)上下分層剛性連接的多層次結(jié)構(gòu)。滑膜平臺(tái)結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。

2.2 桁架設(shè)計(jì)

（1）模板外側(cè)桁架：模板桁架位于圍圈外側(cè)，利用圍圈槽鋼作為桁架兩弦桿，在圍圈外側(cè)加焊腹桿及另外兩根弦桿形成桁架既可以減少材料投入和焊接工作量，又能控制模體的自重。另外兩根弦桿采用∠100×8 mm角鋼，腹桿均采用∠80×6 mm，外模板桁架平臺(tái)上鋪裝3 mm厚花紋鋼板作為施工平臺(tái)及主要通道。

（2）主桁架：主桁架上下四弦桿弦桿采用∠80×6 mm角鋼；腹桿采用∠63×5 mm角鋼。桁架斷面為800 mm×800 mm。為了便于安裝，主桁架采用先零后整的方式，按照設(shè)計(jì)方案編號(hào)，根據(jù)編號(hào)的每個(gè)部位先加工成小段桁架，再采用鉸接方式進(jìn)行連接，采用銷釘固定，連接完成后采用水準(zhǔn)儀測(cè)量復(fù)核，保證所有桁架段在同一水平面上并臨時(shí)支撐，采用400 mm長(zhǎng)∠80×6 mm角鋼在鉸接處四弦桿兩端分別進(jìn)行搭接焊加固，兩端各搭接200 mm。

（3）千斤頂?shù)跫埽涸谥麒旒芟路桨惭b千斤頂?shù)跫埽瑢⑶Ы镯敯惭b在吊架內(nèi)，既增大提升桁架與模板桁架的間距保證施工空間，又不會(huì)增大爬桿的自由高度和減弱爬桿的受力效果。

傳統(tǒng)滑模采用單個(gè)千斤頂和爬桿組合，按照一定間距均勻布置。新型滑模結(jié)構(gòu)采用局部集中多個(gè)千斤頂在同一個(gè)吊架內(nèi)，同一吊架內(nèi)的爬桿在自由高端范圍采用鋼筋連接成蛇形柱。布置吊架時(shí)均勻?qū)ΨQ布置，增強(qiáng)滑模的抗風(fēng)抗扭性能。 以2～3根爬桿為組，以組的形式在取水塔橫斷面上均勻布置，達(dá)到“局部集中，整體均勻”的效果，以更好的承擔(dān)受力。

3 新型滑模設(shè)備重點(diǎn)技術(shù)

3.1 模板桁架

在模板桁架上表焊接3 mm厚鋼板形成平臺(tái)，工人利用該平臺(tái)進(jìn)行鋼筋綁扎、混凝土振搗，中心位置設(shè)置液系統(tǒng)操作間。外模桁架平臺(tái)設(shè)置上下層平臺(tái)之間的樓梯，該平臺(tái)既可作施工平臺(tái)還作為人員穿行的安全通道。EL.774 m以下部分內(nèi)模模板桁架吊裝后臨時(shí)固定，固定時(shí)保證每組模板上下口對(duì)齊，相鄰模板間間距一致或者下口間距略大于上口，嚴(yán)禁上口間距大于下口，以免滑模上升時(shí)受到過大的阻力，損傷已振搗或已初凝的混凝土，影響施工質(zhì)量。

在使用過程中，模板桁架牢固，模板變形量小，出?；炷琳w質(zhì)量好，在抹面后可達(dá)到精品工程的要求。

3.2 主桁架

白鶴灘水電站取水塔滑模體系中最主要的受力結(jié)構(gòu)就是主桁架，起著承上啟下的作用。

主桁架上鋪置一層3 mm厚鋼板作為平臺(tái)，該平臺(tái)與下層模板桁架采用型鋼和桁架剛性連接。該平臺(tái)為主要施工平臺(tái)，材料堆放和傳遞全部依靠此平臺(tái)完成。該平臺(tái)外緣與下層模板桁架平臺(tái)設(shè)置多個(gè)簡(jiǎn)易樓梯供人員上下，內(nèi)部與下層平臺(tái)模板桁架平臺(tái)根據(jù)需要設(shè)置爬梯，并設(shè)置可掀開和關(guān)閉的蓋板。該平臺(tái)邊緣設(shè)置安全欄桿和踢腳板。主桁架整體吊裝，吊裝時(shí)吊點(diǎn)通過計(jì)算確定，所選吊點(diǎn)對(duì)稱，確保吊裝安全。吊裝時(shí)鋼絲繩規(guī)格通過計(jì)算確定，鋼絲繩與主桁架水平夾角應(yīng)該大于60°。

3.3 旋轉(zhuǎn)布料裝置

取水塔為高聳構(gòu)筑物，混凝土運(yùn)輸需從地面通過泵送導(dǎo)入布料平臺(tái)的布料裝置中，再通過可360°旋轉(zhuǎn)的布料裝置的授料口送入溜管。取水塔為多孔結(jié)構(gòu)，溜管根據(jù)倉面結(jié)構(gòu)布置，使得混凝土精準(zhǔn)達(dá)到倉內(nèi)，旋轉(zhuǎn)布料裝置的授料口，對(duì)準(zhǔn)不同的溜管就可以使混凝土到達(dá)不同的倉面位置，這是滑模施工中混凝土均勻布料的關(guān)鍵。

白鶴灘水電站取水塔工程設(shè)計(jì)制作的旋轉(zhuǎn)布料裝置具有較強(qiáng)的靈活性，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要進(jìn)行布料，具有輕盈、操控性好的特點(diǎn)。布料作業(yè)平臺(tái)上僅僅需要一人就能完成放料任務(wù)。

布置的溜管穩(wěn)定可靠，坡度完全滿足混凝土自流的效果，在溜管的上方開通天窗方便觀察流管內(nèi)的混凝土情況，更便于溜管的疏通和清理。溜管的末端與混凝土倉面較近，在混凝土自流過程中未出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象，工作性能好，施工順暢。

3.4 抹面平臺(tái)

抹面平臺(tái)是滑模施工不可或缺的，該平臺(tái)是打造精品工程的核心平臺(tái)，滑模施工過程中，混凝土出模后，混凝土為剛剛初凝的狀態(tài)，滑模施工難免出現(xiàn)混凝土表面的刮痕、劃傷和掛簾現(xiàn)象，有時(shí)候因?yàn)榛炷恋暮鸵仔园l(fā)生變化，添加劑量的變化都會(huì)導(dǎo)致外表面出現(xiàn)蜂窩、狗洞、麻面等病害，抹面平臺(tái)即為這些病害而專門設(shè)計(jì)的。當(dāng)出現(xiàn)刮痕、劃傷蜂窩、狗洞及麻面時(shí)，趁著混凝土未終凝，及時(shí)采用原漿進(jìn)行修補(bǔ)和涂抹，保證外表面光滑圓潤(rùn)。

原漿的收集較為簡(jiǎn)單，將到場(chǎng)的混凝土倒在200目的密目網(wǎng)內(nèi)過濾篩除粗骨料即可。因?yàn)榛}內(nèi)始終在進(jìn)行混凝土的輸入和振搗，混凝土的漿液會(huì)沿著模板內(nèi)壁下滲外溢，流淌在已脫模的混凝土表面，形成掛簾現(xiàn)象。當(dāng)這些漿液凝固后形成一道道不規(guī)則的豎紋，極大影響外觀質(zhì)量，本工程借助抹面平臺(tái)，安排專人采用海綿進(jìn)行溢漿清理。

另外，抹面平臺(tái)亦為養(yǎng)護(hù)平臺(tái)，當(dāng)混凝土初凝后為了避免表層水分散失過快導(dǎo)致表面開裂，必須及時(shí)養(yǎng)護(hù)。本工程采用灑水養(yǎng)護(hù)，在內(nèi)、外抹面平臺(tái)底部沿著混凝土一側(cè)均安裝溢水管，在水管上鉆孔使其形成花管，施工時(shí)保持水流不間斷的灑在混凝土上，抹面平臺(tái)底部離模板下口2 m，灑水部位的混凝土剛好終凝就得到養(yǎng)護(hù)，保證了混凝土強(qiáng)度的成長(zhǎng)環(huán)境（圖4）。

3.5 千斤頂?shù)趸\

本工程根據(jù)取水塔大截面和厚壁的特點(diǎn)，將千斤頂及對(duì)應(yīng)的爬桿設(shè)計(jì)在外層鋼筋網(wǎng)片內(nèi)一定的距離，以2～3根爬桿為組，以組的形式在取水塔橫斷面上均勻布置，達(dá)到“局部集中，整體均勻”的效果，以更好的承擔(dān)受力。

滑模施工中，爬桿的自由高度（混凝土面至千斤頂?shù)鬃拈L(zhǎng)度）決定著滑模施工的安全性，根據(jù)規(guī)范要求，爬桿自由高度不得高于1.5 m。根據(jù)本工程特點(diǎn)，單層滑模結(jié)構(gòu)不滿足施工要求，結(jié)合工程實(shí)際設(shè)計(jì)成多層滑模結(jié)構(gòu)，主桁架與滑模桁架的間距受到爬桿自由高度的限制，使兩層結(jié)構(gòu)之間空間狹小，人員通行受阻，材料倒運(yùn)不暢，施工困難，在兩層結(jié)構(gòu)之間加設(shè)千斤頂?shù)趸\或吊架，將其焊接在主桁架之下，即可將滑模的主桁架相應(yīng)上移，擴(kuò)大主桁架與模板桁架之間的間距，滿足人員施工的條件，同時(shí)更加保證人員安全和提高了施工效率，在傳統(tǒng)滑模的基礎(chǔ)上減少施工人員的投入。

千斤頂?shù)趸\的應(yīng)用，減小爬桿自由高度，保證了結(jié)構(gòu)的整體性和安全性，提供了更加寬大的施工空間，保證作業(yè)人員作業(yè)的順暢。

3.6 混凝土保護(hù)層控制裝置

為避免豎向筋間距大小不一，接長(zhǎng)的豎向鋼筋凌亂，白鶴灘水電站取水塔滑模施工時(shí)設(shè)計(jì)一種鋼筋線為引導(dǎo)裝置，鋼管切成環(huán)焊接在與豎向鋼筋設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的位置，該位置與模板內(nèi)表面形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，該鋼筋限位引導(dǎo)裝置，很好地引導(dǎo)鋼筋方向并較好地控制了混凝土保護(hù)層厚度。

本工程鋼筋連接采用機(jī)械連接，豎向鋼筋安裝時(shí)，只需在主桁架平臺(tái)上順著一布置好的鋼管環(huán)環(huán)內(nèi)貫入，從鋼管環(huán)的下部與原鋼筋接頭相互連接即可，連接好后豎向鋼筋就會(huì)保持著豎直方向，現(xiàn)場(chǎng)鋼筋整齊有序，極好的保持安全文明施工形象，解決了傳統(tǒng)滑模施工時(shí)豎向鋼筋紊亂、對(duì)平臺(tái)內(nèi)施工造成干擾、影響人員通行的問題，同時(shí)也提高了鋼筋施工效率，減少了資源投入，節(jié)約施工成本。與此同時(shí)，由于該裝置引導(dǎo)著豎向鋼筋，使鋼筋與模板之間施工保持著恒定不變的間距，使鋼筋的混凝土保護(hù)層得到控制，保證了施工質(zhì)量。鋼筋保護(hù)層及間距控制見圖5、圖6。

4 結(jié)束語

白鶴灘水電站超高厚壁多孔筒倉結(jié)構(gòu)整體桁架滑模施工新技術(shù)研究，是首次在國(guó)內(nèi)水電行業(yè)滑模施工的創(chuàng)新應(yīng)用。沿用傳統(tǒng)爬升方式，在傳統(tǒng)工藝上進(jìn)行全面改良，增加結(jié)構(gòu)層次，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和作業(yè)環(huán)境安全可靠，堪稱水電工程滑模施工的一場(chǎng)技術(shù)革命。該技術(shù)不僅有效提高工藝質(zhì)量水平，且極大減少資源投入、節(jié)能環(huán)保，可廣泛應(yīng)用于水電及其他行業(yè)類似工程，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。

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