滑模施工技术在偏桥水电.docx

滑模施工技术在偏桥水电站调压井中的应用
摘要：滑模施工技术在水利水电混凝土工程中是一种高效、低廉的施工方法，具有施工效率高、生产成本低、施工质量有保证等优点。偏桥水电站调压井混凝土浇筑通过采用滑模施工技术，确保了工程施工进度和工程质量，同时降低了施工成本。本文通过对偏桥水电站调压井混凝土浇筑采用滑模施工的方案确定、滑模设计、施工等进行了总结，为类似工程施工提供参考。
关键词：偏桥水电站、调压井、滑模施工
1.工程概况
偏桥电站调压井由底板洞身段 (0-022.00～0+000.00，净径5.2米,衬砌厚度1.5米)；阻抗孔(▽1970.1～▽1975.4，净径3.8米,衬砌厚度2.2米),井身段 (▽1975.40～▽2051.00，高度75.6m，净径14.6米,衬砌厚度1.5米)，穹顶(▽2051.00～▽2057.04，设计喷锚支护)四部分组成。井内设计有一趟爬梯，在▽1999.50、▽2024.40处设有休息平台。
2.滑模施工方案的确定
偏桥水电站调压井混凝土浇筑工期要求为2007年11月13日~2008年1月23日，该混凝土浇筑能否按时完成，是确保工程顺利发电的关键线路，工期段施工强度高。本工程调压井具有井身宽、高度大、混凝土衬砌量大等特点。如果采用普通脚手架与钢模板施工，工期将不能满足工程需求，且投入资源也很大。
通过多年来的施工经验，对于等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案之一。滑模施工以其独特的施工工艺特点：滑模施工速度快，日平均进度2.0米以上，不管结构体形多大，只要供料能力达到，一般都能达到这个速度。如果能控制好混凝土的初凝时间，速度可更快；施工质量可靠，滑模混凝土浇筑严格按30厘米分层控制，浇筑、振捣作业在模板表面进行，便于操作和控制，同时滑模施工具有连续性，减少了施工缝，体形具有可调性，从工艺上杜绝了出现体形的较大偏差或跑模现象；表面质量平滑，外观平整，避免出现“麻面”，错台现象；综合成本低，由于滑模模体结构简单，重量轻，周转性材料投入少，大型设备占用时间短，综合成本可大大降低；安全性好，滑模模体结构有封闭、固定的操作平台，可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故。
根据本工程特点，调压井混凝土衬砌采用以滑模为主的施工方案。具体方案为底板洞身段、阻抗孔及井底板倒角采用常规立模浇筑；井身段采用滑模施工，具体施工方法如下：
（1）滑模采用整体钢结构设计，保证模体结构稳定性。滑模控制采用ＹＫＴ－36液压自动调平控制台，配套选用QYD－100型液压滑模专用千斤顶。
（2）砼供应采用拌和站集中供料，6m3罐车运输,井底设2台HBT60砼泵(一备一用),井内搭设固定泵管脚手架，随滑模延伸。混凝土输送至滑模操作盘，通过溜槽分层入仓。
（3）材料、人员上下采用在井底布置1台JD-40卷扬机，在滑模操作盘上设置的龙门架进行悬吊和吊笼提升，井内提升采取有稳绳运行，井内布置两根钢丝绳作稳绳。
（4）井内布置一趟380v供电电缆（3×25+1×10mm）；一趟通讯、信号电缆（滑模施工中，井上下通讯利用声、光信号控制及对讲机联系）；一趟洒水管；均固定在滑模盘桁架梁上随滑模延伸。
（5）在滑模盘上布置4根钢丝绳重垂线进行测量控制。
其具体施工程序如下：
井底板及倒角混凝土的施工(▽1973.40～▽1977.00)→井身段滑模施工(▽1977.00～▽2051. 00)→底板洞身段施工 (0-022.00～0+000.00)→阻抗孔段施工(▽1970.1～▽1975.4)。
3.滑模设计
调压井滑模设计用液压整体滑升模板，为保证施工质量，滑模采用整体钢结构设计，滑升千斤顶选用QYD－100型液压滑模专用千斤顶，滑升动力装置为ＹＫＴ－36液压自动调平控制台。
滑模装置组成：模板、围圈；提升系统；滑模盘；液压系统；辅助系统。
3.1模板、围圈
全套滑模模板采用δ=5mm钢板弯制而成，用∠50×5的角钢作为加劲肋，同整体框架骨架相连焊接固定。模板高度选1.26米，模板锥度按小于3毫米控制，既在垂直方向上模板上口大于设计尺寸1.5毫米，下口小于设计尺寸1.5毫米。
围圈主要用来加固模板，采用上下两道，一面同模板角钢（加劲肋）焊接固定，一面和桁架梁上下边梁焊接，使各组模板成为一个整体。
3.2提升系统
滑模提升系统的钢结构制作部分是提升架，是滑模与混凝土间的联系构件，主要用于支撑模体，并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆，爬杆采用φ48×3.5mm钢管，提升架选用“F”型架，用14#槽钢和δ16mm钢板焊制。根据设计计算，全套模体自重24吨，初选24个“F”型提升架,布置24台QYD－100型液压滑模专用千斤顶。
3.3 滑模盘
滑模盘分为操作盘和辅助盘。
操作盘是施工的操作平台，承受工作、物料等荷载，同时又是模体的支撑构件，是滑模体的主要结构，采用整体框架钢结构，由于混凝土施工过程中，垂直荷载和侧向受力较大，为保证操作盘的强度和刚度，选用∠75×7、∠63×6角钢加工制作成复式框架梁。在框架梁上铺δ3mm网纹钢板和马道板形成操作平台。
辅助盘是进行砼养护、修面及预埋件处理的工作平台，采用钢木结构悬吊布置，用10#槽钢和L63×6角钢弯曲焊制，上铺δ3mm网纹钢板或δ50mm马道板，用φ22mm圆钢悬挂在桁架梁上，辅助盘距井帮距离为150mm。
3.4 液压系统
选用QYD－100型液压滑模专用千斤顶,设计承载能力为10吨，计算承载能力为5吨，爬升行程为40mm，液压控制台为ＹＫＴ－36液压自动调平控制台。高压油管：主管选用φ16mm；支管选用φ8mm，利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连，全部千斤顶共分六组进行连接，形成液压系统。
3.5 辅助系统
包括预埋处理、洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。
洒水养护是混凝土施工的一个重要环节，洒水管井身段采用1.5寸钢管,钢管之间采用法兰盘连接。滑模体内采用φ25mmPVC塑料管，在井内沿混凝土表面布置一周，PVC管上钻孔，对混凝土表面进行洒水养护。
中心测量利用重垂线测量，观察模体的水平位移，在模体上挂3根重垂线进行观测、控制。
水平测量利用水准管原理，在模体上布置透明胶管，充水固定在模体上进行水平度观测。

滑模结构示意图
4、滑模设计计算（井身段）
4.1滑升摩阻力:G1
G1=kfs
ｋ:附加影响系数，取k=2
ｆ:磨擦阻力，2KN/㎡
ｓ:模板的表面积
S= D·H=57.76㎡
则G1=kfs=2×2×57.76= 231KN
4.2滑模结构自重 G2
全套滑模重量G2=240 KN
4.3施工荷载G3
(1)、人员：T1=40×0.75KN/人=30 KN
(2)、设备：T2=20KN
(3)、材料、工具：T3=30KN
(4)、提升动荷载：T4=10KN
并取1.3倍的不均匀系数和2倍的动力荷载系数
则G3=(T1+T2+T3+ T4)×1.3×2=234KN
4.4支撑杆的荷载
允许承载能力 P=3.14²×EI∕K（Ul）²
E:支撑杆的弹性模量，对A3钢E=2.1×109kg/cm
I:支撑杆截面的惯性矩，对φ48×3.5钢管
I=11.35cm2
K:安全系数,取K=2
Ul:计算长度,按0.7×1.8=1.26m计
P=3.14²×EI∕K（Ul）²=74KN﹥千斤顶计算承载能力为50KN
4.5千斤顶数量
n=w/cp
w:总荷载 w=G1+G2+G3=231+240+234=705 KN
c:载荷不均匀系数，取0.8
p:千斤顶计算承载能力50KN
n=705/（0.8×50）=18(台)
故选用24台千斤顶可满足要求。
根据滑模计算和结构具体情况布置千斤顶 24台，支撑杆24根，可满足强度和结构要求。
提升架选择：根据滑模荷载分析计算，选用24个“F”型提升架，可满足结构和强度要求。
5.滑模施工
5．1施工前的准备
施工前必须做好各项准备工作，其中包括井底提升设备、设施安装；混凝土泵管及分料槽布置；模体和液压系统准备；起滑面的凿毛、冲洗；测量放线工作；滑模组装调试；井内通讯、信号、照明、动力及悬吊系统形成。为滑模验收开盘做好准备。冬季施工还应作好防冻保温工作。
5.1.1.井底施工准备
在井底安装一台10t卷扬机，通过穹顶天锚导向为滑模安拆提供运输；布设一台JD-40吨卷扬机，安装导向轮，通过模体上的龙门架形成提升系统，为滑模施工期间人员和物料运输。同时完成井内通讯、信号、照明、动力及悬吊系统形成。
5.1.2滑模制作组装
5.1.2.1 滑模按设计制作后，进行组装调试，并按下表质量标准进行检查调整。
内 容
允 许 偏 差(mm)
模板装置中线与结构物轴线
3
主梁中线
2
连接梁、横梁中线
5
模板边线与结构物轴线
外 露
5
隐 蔽
10
围圈位置
垂直方向
5
水平方向
3
提升架的垂直度
≤2
模板倾角度
上 口
0，+1
下 口
-2
安装千斤顶的位置
5
圆模直径、方模边长
≤2
相邻模板的平整度
≤2
操作盘的平整度
10
5.1.2.2 千斤顶进行试验编组：
(1) 耐压:加压120kg/cm2， 5分钟不渗不漏；
(2) 空载爬升:调整行程30mm；
(3) 负荷爬升:记录加荷5吨,支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。
因施工用千斤顶，按一般要求需备用一部分，且需经常检修，还需备用如簧、保持架、上卡头、排油弹簧、楔块、密封圈、卡环、下卡头等。
5.1.2.3 滑模调试
滑模组装检查合格后,安装千斤顶 ,液压系统,插入爬杆并进行加固,然后进行试滑升3～5个行程，对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时解决，确保施工顺利进行。
5.1.2.4 起滑面处理
滑模组装前，完成底板混凝土面凿毛和冲洗工作。
5.1.2.5 测量放线
待底面冲洗干净，达到组装条件时，进行测量放线工作，由测量队给出设计轮廓线和十字中心线。
5.1.2.6 滑模井下组装
利用井底卷扬机将模体组件吊至调压井底板进行组装。组装完毕进行验收后，完成钢筋绑扎和千斤顶、爬杆安装，模板封堵。
5.1.2.7 井内悬吊系统形成
利用提升系统完成井内供料管、供水管等安装，达到开盘条件。
施工现场需敷设一趟3×25+1×10电缆，提供380伏电源，为确保滑模施工顺利进行，不发生混凝土粘模事故，应做好50KVA备用电源准备工作。
5.2 井身段滑模施工
滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升平行作业，各工序连续进行。钢筋加工在井底附近的洞内完成，利用井底已布置好的提升装置吊至滑模工作盘。混凝土在拌和站拌和完成后，由混凝土罐车运至井底，经布设在井底的HBT60砼泵输送至工作盘，通过溜槽人工配合入仓。
5.2.1钢筋绑扎、爬杆延长
模体组装调试就位后，严格按照设计图纸进行钢筋绑扎、焊接，搭接及焊接要符合设计规范要求。滑升施工中，混凝土浇筑后必须露出最上面一层横筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层水平钢筋基本上呈一水平面，上下层之间接头要错开。由于水平钢筋设计在竖筋的外侧，受滑模提升架及模板的影响，不利于钢筋的绑扎，部分钢筋绑扎不上。水平钢筋与竖向钢筋的位置需要作相应调整。竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头要错开，同时利用提升架焊钢管控制钢筋保护层。爬杆在同一水平内接头不超过1/4，因此第一套爬杆要有4种以上长度规格（3.0m 4.0m　5.0m 6.0m ...）,错开布置,正常滑升时,每根爬杆长3.0m ,要求平整无锈皮,当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，应接长爬杆，接头对齐，不平处用角磨机找平，爬杆同环筋相连焊接加固。根据“等强代换”的原则，在不影响钢筋强度的情况下爬杆代替相应位置竖筋。
5.2.2滑模施工顺序
滑模施工按以下顺序进行：下料—平仓振捣—滑升—钢筋绑扎—下料。滑模滑升要求对称均匀下料，滑模混凝土要求塌落度7-9cm，正常施工按分层30cm一层进行，采用插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，并避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度，按分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。正常滑升每次间隔按2小时，控制滑升高度30cm，日滑升高度控制在3m左右。
混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下六个步骤进行：第一次浇筑50mm砂浆，接着按分层300mm浇筑两层，厚度达到650mm时，开始滑升30—60mm检查脱模的混凝土凝固是否合适，第四层浇筑后滑升150mm，继续浇筑第五层，滑升150—200mm, 第六层浇筑后滑200mm，若无异常情况，便可进行正常浇筑和滑升。
模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理，待一切正常后方可进行正常浇筑和滑升。
5.2.2.1 模板滑升
施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。依据下列情况进行鉴别：滑升过程中能听到“沙沙”的声音；出模的混凝土无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉，并留有1mm左右的指印；能用抹子抹平。
滑升过程中有专人检查千斤顶的情况，观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常，检查滑模中心线及操作盘的水平度。
5.2.2.2 表面修整及养护
表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序，当混凝土脱模后，须立即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补，如表面平整亦可不做修整。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在辅助盘上设洒水管对混凝土进行养护。
5.2.2.3预埋件施工
调压井爬梯埋件设计变更为预埋钢板，滑模施工期间预埋钢板与混凝土浇筑同时进行，按照设计位置进行埋设。边滑边焊接，也可后期焊接。灌浆预埋管采用PVC管，按设计位置埋设，利用钢筋固定，模板通过后，在修面过程中使其外露，便于后期灌浆施工。
5.2.2.4 停滑措施及施工缝处理
滑模施工要连续进行，意外停滑时应采取“停滑措施”，混凝土停止浇筑后，每隔0.5—1小时，滑升1—2个行程，直到混凝土与模板不在粘结（一般4个小时左右）。由于施工造成施工缝，根据水电施工规范，预先作施工缝处理，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层细骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。
5.2.2.5 滑模控制
滑模中线控制：为保证结构中心不发生偏移，预埋件位置准确，利用工作平台梁固定四根垂线进行中心测量控制，同时也保证其它部位的测量要求。
滑模水平控制：一是利用千斤顶的同步器进行水平控制，二是利用水准仪测量，进行水平检查。
5.2.2.6 滑模施工中出现问题及处理
滑模施工中常出现问题有：滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等，其产生的根本原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，浇筑不对称，纠偏过急等。因此，在施工中首先把好质量关，加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时解决。
(1) 纠偏：
利用千斤顶自身纠偏，即关闭五分之一的千斤顶，然后滑升2—3行程，再打开全部千斤顶滑升2—3行程，反复数次逐步调整至设计要求。并针对各种不同情况，施加一定外力给予纠偏。所有纠偏工作不能操之过急，以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。
(2) 爬杆弯曲处理：
爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时切断，接入 爬杆重新与下部 爬杆焊接，并加焊“人”字型斜支撑。
(3) 模板变形处理：
对部分变形较小的模板采用撑杆加压复原，变形严重时，将模板拆除修复。
(4) 混凝土表面缺陷处理：
采用局部立模，补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。
5.3 滑模模体拆除
滑模滑升至高程▽2051.00后，停止浇料，逐步滑空。将辅助盘利用钢丝绳在天锚上锁死。将模体分块对称拆除，利用井底卷扬机吊装下放到井底。
6、结论
根据上述施工方法，在偏桥调压井的混凝土施工中，应用该项技术提高了施工效率、降低生产成本、保证施工质量，实际完成工期提前一个月左右，再次体现了滑模施工技术在此类工程中的优势，希望能为类似工程施工提供借鉴。
作者简介：
段会平（1978-），男，甘肃庆阳人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术和管理工作。
金国政（1977-），男，安徽肥东人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术和管理工作。