滑模技术在调压井混凝土施工中的应用.pdf

科研管理 水利规划与设计 2 0 1 3 年第 1 期 滑模技术在调压井混凝土施工中的应用 李奇李影 张晓龙 ( 吉林市水利水 电勘测设计研究院 吉林省吉林市1 3 2 0 1 3 ) 【 摘要】 本次研究调压室竖井开挖断面为直径 1 4 1 m的圆形，衬砌厚度 8 0 c m ，断面面积较大，为确保调压井 施工质量、缩短施工工期，经方案比选采用滑模施工技术进行调压井衬砌施工。滑模施工技术在竖井施工中具有 施工速度 快、施工工艺可靠 、经济效益 明显等特点，结合工程 实践对滑模系 统结构设计和施工方法进行 了阐述 【 关键词 】 调压井滑模混凝土施工 D O I编码 】 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 9 2 2 4 6 9 2 0 1 3 O 1 0 1 5 【 中 图分类号 】T V 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号 】 1 6 7 2 2 4 6 9( 2 0 1 3 )O 1 0 0 4 0 0 4 1 概述 调压室竖井断面为圆形，上部为调压井大井一 一 调压井 ，开挖直径为 1 4 1 m，井高 4 2 9 5 m，衬砌 后直 径1 2 5 m，顶部 高程1 7 9 8 1 5 m，底 部 高程 1 7 5 5 2 m。调压井下部接调压井小井一一阻抗连接 管，阻抗连接管开挖直径 5 O m，井高 2 1 2 5 m，衬 砌后 直径 3 4 m，项 部高 程 1 7 5 5 2 m，底部 高程 1 7 3 3 9 5 m。调压井及阻抗连接管衬砌混凝土强度等 级均为 C 2 5 W8 ，共 1 9 4 6 m3 ，钢筋制安 1 0 4 4 t 。为 确保调压井施工质量 、缩短施工工期 ，经方案比选 采用滑模施工技术进 行调压井及 阻抗连接管衬砌 施工。调压井与阻抗连接管滑模施工方法相同，此 处以调压井滑模为例进行阐述 。施工首先制作阻抗 连接管模体，由于阻抗连接管模体较小，故采用整 体制作 吊装的施工方法，加快 了施工进度 。待阻抗 连接管混凝土施 工完成后将其 内部支撑系统尺寸 加大制作调压井滑模体，节约了调压井滑模制作 的 成本 ，调压井及 阻抗连接管具体模体形式详见图 1 4 2 施工布置 ( 1 )在调压井上井 口设置一个提升架，将钢 筋用钢丝绳捆绑牢固后采用一 台 5 t慢速卷扬提升 钢丝绳完成钢筋的运输。 ( 2 )沿井壁安装好动力、照明、信号电缆及 养生水管等线路的敷设，确保生产需要，线路可通 过井壁锚杆固定。 4 0 ( 3 )在井 口和模体上分别设置一台对讲机用 于井内上 、下人员通讯，同时设置一台电铃，用于 提示下料和钢筋运输。 ( 4 ) 从调压井上井 口沿井壁安装一道 2 1 9的 钢管作混凝土溜管 ， 同时在溜管每隔 2 0 m安装一个 My b o x缓 降器，防止混凝土在下落过程中骨料分 离 ，下部安装约 3 m 长的竹节管。溜管的安装利用 井 口卷扬牵引钢丝绳完成，溜管之间连接要牢固， 且每节下料管必须与牵引钢丝绳用卡扣牢固连接 。 3 滑模结构设计 调压井滑模共 由模板及支撑系统、液压爬升系 统和混凝土下料系统三部分组成，其 中模体分上 、 中、下三层平 台，上层平 台为钢筋平台，中层为浇 筑平台，下层为抹面平 台，模体总重为 2 6 - 3 1 6 t 。 3 1 模板及支撑系统 整个模体采用水平布置，面板部分为圆柱形筒 形结构， 模板高 1 5 m， 采用 P 3 0 1 5钢模板拼装而成， 依靠上下两道 围圈支撑，围圈采用 2 0 # 槽钢弯制而 成，面板部分主要依靠钢模板 自身刚性抵抗混凝土 侧压力不变形 。为保证模体滑升顺利，在模体制作 时，在设计结构尺寸基础上，筒模顶 口直径应 比底 口大 5 mm，让模体呈倒锥形，以利于滑升。 面板 内部采用 1 工字钢做辐射梁，形成支撑 系统，同时形成浇筑平台，上部满铺 3 m m 厚花纹 钢板 。支撑系统与提升架焊接连接，两层支撑系统 作者简介：李奇 ( 1 9 8 4年一 ) ，男，助理工程师。 科研管理 水利规划与设计 2 0 1 3年第 1 期 之间采用 1 4 a 槽钢焊接连接， 形成模体的支撑体系。 考虑调压井滑模体积较大，将整个模体分上下两层 制作 ，运至施工作业面再现场组装。 浇筑 平 台下部 为抹 面 平 台 ，距 离 模体 底 部 1 9 m。抹面平台采用 中 2 5钢筋制作 ，上部满铺 5 c m 厚跳板。考虑到调压井底部第一层混凝土施工时不 能直接安装抹面平台，将抹面平台制作成体积较小 的框架结构， 待模体起滑 2 m 后再与模体焊接连接。 图 1 阻抗连接管模体结构图 0 硼 警 芦 匮 ： 。 ， 1 ： 自 氍 I 砌 m ! 嘶- _ 一 _ 口 。 _ - - - - - - - - ： 一 j 虏 ! - 鞠【照 _ - 嗣 4 d 一 _ + 4 图2 阻抗连接管模体结构图 3 2 液压爬升系统 模体爬升系统主要由提升架、液压穿心式千斤 顶和液压操控 台组成，其中提升架由横梁和立杆组 成，两根横梁为一组，中间夹立杆焊接连接，立杆 与模体主体结构焊接，分别连接 围圈和辐射梁 ，利 用提升架将模 体 的支撑系统和面板部分连接成一 个整体。液压穿心式千斤顶型号为 H Y - 1 0 0型 ，采 用螺栓固定于提升架横梁上，千斤顶 中心位于环形 衬砌钢筋外侧 ，通过高压油管与液压操控台相连， 通过液压操控 台开关油路来控制千斤顶的爬升。液 压千斤顶依靠爬升脚手架钢管上升，千斤顶上升带 动提升架上升，从而带动整个模体上升 ，最终实现 模体滑升的 目的。根据提升能力要求，经计算，调 压井滑模采用 2 4个 6 t 千斤顶等间距布置于模体周 围。 图3 调压井模体结构图 m 一 二 戚疑羽囊 + P 堡礁 I l - ， c ： l 。 I f 、 虹 翱I I l l 翻 臣 l l L崩 撕 _ _J I 一 d 鬻 图 4 调压井模体结构图 3 3 混凝土下料系统 在模体主平 台上利用 1 4 # 槽钢和脚手架搭设下 料平台，在平台上铺设溜槽分别通 向边墙四周，另 有一道溜槽与井口接到浇筑面 的溜管相接，混凝土 由该溜槽通过 下料平 台分别与通往边墙 四周 的溜 槽连接 ，将 混凝土输送到仓面 内。溜管采用 2 1 9 钢管制作，每节长度 3 m，管与管之间通过套管连 接 ，并利用边墙锚杆焊接牢固。由于溜管在混凝土 下料时易受冲击振动 ，硬性连接易使焊 口开裂，因 此在锚杆焊接连接 的基础上 ，每节溜管均设有拉 环，利用钢丝绳将溜管拉到边墙锚杆上，利用钢丝 绳的可伸缩性达到缓冲的作用 。溜管上部设一下料 口，并安装铁篦子，将超粒径骨料过滤掉。 科研管理 水利规划与设计 2 0 1 3年第 1期 4 滑模混凝土施工 4 1 滑模施工准备 ( 1 )滑模的制作与安装 滑模体结构在加工厂加工制作一部分，另外一 部分现场制作和组装，下部抹面平 台制作成单个杆 件，当模体起滑 2 m 后，再与模体焊接。模体制作 严格按设计图纸及钢结构制作规范进行。当模体全 部安装完毕后，将液压控制台就位 ，并将千斤顶与 提升架连接 固定 ，连接千斤顶与控制 台之 间的油 管，完成控制台电路系统的连接，一切就绪后，进 行空载荷爬升脚手架，直至脚手架底部顶到底部混 凝土上为止 ，自此模体一切准备就绪 。 ( 2 )测量控制放线 在井 口井架上安装垂 点仪作为井筒施工 的中 心控制线，一旦发现模体 出现偏移应通过单独动作 某一方 向的千斤顶来及时纠偏。在模体上设置一台 水准，将统一高程放到爬杆上，以确保各爬杆上的 行程控制顶圈在同一高程上 ，从而确保千斤顶每次 的行程高度一致。 4 2 滑模施工 绑扎钢筋、浇筑混凝土、提升模板是滑模施工 的三个主要工序，以提升模板为主导工序来制定滑 升制度，以此控制每一施工循环时间内绑扎钢筋和 浇筑混凝土工序的工作强度 。滑模运行期间做好三 大工序间的密切配合工作，做到上一道工序有力保 证下一道工序 ，下一道工序认真检查上一道工序。 ( 1 )钢筋运输及绑扎 加工好的钢筋 由载重汽车经调压室交通洞、调 压室上室运至调压井上井口，将钢筋用钢丝绳捆绑 牢 固，由卷扬系统将钢 筋运送到底部 的钢筋平台 上，再由人工进行钢筋绑扎。 为满足滑模施工进度 ，钢 筋全 部采 用绑扎搭 接，搭接长度不小于 3 5 d( d为钢筋直径) ，相邻接 头错开布置，钢筋间距及保护层厚度等设计尺寸应 满足相关规程规范和施工技术要求 ，具体钢筋形式 详见设计 图纸。 ( 2 )模体滑升及爬杆接引 模体就位后，先将模体范围 内的钢筋绑扎完 毕，经验收合格后将模体 内 ( 高 1 5 m 范围内)混 凝土浇筑完成，当混凝土初凝并达到一定强度后开 始滑升模体，模体每次滑升高度为 3 0 c m，每滑升 一 次绑扎一层钢筋并浇筑 3 0 c m 厚混凝土，然后再 进行下一次滑升。模体每滑升 3 4次就必需进行 一 次校正，以避免模体 出现较大偏差。模体通过爬 升爬杆滑升 ， 爬杆每 3 m 一节，当滑升高度达到 3 m 时，需将爬杆接引，两爬杆采用对接的形式，接头 处中间放置一段 4 0 c m长的 03 8钢管，该钢管深入 上下两节爬杆各 2 0 c m，通过塞焊的形式与两节爬 杆连接，并将塞焊处打磨光滑。爬杆接头应错开间 隔布置，错开间距不小于 l m，同一断面接头数量 不得超过 5 0 。 ( 3 )混凝土运输及浇筑 混凝土 由拌和站统一拌合，由 8 m 混凝土搅拌 运输车运至调压井上井 口，再由设在此处的混凝土 泵将混 凝土经溜管和模体上部的分料装置输送进 入仓面。 混凝土浇筑必须执行均匀上升、对称下料的浇 筑制度，每一浇灌层的混凝土表面应在一个水平面 上，并按一定顺序下料 ，以保证出模混凝土 的强度 大致相同。本工程中的混凝土浇筑在浇筑平 台上完 成 ，通过调转下料平 台上的溜槽方向达到向边墙四 周布料 的目的，下料时应对称下料，避免单侧受力 过大，造成模体位移 。每层浇筑厚度控制在 3 0 c m 以内，各层浇筑的间隔时间不大于混凝土的凝结时 间， 当间隔时间超过时， 按施工缝的要求进行处理 。 混凝土采用插入式软轴振捣棒振捣，振捣时必需避 免直接触及爬杆及模板等，振捣器插入下层混凝土 内的深度不得小于 5 c m，模体滑升时应停止振捣 。 初滑时，混凝土分层浇筑 5 0 7 0 c m 高，待第 一 层混凝土强度达到 0 2 0 4 Mp a( 或混凝土贯入 阻力达到 0 3 0 1 0 5 k N c m2 )时， 进行 1 2个千斤 顶行程的提升，并对滑模装置 ( 包括提升系统、液 压控制系统、模板变形情况等)和混凝土凝结状态 进行全面检查，当脱模出的混凝土用手指按压有轻 微的指印和不粘手 ， 并在滑升过程中耳闻有 “ 沙沙 ” 声，说明已具备滑升条件 ，即可进行第二层混凝土 浇筑，确定一切运行正常后，转为正常滑升。正常 滑升过程 中，相邻两次提升的时间间隔不宜超过 1 小时，日滑升高度控制在 5 6 m左右。 ( 4 )模体滑升过程 中的其它工作 随时检查和记录模体结构垂直度 、水平度、 扭转及结构截面尺寸等偏差数值，并对检查情况做 交接班记录。 随时检查操作平台结构、支承杆的工作状态 及混凝土 的凝结状态，发现异常情况及时分析原因 并采取有效的处理措施 。 及时将被油污染的钢筋和混凝土处理干净。 科研管理 水利规划与设计 2 0 1 3年第 1 期 ( 5 )表面修整及养护 混凝土表面修整 是关系到结构外表和保护层 质量的关键工序，当混凝土脱模后，应设专人在抹 面平 台对刚 出露的混凝土表面进行抹面处理，确保 井身混凝土表面光滑 、平整 。为使脱模后 的混凝土 得到及时养护，在井 口接 引一条水管至抹面平台， 采用 自流水对混凝土表面进行洒水养护，养护以保 持混凝土表面湿润为准，不宜长时间不间断洒水。 ( 6 )滑模控制 滑模中线控制：为保证结构中心不发生偏移， 利用井 口型钢架固定两根垂线进行中心测量控制， 保证模体整体位置不发生偏移 。 滑模水平控制：主要利用水准在爬杆上放出统 一 高程 ，将千斤顶 自带的项圈同时调到同一高度 ， 以控制千斤顶每次的行程达到一致，也确保 了各千 斤项在 同一高度完成提升 。 滑模拆除 当混凝土达到封面高度后 ，模体根据混凝土凝 固情况继续滑升 ，直至整个模体滑 出混凝土表面， 即完成全部浇筑施工 。模体首先拆除底部的抹面平 台，然后利用卷扬系统将模体整体 吊出井 口。滑模 装置拆除应注意以下事项 ： a 必须统一指挥进行，并预先编制安全措施 。 b 操作人员必须配戴安全帽及安全带。 c 拆卸 的滑模部件要严格检查，捆绑牢 固后提 出 。 5 模体的受力荷载计算 5 1 模体的设计载荷 ( 1 )模体的设计载荷包括 以下几个方面 内容： 模体和操作平台 自重； 施工载荷，包括施工人员、材料和机具设备 的重量； 模体与混凝土之间的摩阻力 ； ( 2 )模体和操作平台自重 根据模体料表计算，大井模体总重 2 6 3 1 6 t 。 ( 3 )施工载荷 台车工作人员预计 1 3人，施工载荷按 1 5人计 算，平均每人重 1 0 0 k g ，施工人员总重 1 5 t ；施工 材料主要是存放钢筋，限定钢筋载荷 2 t ，其他机具 主要有液压控制台、电焊机、设置在模体上的下料 系统等 ，总重约 2 t ，由此可得施工载荷为 5 5 K N。 ( 4 )模体与混凝土之间的摩阻力 钢 模 板 与 混 凝 土 的 摩 阻 力 标 准 值 为 1 5 KNI m2 3 0 KN m2。根据计算，调压井模体钢模 板与混凝土的接触面积为 6 6 4 5 m2 ，取最大摩阻力 标 准值可得模板 与混凝土 的摩 阻力为 ：F 阻 = 3 l 6 03 =1 99 35 KN 。 5 2 牵 引系统的设计 ( 1 )牵引系统的设计应遵守以下规定： 千斤顶允许承载能力为其额定承载力的 1 2 1 1 3倍 ； ( 2 )总牵 引力的计算 调压井总牵 引力为 ：T = ( 2 6 - 3 1 6 +5 5 )9 8 + 1 9 9 3 5 = 5 1 1 1 5 KN ( 3 )千斤顶的牵引能力 根据规范要求，穿心式千斤顶的允许牵引能力 为其额定承载力的 1 2 1 3倍，调压井模体设计采 用 2 4 台 6 t穿心式千斤项牵引，额定承载力达到 1 4 4 t ，允许牵引力按 1 2额定承载力计算，调压井 允许牵 引力达到 7 2 t ，即达到 7 0 5 6 K N，大于调压 井 5 l 1 1 5 K N 的总牵引力，满足设计要求 。 6 结语 本 次竖井 砌衬采用滑模施工取得 了较好 的效 果 。滑模施工 比现支模板具有 以下优越性： ( 1 )滑升速度快 ，日滑升高度约 5 6 m。调 压井断面面积较大，支模工程量相对较大，而且需 搭设脚手架进行钢筋绑扎及模板支立施工。如采用 现支模板，脚手架搭设及模板支立等工序将 占用大 量的直线工期，而采用滑模施工将模体提前制作完 成后，仅需一次的安装时间即可滑升到顶，节省了 大量的施工时间，有效缩短了施工工期 。 ( 2 )节省 了大量施工材料 。采用现支模 板将 使用大量的钢模板、支撑用木材及脚手架管，这些 材料经过多次重复使用后将有部分材料将无法再 次利用，而滑模施工除了制作滑模一次用材料外不 再需要增加其他材料 ，从而比现支模板节约了大量 的材料费。 ( 3 )连续性好 。滑模施工可一次滑升到顶 ， 减少 了水平施工缝 ，且模板为整体结构较现支拼装 模板混凝土表面平整度高、外观质量好，同时减少 了缺陷处理的工作量，即缩短施工工期又节省了缺 陷处理的费用 。 实践证明，在等截面、大高度 ，尤其是筒状等 截面竖井混凝土施工中，滑模施工具有进度快、效 率高、投资小、施工质量和安全均有保证等优点。