紅船豆樞紐工程泄洪閘閘墩澆筑設(shè)計(jì)與施工

趙余紅

(中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

紅船豆樞紐工程泄洪閘閘墩澆筑設(shè)計(jì)與施工

趙余紅

(中國(guó)水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310004)

摘要：紅船豆樞紐工程泄洪閘工程閘墩采用一次澆筑成型施工工藝，既滿(mǎn)足了度汛節(jié)點(diǎn)工期要求，又滿(mǎn)足了外觀(guān)質(zhì)量要求，為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件。圖2幅。

關(guān)鍵詞：閘墩；定制大型鋼模板；一次澆筑混凝土；施工工藝

1工程概況

紅船豆樞紐工程地處衢江干流，位于浙江省衢州市龍游縣小南海鎮(zhèn)紅船豆村下游1 km。工程以航運(yùn)、水力發(fā)電為主，結(jié)合改善水環(huán)境、兼顧農(nóng)田灌溉等綜合利用，是衢江干流六級(jí)開(kāi)發(fā)中的第三級(jí)樞紐工程。整個(gè)工程由船閘、泄洪閘及發(fā)電廠(chǎng)房等建筑物組成，泄洪閘和電站為三級(jí)建筑物。

泄洪閘位于河道中部，在右側(cè)船閘與左岸發(fā)電廠(chǎng)房之間。泄洪閘共24孔，單孔凈寬為14 m，閘段總長(zhǎng)397.50 m。閘室伸縮縫位于閘底板中間，閘孔中墩23個(gè)，墩寬2.50 m，墩兩端頭為R=1.25 m的圓形結(jié)構(gòu)，墩長(zhǎng)18 m，墩高14 m，兩側(cè)邊墩寬2.0 m，長(zhǎng)度和高度與中墩相同。

2施工難點(diǎn)及對(duì)策

2.1　施工難點(diǎn)

本工程樞紐部分按施工導(dǎo)流方案分兩期施工，一期為發(fā)電廠(chǎng)房、8孔泄洪閘，二期為16孔泄洪閘。一期8孔泄洪閘閘墩頂以下工程要求在一個(gè)枯水期完成，二期16孔泄洪閘閘墩頂以下工程要求在下一個(gè)枯水期完成。由于泄洪閘工程工作面廣、混凝土工程量較大、節(jié)點(diǎn)度汛目標(biāo)任務(wù)重，其閘墩施工是關(guān)鍵，外觀(guān)要求高。

2.2　對(duì)策

根據(jù)閘墩為高聳結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，常規(guī)模板分層施工，人工耗費(fèi)多、工期長(zhǎng)、外觀(guān)質(zhì)量較差。大模板施工機(jī)械化施工程度比較高，施工工藝簡(jiǎn)單，施工速度快，混凝土結(jié)構(gòu)整體性好，成型的清水混凝土面效果佳。

綜合分析后，閘墩選擇了全鋼大模板、整個(gè)閘墩模板安裝一次到位、混凝土澆筑一次成型的施工方法。

3大型模板設(shè)計(jì)

3.1　大型模板的制作

閘墩模板按閘墩結(jié)構(gòu)尺寸統(tǒng)一采用定制大型鋼模板，閘墩模板采用豎背楞結(jié)構(gòu)型式的定型大塊組拼式全鋼大模板。平面模板尺寸為3 m×6 m、2 m×6 m、3 m×3.5 m、2 m×3.5 m等規(guī)格組合而成，其中上下游端頭半徑1.25 m圓弧模板、牛腿模板等特殊部位的異形模板均按圖紙結(jié)構(gòu)尺寸定制。閘門(mén)槽模板采用鋼木組合模板，鋼模部分定制。每塊模板由面板、加筋肋、邊框法蘭、背楞和連接螺栓組成。模板支撐為對(duì)拉螺栓。

3.2　大型模板穩(wěn)定核算

3.2.1參數(shù)信息

平面模板：面板厚5 mm；內(nèi)肋間距500×500；法蘭70 mm×14 mm；背楞2×[14 間距1 500 mm；對(duì)拉螺栓間距橫向1 500 mm，豎向1 000 mm。

3.2.2穩(wěn)定性核算

(1)采用內(nèi)部搗器時(shí)，當(dāng)混凝土澆筑速度在0.5 m/h以下時(shí)，新澆筑的普通混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力，可按下列公式計(jì)算，并取兩式中的較小值。

F1=0.22γc·t0·β1·β2·V0.5

F2=γc·H

式中，F(xiàn)為新澆筑混凝土的最大側(cè)壓力(kN/m2)；γc為混凝土的表面密度(kN/m3)；t0為新澆筑混凝土的初凝時(shí)間(h)，可按實(shí)測(cè)確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，可采用t0=200/(T+15)計(jì)算，T為混凝土的澆筑溫度(℃)；V為混凝土的澆筑速度(m/h)；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置至新筑混凝土頂面的總高度(m)；β1為外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時(shí)取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時(shí)取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度<3 cm時(shí)取0.85，3～9 cm時(shí)取1.0，>9 cm時(shí)取1.15。

根據(jù)上述公式取小值原則，因此取28.0 kN/m2。

(2)傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的水平荷載為用容量>2 m3的運(yùn)輸器具傾倒水平荷載2.0 kN/m2。

(3)對(duì)拉螺栓的計(jì)算公式為：

N<[N]=fA

式中，N為對(duì)拉螺栓承受的拉力(kN)；A為對(duì)拉螺栓有效面積(mm2)；f為對(duì)拉螺栓的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取325 N/mm2。

混凝土側(cè)壓力為28.0 kN/m2，傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為2.0 kN/m2，對(duì)拉螺栓間距為1.5 m×1.0 m，故N=(28.0+2.0)×1.5×1.0=45.0 kN。

拉條螺栓為M20的高強(qiáng)螺栓，故 [N]=f×A=325×103×0.008 5×0.008 5×3.14=73.73 kN >N=45.0 kN，即拉桿布置的間距及直徑滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

閘墩的截面尺寸為18 m×2.5 m，混凝土截面為35.9 m2，混凝土澆筑強(qiáng)度在14 m3/h的情況下，每小時(shí)澆筑上升的速度為0.35 m。設(shè)計(jì)拉桿間距為1.5 m×1.0 m的高強(qiáng)螺栓，滿(mǎn)足安全穩(wěn)定要求。

4大型模板施工工藝

4.1　工藝流程

模板設(shè)計(jì)→廠(chǎng)家制作→模板驗(yàn)收→定位放樣→基面抄平→搭設(shè)腳手架→涂刷脫模劑→墩身模板安裝→模板調(diào)整、對(duì)拉螺栓緊固→閘門(mén)槽模板安裝→牛腿模板安裝、加固→墩頂非標(biāo)木模板立模及預(yù)埋件安裝→驗(yàn)收→澆筑混凝土→拆?！槌龑?duì)拉螺栓→進(jìn)入下一循環(huán)。

4.2　施工工藝

首先在閘墩兩側(cè)搭設(shè)滿(mǎn)堂腳手架，腳手架要離閘墩邊線(xiàn)一定的距離，確保模板吊裝時(shí)腳手架的安全。墩身下部綁扎好鋼筋后，檢查模板是否平整，對(duì)模板進(jìn)行調(diào)校，按組合順序編號(hào)，檢查連接孔、定位孔位置是否準(zhǔn)確。模板安裝前沿閘墩放樣邊線(xiàn)鉆設(shè)定位銷(xiāo)，然后將模板用250 t×m塔機(jī)或60 t履帶吊吊裝就位；就位后立即利用承重架臨時(shí)固定，一側(cè)模板安裝完成后再安裝另一側(cè)。待兩側(cè)模板均臨時(shí)固定后，用定位銷(xiāo)定位并擰上模板間M20連接螺栓，然后進(jìn)行初步調(diào)整并固定。下層模板安裝完成后按序進(jìn)行上層模板安裝(見(jiàn)圖1)。

圖1閘墩綁扎鋼筋示意

全部模板安裝到位后，用線(xiàn)錘調(diào)校模板至垂直，并用兩側(cè)支架固定，逐個(gè)擰緊拉條螺栓。拉條螺栓是采用φ20鋼筋加工而成的工具式拉桿，外套φ32PVC管。模板上口用定位卡具固定。模板調(diào)校完成后，用經(jīng)緯儀進(jìn)行最終檢查，模板連接處應(yīng)重點(diǎn)檢查，對(duì)局部偏差進(jìn)行微調(diào)，模板的垂直度偏差應(yīng)控制在±0.05%之內(nèi)。

混凝土澆筑時(shí)在墩模四周懸掛重型線(xiàn)錘，由專(zhuān)人監(jiān)測(cè)并及時(shí)調(diào)整模板垂直度，并在模板兩側(cè)各拉3條纜風(fēng)鋼絲繩，確保模板整體不發(fā)生偏移。

5需重點(diǎn)注意事項(xiàng)

5.1　模板垂直度控制措施

造成模板局部垂直度偏差的原因：立?；娌凰剑瑫?huì)造成模板局部不垂直。大模板連成整體后局部垂直度出現(xiàn)偏差，因模板體系為臨空無(wú)著力點(diǎn)，調(diào)整較困難。

措施：立?；姹仨毘?。

模板體系整體垂直度偏差控制采用在模板頂部?jī)蓚?cè)拉纜風(fēng)鋼絲繩，花籃螺栓調(diào)整。

5.2　混凝土澆筑速度控制

混凝土澆筑速度過(guò)快可能造成模板對(duì)拉螺栓所受荷載過(guò)大崩斷炸模，因此混凝土澆筑施工中必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的混凝土澆筑速度控制，以防止炸模。本工程設(shè)計(jì)混凝土澆筑速度為0.5 m/h，實(shí)際施工每個(gè)閘墩的澆筑時(shí)間在41～50 h之間，最大澆筑速度為0.34 m/h。

5.3　對(duì)拉螺栓質(zhì)量檢查

閘墩模板體系的固定主要是對(duì)拉螺栓，對(duì)拉螺栓質(zhì)量關(guān)系模板體系的穩(wěn)定。對(duì)拉螺栓定制加工到現(xiàn)場(chǎng)后要逐根檢查質(zhì)量是否存在缺陷，質(zhì)量符合要求的方可使用。

5.4　對(duì)拉螺栓重復(fù)利用措施

考慮對(duì)拉螺栓使用量較大，為節(jié)約成本，對(duì)拉螺栓安裝時(shí)采用加PVC套管，以避免對(duì)拉螺栓被混凝土包裹；拆模后，抽拔出對(duì)拉螺栓重復(fù)利用。重復(fù)使用的對(duì)拉螺栓在使用前要檢查是否有疲勞損傷等，以避免使用有缺陷的對(duì)拉螺栓可能造成的炸模。

5.5　拉條孔封堵

拉條孔采用微膨砂漿封堵。

6應(yīng)用效果

6.1　工程用工用料

這種施工工藝需要的木工用料較多，從原材料上看，似乎造價(jià)偏高；但節(jié)省了鋼筋工程的搭接長(zhǎng)度量，節(jié)省了鋼筋需要焊接的部位，節(jié)省了混凝土表面鑿毛、清倉(cāng)工序至少2～3次。同時(shí)，也節(jié)省了模板拆除安裝的次數(shù)，以及節(jié)省了施工腳手的搭接綁扎次數(shù)。經(jīng)計(jì)算，這些節(jié)省的工、料金額足以滿(mǎn)足購(gòu)買(mǎi)材料款，況且購(gòu)買(mǎi)的材料是屬固定資產(chǎn)，可周轉(zhuǎn)使用，因此效益可觀(guān)。

6.2　質(zhì)量、外觀(guān)效果

閘墩采用大型全鋼模板、混凝土一次性連續(xù)澆筑完成，減少了施工縫的處理，混凝土整體性好；避免了分層立模、澆筑容易出現(xiàn)的錯(cuò)臺(tái)、色差等現(xiàn)象，閘墩的結(jié)構(gòu)輪廓分明、表面平順、光潔，外觀(guān)較好(見(jiàn)圖2)。

圖2模板拆除后的混凝土外觀(guān)質(zhì)量

6.3　安全效果

大模板在大型模板就位、加固時(shí)，腳手架每層高1.8 m，鋪設(shè)作業(yè)一層操作平臺(tái)，確保模板安裝人員的安全。在閘墩頂部，工作平臺(tái)滿(mǎn)鋪?zhàn)叩腊?，僅留有下料的孔口，四周搭設(shè)1道高1.2 m的安全防護(hù)欄桿并掛安全網(wǎng)，確保了高空施工作業(yè)安全和夜間照明，現(xiàn)場(chǎng)施工緊湊、整齊有序。而采用傳統(tǒng)立模施工煩瑣，隨著閘墩每層升高均需要重復(fù)以上安全防護(hù)工作，存在較多的安全隱患。

6.4　工期

閘墩高度14 m，施工按照傳統(tǒng)模板施工工藝，通常采用分層施工需分5層，每層澆筑高度2～4 m，綁扎鋼筋、立模板、澆筑，平均需要7 d時(shí)間，1個(gè)閘墩澆筑完成最快需要35 d時(shí)間。采用大型全鋼模板后，從腳手架搭設(shè)、綁扎鋼筋、吊裝定位、澆筑，僅用21 d時(shí)間。大型全鋼模板整體施工方法與傳統(tǒng)模板分層施工方法比較，每個(gè)閘墩節(jié)約14 d時(shí)間，確保了2個(gè)年度的節(jié)點(diǎn)度汛目標(biāo)的順利完成。

6.5　施工集中

在每倉(cāng)模板支護(hù)完成后，混凝土澆筑集中，混凝土的技術(shù)指標(biāo)要求能夠保持均勻、一致，勞動(dòng)力組織和原材料消耗集中，便于施工管理。

7結(jié)語(yǔ)

紅船豆樞紐工程泄洪閘工程閘墩采用一次澆筑成型施工工藝，既滿(mǎn)足了節(jié)點(diǎn)度汛工期要求，又滿(mǎn)足了外觀(guān)質(zhì)量要求，為后續(xù)施工創(chuàng)造了條件，證明是合理的。該施工工藝在工期緊、質(zhì)量要求高的類(lèi)似工程中采用是有效的。

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責(zé)任編輯吳昊

作者簡(jiǎn)介：趙余紅(1962-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水利水電工程施工和技術(shù)管理工作。

收稿日期：2015-08-20