淺談大壩面板混凝土滑模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作與使用

劉 麗 娟

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談大壩面板混凝土滑模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作與使用

劉 麗 娟

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都 610091)

闡述了滑模施工過程中側(cè)模、面板滑模的設(shè)計(jì)和使用方法。滑模施工工藝具有施工速度快、機(jī)械化程度高的特點(diǎn)，是混凝土面板堆石壩經(jīng)常采用的施工方法。

滑模設(shè)計(jì)；制作；使用；豐寧抽水蓄能電站

1 工程概述

豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內(nèi)，工程區(qū)距豐寧縣公路里程約62 km，上水庫位于永利村上游灤河左岸灰窯子溝頂部。上水庫大壩頂高程為1 510.3 m，最大壩高120.3 m，壩頂寬10 m，軸線長度為570 m，上游壩坡為1∶1.405，采用鋼筋混凝土面板堆石壩壩型。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，大壩面板混凝土共分54條塊，條塊分12 m和10 m兩種(河床受壓區(qū)面板寬度為12 m，計(jì)19塊；左、右岸受拉應(yīng)力區(qū)面板寬度為10 m，共33塊，邊角2塊，寬度為8 m)，最大塊斜長約207.5 m。水庫大壩面板混凝土按照由低至高、由中間向兩側(cè)、先寬后窄的施工順序安排施工，即由中心條塊向兩側(cè)分序跳倉澆筑。澆筑施工采用滑模一次成型施工?；Ｍㄟ^設(shè)置在壩頂?shù)木頁P(yáng)機(jī)提升，混凝土通過負(fù)壓溜槽運(yùn)輸至倉面。

2 滑模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制作與使用

滑模系統(tǒng)包括：(1)側(cè)模；(2)滑模；(3)抹面平臺及棚架；(4)壩頂卷揚(yáng)牽引系統(tǒng)；(5)混凝土入倉布料系統(tǒng)；(6)輔助系統(tǒng)六部分。

2.1 側(cè)模的設(shè)計(jì)與制作

側(cè)模的作用有3點(diǎn)：支撐滑模、作滑模滑移軌道、限制混凝土拌和物側(cè)向流動。側(cè)模由側(cè)模板、側(cè)模外側(cè)采用角鋼焊接成的三角支架支撐固定及插筋組成。側(cè)模為鋼木組合結(jié)構(gòu)，主要由[16輕型槽鋼配木模板組成。輕型槽鋼標(biāo)準(zhǔn)長6 m，部分為3 m。底部漸變段為63 mm厚木模板，每塊模板長3 m，寬度為漸變尺寸。每澆筑塊左、右為一套。側(cè)模共加兩套，單側(cè)模板長約207.5 m，側(cè)?？偧庸らL度為207.5×4=830 (m)。制作時(shí)，每塊槽鋼豎向用螺栓連接，螺栓間距為1 m。每塊模板接頭設(shè)置相鄰模板連接板，加工后標(biāo)識編號。側(cè)模外側(cè)采用角鋼焊接成的三角支架支撐固定和承受新澆混凝土的側(cè)壓力，每塊側(cè)模用三個(gè)三角支架支撐。支撐用的三角支架采用∠75×7 mm角鋼加工。側(cè)模三角支架支撐主要靠插筋固定，依靠插筋的抗剪能力平衡面板混凝土的側(cè)壓力。插筋直接插入斜坡面砂漿墊層內(nèi)，深度不小于 400 mm。插筋用φ25的鋼筋打尖，長度為500 mm。側(cè)模結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 側(cè)模結(jié)構(gòu)圖

2.2 滑模的設(shè)計(jì)與制作

2.2.1 滑模模板尺寸的選定

滑模的寬度和長度以及結(jié)構(gòu)形式主要根據(jù)大壩面板的寬度、壩面坡度以及混凝土的凝結(jié)速度等確定。

長度：根據(jù)面板結(jié)構(gòu)分縫間距12 m且端頭考慮0.5 m的外挑長度，將滑模設(shè)計(jì)長度定為13 m，在12 m塊面板澆筑完成后，將滑模改成11 m長，以滿足10 m寬度的面板施工。

寬度：根據(jù)混凝土初凝時(shí)間為2.5～3 h，每小時(shí)澆筑一層，每層混凝土澆筑厚度為0.25～0.3 m，澆筑第三或第四層即可以開始脫模，因此，滑模的寬度選定為1.2 m。

2.2.2 滑模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制作

無軌滑模為剛性結(jié)構(gòu)，由底部鋼面板、上部型鋼桁架及抹面平臺三部分組成?？紤]到滑模的周轉(zhuǎn)使用和克服混凝土浮托力的影響等因素，且需滿足模板自身的撓度將其控制在20 mm以內(nèi)，滑模橫梁采用型鋼桁架([20、[16和∠7.5)結(jié)構(gòu)形式，桁架截面為三角形，與混凝土接觸的面板采用8 mm厚鋼板。為便于鋪料、振搗，滑模頂部設(shè)0.85 m寬的操作平臺(用于振搗等操作，搭設(shè)遮陽棚)。

為方便加工、運(yùn)輸和組裝，滑模分節(jié)加工，現(xiàn)場二次組合拼裝，加工三節(jié)，其中中間節(jié)設(shè)計(jì)長度為2 m，兩端節(jié)長5.5 m。三節(jié)組合為13 m長滑模，重約4.7 t，兩節(jié)組合為11 m長滑模重約3.9 t。

為便于滑模快速就位，在滑模兩邊各設(shè)置 1組行走輪裝置(每組2個(gè)行走膠面輪)。當(dāng)滑模完成一倉位澆筑時(shí)，行走輪裝置通過鉸接翻轉(zhuǎn)，輪子接觸地面，使用千斤頂將滑模主體頂離壩面(下放時(shí)模板底面要高于側(cè)模)，行走輪裝置通過調(diào)整絲桿和鎖緊銷將滑模與行走輪固定后可以在壩面行走，卷揚(yáng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動，滑模通過行走輪滑至壩底。

滑模還應(yīng)設(shè)防滑安全保護(hù)設(shè)置。為此，在滑模兩端各增設(shè)了手動葫蘆1臺，掛在面板鋼筋網(wǎng)上，用鋼絲繩拉緊，隨模板滑升而收短，使其始終處于受力狀態(tài)，以確保施工安全。

滑模上、下各設(shè)兩個(gè)吊環(huán)，以確保安放位置準(zhǔn)確，保證滑模提升到位。

滑模后部設(shè)2個(gè)活動式修整平臺(一個(gè)作為1次收面平臺，另一個(gè)作為2次收面平臺)。修整平臺采用型鋼三角架，懸吊在滑模桁架梁上，隨滑模一起提升，三角架上鋪木板。操作平臺與修整平臺呈水平狀態(tài)，兩側(cè)設(shè)有護(hù)欄，以保證工人在平臺上正常工作與安全。為養(yǎng)護(hù)面板混凝土，在修整平臺背后吊裝一根多孔噴水管。

滑模結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 滑模結(jié)構(gòu)圖

2.2.2.1 滑模的自重和配重計(jì)算

滑模的自重加配重計(jì)算：

滑模要求自重加配重及施工荷載的法向分力略大于新澆混凝土對模板產(chǎn)生的上浮力P，即要求:

(G1+G2)cosα≥P

新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力由下式計(jì)算:

P=Pn×L×B

13 m滑模P= 4×12×1.2=57.6(kN)

(G1+G2)cosα≥57.6 kN

(G1+G2)≥71.3 kN

11 m滑模P= 4×10×1.2=48(kN)

(G1+G2)cosα≥48 kN

(G1+G2)≥59.3 kN

因?yàn)橐?3 m滑模自重、配重及施工荷載合計(jì)大于71.3 kN，取(G1+G2)=85 kN；11 m滑模自重、配重及施工荷載合計(jì)大于59.3 kN，取(G1+G2)=71 kN。

式中G1為滑模的自重，13 m滑模自重為4.7 t,11 m滑模自重為3.9 t；G2為滑模的最小配重及施工荷載(kN)，待求參數(shù)；α為滑模面板與水平面的夾角，取α=36°；P為新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力(kN)；Pn為內(nèi)側(cè)模板混凝土側(cè)壓力(kPa)，本方案取Pn= 4 kN/m2;L為滑模與混凝土接觸面的長度，分別取12 m和10 m；B為滑模寬度，取1.2 m。

13 m滑模：G2=85-47=38(kN)=3.8(t)，即需要配3.8 t的重量。

11 m滑模：G2=71-39=32(kN)=3.2(t)，即需要配3.2 t的重量。

2.2.2.2 滑模牽引力的計(jì)算

滑模牽引力的大小與滑模自重、底板及新澆混凝土的粘結(jié)力有關(guān)，按下式計(jì)算：

T={τA+Gsinα+f1P+f2(Gcosα-P)}K=[1.5×12×1.2+85×sin36+0.5×57.6+0.2×(85×cos36-57.6)]×1.5 =153.89(kN)

式中T為滑?；瑒有枰淖钚恳?kN)；G為滑模自重加配重及施工荷載(kN)；τ為滑模底板與新澆混凝土之間的粘結(jié)力(kN/m2)，取1.5 kN/ m2；A為模體與新澆混凝土的接觸面積(m2)；f1為模板與混凝土的摩擦系數(shù)，取0.5；新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力(kN)；f2為對于滾輪支撐的滑模，采用滾動摩擦系數(shù)，可取0.05；對于側(cè)模支撐的滑模，采用滑動摩擦系數(shù)，取0.15～0.2(鋼對鋼)；K為安全系數(shù)，可取1.5 。

2.3 滑模牽引設(shè)備的選用及固定與控制方式

2.3.1 滑模牽引設(shè)備的選用

滑模牽引設(shè)備選用2臺10 t卷揚(yáng)機(jī)，每臺卷揚(yáng)機(jī)附加1套動滑輪和1股直徑為24.5 mm、長450 m的鋼絲繩牽引滑模，2臺10 t卷揚(yáng)機(jī)及其配套設(shè)施產(chǎn)生的牽引力之和為：T’=10×10×2×2=400(kN) >T，能夠滿足牽引要求。

2.3.2 卷揚(yáng)機(jī)的安裝固定及控制

卷揚(yáng)機(jī)底座為鋼結(jié)構(gòu)，用配重混凝土預(yù)制塊壓于其上進(jìn)行固定，配重為1.5 m×1.5 m×1 m的混凝土預(yù)制塊(單塊重5.4 t)。根據(jù)計(jì)算，每臺卷揚(yáng)機(jī)壓重塊為2塊，每套滑模用4塊。具體計(jì)算過程如下：

卷揚(yáng)機(jī)拉動滑模，受滑模牽引力的反向作用力作用，其大小與牽引力相等、方向相反，對該力進(jìn)行正交分解，得出壓塊最小總質(zhì)量:

M=T×Gcosα÷10=12.54(t)

即每塊壓塊最小質(zhì)量為3.14 t。預(yù)制混凝土塊能夠滿足壓重要求。

兩臺卷揚(yáng)機(jī)采用電控箱控制。電控箱的功能必須能夠同時(shí)操作兩臺卷揚(yáng)機(jī)聯(lián)動、單獨(dú)動作、正反向運(yùn)轉(zhuǎn)。

滑模就位的同時(shí)進(jìn)行卷揚(yáng)機(jī)的吊裝就位，用配重混凝土預(yù)制塊壓于其上進(jìn)行固定。先將卷揚(yáng)機(jī)牽引動滑輪與滑模前端的吊環(huán)連接起來?；龣C(jī)構(gòu)安裝調(diào)試完成后、在下放滑模到混凝土澆筑點(diǎn)之前，應(yīng)進(jìn)行一到二次短距離的試滑，檢驗(yàn)系統(tǒng)有無問題并確定上下統(tǒng)一指揮的方式。

2.4 溜槽的制作

溜槽采用輕型、耐磨、光潔、高強(qiáng)度的材料制作，每節(jié)長2 m，“U”型結(jié)構(gòu)，采用對接式連接，每節(jié)溜槽一端設(shè)掛鉤，一端設(shè)掛環(huán)。溜槽上采用輕型材料作蓋板，內(nèi)壁進(jìn)行光滑耐磨處理。溜槽內(nèi)每隔10～15 m設(shè)置軟擋板。

2.5 滑模的滑升

卷揚(yáng)機(jī)控制電路布置在滑模上，由滑模上的施工人員操作，在壩頂卷揚(yáng)機(jī)旁設(shè)專人負(fù)責(zé)設(shè)備運(yùn)行，滑?；埃宄淝把爻瑵驳幕炷烈詼p少滑升阻力。每澆筑一層(25～30 cm)混凝土，提升滑模一次，每次滑升的幅度控制在30 cm，滑模的滑升速度與澆筑強(qiáng)度、脫模時(shí)間相適應(yīng)，將平均滑升速度控制在1～2 m/h，具體滑升速度通過工地現(xiàn)場試驗(yàn)確定；滑升間隔時(shí)間不超過30 min，最大滑升速度不超過2 m/h；滑模提升過快，脫?；炷量赡軙霈F(xiàn)流淌；過慢，混凝土表面可能會出現(xiàn)拉裂?；；龝r(shí)應(yīng)做到平穩(wěn)、均衡上升。

3 結(jié) 語

滑模施工技術(shù)是建筑施工中比較特殊的一項(xiàng)施工技術(shù)，滑模施工具有機(jī)械化程度高、多工種協(xié)同工作和強(qiáng)制性連續(xù)作業(yè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套安全可靠的滑模對大壩面板混凝土的澆筑具有重要意義，該施工工藝具有速度快、機(jī)械化程度高、能降低勞動強(qiáng)度、混凝土連續(xù)性好、表面光滑，能保證結(jié)構(gòu)的整體性；材料消耗少，能節(jié)省大量的架子管及鋼模板和一些周轉(zhuǎn)材料，是一項(xiàng)可以廣泛采用和推廣的施工技術(shù)。

劉麗娟(1984- )，女，四川成都人,工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 04- 10

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1001- 2184(2017)04- 0062- 03