白鶴灘水電站運(yùn)行期水廠取水塔滑模設(shè)計與應(yīng)用

姜蕊 郝國鵬 向東旭

摘要： 金沙江白鶴灘水電站運(yùn)行期水廠取水塔工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、混凝土澆筑體積大、施工難度高，再加上按精品工程標(biāo)準(zhǔn)要求，混凝土的成型質(zhì)量要求更高。傳統(tǒng)的組合鋼模板分層施工因耗時長、質(zhì)量控制困難、整體性欠佳等多種不利因素，很難實現(xiàn)大體積混凝土的精品工程質(zhì)量控制。在白鶴灘水電站取水塔工程中設(shè)計了新型滑模系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)方案設(shè)計、實施步驟及過程控制要點(diǎn)。實踐表明：采用新型滑模系統(tǒng)解決了大體積曲面混凝土一次成型質(zhì)量問題，且縮短了施工工期，節(jié)約了成本，保證供水系統(tǒng)順利運(yùn)行。相關(guān)經(jīng)驗可為以后類似工程建設(shè)提供經(jīng)驗。

關(guān) 鍵 詞： 滑模施工; 混凝土澆筑質(zhì)量; 圓筒形取水塔; 白鶴灘水電站

中圖法分類號： ?TV52

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： ?A

DOI： 10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.03.018

?0 引 言

水工建筑物多為水下混凝土結(jié)構(gòu)，其體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對于大體積水下混凝土結(jié)構(gòu)而言，混凝土的一次澆筑質(zhì)量影響到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度特性，因此對混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量要求更高?；Ｊ┕ぜ夹g(shù)因可以實現(xiàn)大體積混凝土的一次澆筑成型、保證施工質(zhì)量、節(jié)省施工工期而廣泛應(yīng)用于大型水利工程施工? [1-3] 。

馬杜等? [4] 采用滑模工藝完成錦屏二級水電站上游調(diào)壓井混凝土襯砌施工，加快了施工進(jìn)度，且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)，滿足了混凝土均勻布料需求，提高了豎井內(nèi)層環(huán)向鋼筋綁扎的便捷性和混凝土襯砌質(zhì)量。李曉 ?[2] 根據(jù)大直徑淺圓倉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用滑模施工工藝完成筒身結(jié)構(gòu)澆筑施工，淺圓倉滑模施工質(zhì)量符合施工技術(shù)規(guī)范，結(jié)構(gòu)偏差均滿足質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)。邢海燕等? [6] 基于烏東德水電站地下廠房出線豎井深度大、空間小、型體要求高等特點(diǎn)，采用滑模襯砌法進(jìn)行出線豎井分段襯砌，根據(jù)施工過程中模體的不同偏斜程度，采用倒鏈與模體平臺控制型體偏差，使出線豎井達(dá)到外光內(nèi)實、體型精準(zhǔn)的要求?；Ｊ┕すに囋阡摻罨炷翢焽韬蛨A形構(gòu)筑物施工中應(yīng)用較廣，但往往采用單一模體結(jié)構(gòu)的滑模系統(tǒng)，在大體積圓筒形混凝土結(jié)構(gòu)施工中應(yīng)用較少。

金沙江白鶴灘水電站作為世界上在建的最大水電站，其運(yùn)行期水廠取水工程浩大，取水量驚人。取水塔作為取水工程的關(guān)鍵組成部分，其混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量直接關(guān)系到整個供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行。本文根據(jù)白鶴灘水電站運(yùn)行期水廠取水塔結(jié)構(gòu)復(fù)雜、澆筑體積量大、施工難度高等特點(diǎn)，改進(jìn)了滑升模板和滑模糾偏系統(tǒng)，設(shè)計采用沿塔身內(nèi)壁和外壁共同爬升的滑模結(jié)構(gòu)，以保證大體積曲面混凝土的一次成型質(zhì)量。

1 工程概況

金沙江白鶴灘水電站總裝機(jī)容量1 600萬kW，是世界在建的最大水電站，電站以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫區(qū)航運(yùn)和改善下游通航條件等綜合利用效益。白鶴灘水電站運(yùn)行期供水取水工程位于攔河大壩上游左岸發(fā)電進(jìn)水口附近，設(shè)計取水規(guī)模為 36 000 ?m 3/d，主要承擔(dān)電站運(yùn)行期水廠的取水任務(wù)，水源取自白鶴灘庫區(qū)。取水工程由圓筒形取水塔、取水明渠、取水泵房、交通橋及引水管線隧洞組成（見圖1）。

圓筒形取水塔高程為753.00～834.00 m，塔體高81 m，厚2.5 m，塔體結(jié)構(gòu)分為3段：① 753.00～ 774.00 ?m為基礎(chǔ)段，塔體內(nèi)設(shè)置有兩道橫隔墻; ② 774.00 ～804.00 m為中間段，塔內(nèi)設(shè)置井字隔墻，塔體靠邊坡一側(cè)設(shè)置混凝土后背墻;③ 804.00～ 834.00 m 為頂部段，塔內(nèi)設(shè)置的井字隔墻為下部隔墻延伸段，厚度與下部保持一致。取水塔結(jié)構(gòu)組成見圖2。

白鶴灘水電站取水塔內(nèi)設(shè)多道聯(lián)系橫墻，預(yù)埋件眾多，塔身鋼筋密布，加之曲面混凝土澆筑體積大，施工難度更高，傳統(tǒng)的施工工藝很難達(dá)到塔體的高標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量要求? [7-9] 。為保證取水塔塔身澆筑一次成型，按精品工程標(biāo)準(zhǔn)完成永久取水工程建造，本文首次設(shè)計了雙爬升通道滑模澆筑體系，實現(xiàn)了取水塔塔壁內(nèi)外共同爬升，解決了大體積曲面混凝土一次成型質(zhì)量問題，且能縮短施工工期，節(jié)約成本，保證了供水系統(tǒng)順利運(yùn)行。

2 方案設(shè)計

2.1 滑模設(shè)計

滑模施工是一種現(xiàn)澆混凝土工程連續(xù)成型的施工工藝，其施工方法是按照施工對象的平面形狀，在地面預(yù)先將滑模裝置安裝就位，隨著連續(xù)綁扎模板內(nèi)的鋼筋和澆筑混凝土，利用液壓提升設(shè)備將滑模整體滑升，直至滑升到混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計高度為止? [8] 。如圖3所示，白鶴灘水電站取水塔滑模裝置包括模板體系、操作平臺系統(tǒng)、液壓提升系統(tǒng)、倒鏈糾偏體系、水電配套系統(tǒng)。

2.1.1 模板體系

模板是混凝土井壁成形的模具，其質(zhì)量（主要包括剛度和表面平整度）的好壞直接影響到澆筑混凝土的成型及外觀質(zhì)量? [10] 。取水塔模板面板采用6 mm厚的鋼板，內(nèi)側(cè)敷設(shè)20 mm厚HDPE板減小滑動阻力，保證混凝土成型?；Ｄ０鍒A弧段設(shè)計為定型圓弧模板，結(jié)構(gòu)銳角設(shè)計為半圓角（導(dǎo)弧處理），防止滑模提升中造成的角部混凝土拉裂。模板高度為1.2 m，鋼板背部按間距30 cm焊接∠50×∠50角鋼作為加強(qiáng)肋。

模板外設(shè)圍檁用以支撐和加固模板，設(shè)計為上下2道，圍檁選用[12槽鋼，上圍檁距模板上口距離為30 cm，下圍檁下沿距模板下口距離為15 cm，中圍檁置于上下圍檁正中，使其形成一個整體，圍檁采用上、中、下3道。為滿足水平側(cè)壓力要求，圍檁與模板的連接采用∠50×50×5短角鋼（20 cm）相連。角鋼一端焊接在模板的角鋼上，另一端與圍檁工字鋼焊接形成托架，圍檁焊接固定在與提升架相連的桁架梁上。模板桁架中，采用∠100×100×8 mm角鋼為主梁，∠80×80×6 mm為次梁和斜撐，外圍操作平臺在外圈桁架上鋪裝3 mm厚花紋鋼板。

2.1.2 操作平臺系統(tǒng)

滑模操作平臺主要為主桁架平臺與懸掛吊架平臺，主桁架平臺中心矩形空位采用井字形布置，連接對向模板桁架（見圖4），平臺骨架（提升架）采用4玄桿桁架，連接在提升架立柱上，玄桿采用∠80×80×6 mm角鋼，連桿采用∠63×63×5 mm角鋼。懸掛吊架平臺作為混凝土后續(xù)表面檢查、修補(bǔ)、養(yǎng)護(hù)的操作平臺。整個操作平臺系統(tǒng)均設(shè)置欄桿、踢腳板、安全防護(hù)網(wǎng)等安全防護(hù)設(shè)施，配備足夠的照明設(shè)施與消防器材，保證整個滑升過程的施工安全。

滑模過程中操作平臺采用中線控制和水平控制。中線日常測量在地面投放中線測量點(diǎn)，模體上懸掛垂球，滑升時當(dāng)垂直度偏移超過允許偏差時，采取糾偏措施。水平控制采用限位卡加筒形套控制法? [11] ，即在支承桿上按混凝土澆筑控制坯層厚度（200～300 mm）設(shè)置限位卡，并在千斤頂上方設(shè)置筒形套，使所有千斤頂行程一致，各千斤頂?shù)南鄬?biāo)高差不得大于40 mm，相鄰兩個提升架上千斤頂升差不得大于20 mm。

2.1.3 液壓提升系統(tǒng)

以穿心式液壓千斤頂為滑模系統(tǒng)提升提供動力，依托包裹于混凝土內(nèi)的鋼管承載施工荷載，千斤頂帶動整個滑模體系向上提升，從而達(dá)到連續(xù)施工的目的。

滑模提升系統(tǒng)選用QYD-100型帶調(diào)平裝置千斤頂，爬升行程為40 mm，液壓控制臺選用YKT-56型自動調(diào)平液壓控制臺。通過油管、分油器將控制臺和千斤頂相連，形成液壓管路。全部千斤頂共分6組進(jìn)行連接，形成液壓系統(tǒng)，選用2臺控制臺。油路布置應(yīng)便于千斤頂?shù)耐娇刂坪驼{(diào)整，每組油路的長度、元件規(guī)格和數(shù)量基本相等，使其壓力傳遞均勻一致。

2.1.4 倒鏈糾偏體系

滑模施工時，如發(fā)生模體偏移扭曲，采用千斤頂行程控制和倒鏈輔助的形式糾偏。千斤頂控制模體豎直方向上的滑升，倒鏈利用預(yù)埋在混凝土中的6根對稱[16工字鋼（或蛇行柱）作為受力點(diǎn)防止模體發(fā)生扭曲偏移。

2.2 過程控制

（1） 混凝土要求。

為保證澆筑強(qiáng)度，取水塔澆筑混凝土設(shè)計標(biāo)號為C30W10F100，低熱水泥和普通硅酸鹽水泥配制，混凝土坍落度應(yīng)控制在8～14 cm，初凝時間控制在6 h。砂料選用人工砂，骨料含泥量小于1%。

（2） 滑升速度及出模強(qiáng)度。

2次滑升的間隔時間是決定混凝土是否拉裂（出模時間太長）/塌陷（出模時間太短）的關(guān)鍵因素? [4，12] ?；俣鹊臎Q定因素有以下幾方面：支承桿是否會失穩(wěn)、混凝土強(qiáng)度發(fā)展情況、設(shè)備能力。由于千斤頂?shù)闹螚U埋設(shè)在澆筑混凝土內(nèi)，不會失穩(wěn)，因而滑升速度可按下式計算：

V=（H-h 0-a）/t （1）

式中： V 為滑升速度，m/s; H 為模板高度，1.2 m; h?? o 為每個澆筑坯層厚度，取0.3 m; a 為模體內(nèi)澆筑混凝土的上表面到模板上口的距離，取0.05 m; t 為混凝土達(dá)到出模強(qiáng)度0.2～0.4 MPa所需時間，由試驗確定。

考慮到整個滑模施工溫差變化大，采用間歇提升制。正常氣溫下每次提升模板的時間應(yīng)控制在1 h左右，當(dāng)天氣炎熱或因某種原因混凝土澆筑一圈時間過長時，應(yīng)每隔30 min提升2～3個行程。也可按氣溫的變化，根據(jù)配合比試驗摻入適量外加劑。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新

（1） HDPE板減阻。

HDPE板具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機(jī)械強(qiáng)度大，滿足滑動模板的耐磨性要求? [13] 。取水塔滑模內(nèi)側(cè)增加聚乙烯HDPE板，能較好地減小模板與混凝土面的摩阻力，保證混凝土成型質(zhì)量，并起到保溫隔熱的作用，避免澆筑過程中的裂縫病害（見圖5）。

（2） 鋼筋限位引導(dǎo)裝置。

為避免苗子筋間距大小不一，接長的豎向鋼筋凌亂，滑?；霸黾恿虽摻钕尬灰龑?dǎo)裝置（見圖6），更好地引導(dǎo)鋼筋方向，同時控制混凝土保護(hù)層厚度。

（3） 混凝土授料系統(tǒng)。

因白鶴灘水電站取水塔截面大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，混凝土授料的均勻性對滑模質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用。如圖7所示，本次取水塔澆筑混凝土采用先集中后分散的布料模式，澆筑截面被均勻分為8個倉號進(jìn)行授料，通過旋轉(zhuǎn)授料斗實現(xiàn)每個倉號的混凝土入倉，入倉方式對稱設(shè)計，保證混凝土均勻澆筑的同時減少施工裂縫，授料系統(tǒng)設(shè)計科學(xué)合理，在授料過程中性能穩(wěn)定，為混凝土澆筑的順利實施起到了保障作用，進(jìn)一步提高了混凝土的成型質(zhì)量。

（4） 滑模糾偏系統(tǒng)。

相比于傳統(tǒng)的單一千斤頂控制系統(tǒng)? [8] ，本次滑模設(shè)計采用了千斤頂行程控制和預(yù)埋倒鏈輔助的形式進(jìn)行糾偏，通過千斤頂爬桿上的限位卡保證爬升方向上的制動，通過預(yù)埋在混凝土中的對稱工字鋼避免模體偏移扭曲。

3 方案實施

3.1 工藝流程

根據(jù)白鶴灘水電站運(yùn)行期取水塔工程特點(diǎn)及工期要求，并結(jié)合工程實際，采用滑模施工工藝進(jìn)行塔壁結(jié)構(gòu)施工，根據(jù)滑模部位的變化，按下述工藝流程分段施工：

底板澆筑預(yù)留墻體鋼筋→滑?；A(chǔ)回填→滑模設(shè)備組裝→基礎(chǔ)段施工→滑模設(shè)備改裝→中間段施工→頂部段施工→滑模設(shè)備拆除。

3.2 工程實施

在滑模安裝前，先將取水塔趾板澆筑完成（見圖8）。因趾板為10%坡度的傾斜體，為了保證滑模垂直向上滑升，模板底口和上口必須保持水平，模板安裝前應(yīng)保證模板底部在同一標(biāo)高，先將低于最高點(diǎn)（高程757.00 m）的塔壁區(qū)域采用木模板澆筑至同一標(biāo)高，采用施工縫處理后安裝滑模。

3.2.1 第一段滑模

第一階段從底板753.00 m高程滑升至774.40 m高程井挖段，井壁厚2.5 m，設(shè)置有2道橫隔墻，外側(cè)靠近巖石壁，開挖支護(hù)完成后對緊挨著筒體結(jié)構(gòu)的部位進(jìn)行開槽，為操作平臺留出工作面。該段多為內(nèi)模，利用桁架支墩將上下桁架連接（見圖9）?；炷翝仓雮}須均勻?qū)ΨQ，每一澆筑坯層的混凝土表面應(yīng)在一個水平面上，澆筑坯層每層高300 mm，每次澆筑需在上一坯層初凝前（3 h以內(nèi)）完成澆筑。待第4次澆筑完成且第一次澆筑達(dá)到出模強(qiáng)度（同條件試塊強(qiáng)度達(dá)到0.2～0.4 MPa）后進(jìn)行第一次滑升，滑升高度為300 mm，利用限位卡限制油泵上升高度。當(dāng)混凝土澆筑層高度為500～700 mm（或模板高度的1/2～2/3），且第一坯層混凝土強(qiáng)度達(dá)到0.2～0.4 MPa或混凝土貫入阻力值達(dá)到0.30～1.05 kN/cm? 2 時，應(yīng)進(jìn)行1～2個千斤頂行程的提升，并對滑模裝置和混凝土凝結(jié)狀態(tài)進(jìn)行全面檢查，確定正常后方可轉(zhuǎn)為正常滑升。

3.2.2 模板改裝

滑?；?74.00 m高程后，待最后一倉混凝土達(dá)到出模強(qiáng)度后繼續(xù)向上空滑至模板完全離開混凝土面，利用提前預(yù)埋的埋件焊接工字鋼作為豎向隔墻底模主梁和小橫梁，在主梁正中設(shè)置鋼支撐或者采用牛腿支托的形式作為豎向隔墻的底模。底模制作完成后，采用儀器超平，隨后進(jìn)行模板安裝及加固工序。本次滑模改模僅需吊裝外平臺和提前制作好的小段高架梁，小段高架梁與原高架梁鉸接。

3.2.3 第二段滑模

第二段從774.40 m高程滑升至833.20 m地上部分，設(shè)置有4道橫隔墻，滑升程序與第一段滑升程序相同。不同的是該段滑模施工時當(dāng)滑?；欢ǜ叨群?，在操作平臺下方掛置吊架平臺作為外模表面處理的操作平臺。

3.3 應(yīng)用效果評價

（1） 精品控制。

為全面打造精品土建工程，取水塔滑模施工時，除了配合比通過試驗確定以外，滑模組裝檢查嚴(yán)格按照表1執(zhí)行。

（2） 形體偏差。

白鶴灘水電站取水塔工程滑模施工過程形體偏差測量統(tǒng)計見表2。

白鶴灘水電站取水塔工程為達(dá)到精品工程目標(biāo)，整個滑模施工過程形體按允許偏差不超過20 mm控制。測量數(shù)據(jù)顯示：取水塔整個滑模施工過程形體偏差均在允許偏差之內(nèi)，平均偏差小于允許偏差，達(dá)到體型精準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)目標(biāo)。

（3） 結(jié)構(gòu)偏差。

取水塔滑模施工過程中每滑升300 mm進(jìn)行一次結(jié)構(gòu)參數(shù)測量檢查，包括塔壁厚度、截面半徑、定位中心線偏移以及滑升結(jié)束后的全高垂直度等偏差數(shù)值? [15] 。白鶴灘水電站取水塔工程采用井壁內(nèi)外雙爬升系統(tǒng)進(jìn)行滑模施工，整個滑升過程通過控制內(nèi)外模板的間距偏差保證塔壁厚度的一致性，滑升過程中模板偏差始終控制在3 mm以內(nèi)，塔壁厚度滿足滑模工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。取水塔整體垂直度偏差控制在20 mm以內(nèi)，遠(yuǎn)小于規(guī)范允許的不大于全高的 0.1%?? [14-15] 。結(jié)構(gòu)參數(shù)偏差值見表3。

測量檢查結(jié)果顯示：取水塔混凝土結(jié)構(gòu)特性偏差均在筒體結(jié)構(gòu)滑?；炷两Y(jié)構(gòu)允許偏差范圍內(nèi)，且測量平均偏差小于允許偏差的一半以上，滿足精品工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

（4） 混凝土外觀質(zhì)量。

取水塔混凝土的外觀質(zhì)量可以通過出模后的混凝土質(zhì)量與養(yǎng)護(hù)效果進(jìn)行評價? [12] 。混凝土澆筑密實（出模強(qiáng)度控制在0.2～0.4 MPa），埋件與混凝土間無脫空，出模后混凝土表面無錯臺、無密集的氣泡和印記線，外觀顏色均勻一致，無明顯色差，養(yǎng)護(hù)后達(dá)到“鏡面”效果（見圖10）。從混凝土的外觀效果來看，滑模施工方案可以保證混凝土的澆筑質(zhì)量，達(dá)到外光內(nèi)實的澆筑效果。

4 結(jié) 語

滑模施工技術(shù)因施工效率高、安全可靠等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于水利工程施工。金沙江白鶴灘水電站水廠取水塔工程順利滑升到頂，平均形體偏差以及結(jié)構(gòu)偏差均小于規(guī)范要求的允許偏差，塔體中心垂直度及塔壁厚度偏差小于設(shè)計容許值，混凝土體型精準(zhǔn)、外光內(nèi)實，養(yǎng)護(hù)后達(dá)到“鏡面效果”，滿足精品工程質(zhì)量要求，同時也證明了新型滑模系統(tǒng)可以安全高效地實現(xiàn)大體積圓筒形取水結(jié)構(gòu)的澆筑成型，糾偏體系能夠有效控制過程中的偏差，保證圓筒形取水塔結(jié)構(gòu)線精準(zhǔn)，具有較高的應(yīng)用推廣價值。

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（編輯：胡旭東）

Design and application of slipform for intake tower of water plant in ?Baihetan Hydropower Station

JIANG Rui 1，HAO Guopeng 1，XIANG Dongxu 2

（ 1.China Three Gorges Projects Development Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China; 2.SINOHYDRO BUREAU 7 Co.，Ltd.，Chengdu 610213，China ）

Abstract：

The intake tower project of water plant in Baihetan Hydropower Station on Jinsha River has complex structure，large concrete pouring volume and high construction difficulty.Considering the high-quality engineering standards，the forming quality of concrete is demanding.Due to various adverse factors such as long time consuming，difficult quality control and poor integrity，it is difficult to realize the quality control with traditional combined steel formwork layered construction.In the water plant of Baihetan Hydropower Station，a new slipform system was designed，and the system scheme design，implementation steps and process control points were introduced in detail.The practice showed that the new slipform system solved the once-molding quality problem of mass surface concrete，shortened the construction period，saved the cost，and ensured the smooth operation of the water supply system.Relevant experiences can provide reference for similar construction projects.

Key words：

slipform construction;high-quality control;cylindrical intake tower;Baihetan Hydropower Station