拉西瓦水電站尾閘井滑模設(shè)計(jì)與施工

1  工程概況

　　拉西瓦水電站引水發(fā)電系統(tǒng)尾水閘門操作室由啟閉機(jī)室（包括巖錨梁）、閘門槽和閘門井三部分組成。閘門井襯砌后為11.30×3.35m（長×寬）的矩形結(jié)構(gòu)，深50.5m，高程為EL2248.5m～EL2198m，共6個(gè)閘門井，每個(gè)閘門井的間隔距離為20.10m。每個(gè)閘門井由門槽、門楣、標(biāo)準(zhǔn)斷面和牛腿四個(gè)部分組成，其中EL2198m～EL2213.56m為與延伸段相交的門槽部分（高15.56m），EL2213.56m～EL2215.06m為門楣部分（高1.5m），EL2215.06m～EL2247m為標(biāo)準(zhǔn)斷面（高31.94m），EL2247m～EL2248.5m牛腿部分和閘門槽相交部位（高1.5m）。閘門井分為Ⅰ期和Ⅱ期砼進(jìn)行襯砌。

　　本方案為尾水閘門操作室中6個(gè)閘門井Ⅰ期砼滑模施工方案，滑?；叱谭秶鸀镋L2198～EL2247，高度為49m，共計(jì)滑升高度為294m。

2  施工規(guī)劃

2.1  施工布置

　　滑模施工所需風(fēng)水電利用開挖時(shí)期的供風(fēng)、供水和供電系統(tǒng)，砼由業(yè)主右岸拌和站提供。施工所需鋼筋等材料運(yùn)輸和人員上下通過尾閘室3t龍門吊垂直運(yùn)輸?shù)轿查l井內(nèi)。

　　為保證信息暢通，在井下、井上各設(shè)對講機(jī)兩部，以保證通訊暢通。

2.2  施工方法綜述

　　6個(gè)閘門井采用兩套滑模進(jìn)行施工，1#～3#和4#～6#閘門井各一套滑模。在滑模施工前必須將尾閘井底板澆筑好做為滑模安裝平臺(tái)，滑模安裝完畢后，進(jìn)行延伸段邊墻和頂拱弧形堵頭模板施工。在堵頭模板施工完畢后開始進(jìn)行滑模試滑。當(dāng)滑?；兄灵T楣處，采用木盒進(jìn)行過渡。將門楣留為二期砼進(jìn)行澆筑。

　　砼入倉采用泵送砼入倉方式，砼泵車布置在尾水閘門操作室EL2264.5平臺(tái)上，通過泵管、溜筒、集料斗、溜槽，最后進(jìn)入倉號(hào)內(nèi)。

　　滑模支撐架（爬桿）選用Φ48×3.5mm的鋼管，每根鋼管可代替一根鋼筋，為保證爬桿安裝準(zhǔn)確，在閘門井底板砼收面時(shí)，于爬桿對應(yīng)位置埋設(shè)200×200×10mm鋼板埋件，以滿足爬桿焊接。焊接延伸加長，接頭打磨光滑。

　　滑模臺(tái)車安裝時(shí)采用8噸吊配合人工進(jìn)行安裝，當(dāng)滑至EL2247.00后再滑空至EL2248高程拆除，采用3噸龍門吊配合人工拆卸。

3  滑模設(shè)計(jì)

3.1  滑模裝置組成

　　尾水閘門井采用液壓爬式滑升模板，整個(gè)滑模設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)，主要由模板、圍圈、小桁架、操作盤、提升架、副平臺(tái)、支撐桿（俗稱“爬桿”），液壓系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。各構(gòu)件之間采用螺栓連接，參見圖1。

圖1  閘門井滑?？傮w裝置剖面圖

3.1.1  模板系統(tǒng)

　?。?）模板

　　采用P3015普通組合鋼模板，相鄰兩塊模板間采用U型卡連接。模板背面采用[8槽鋼和[10槽鋼做圍囹，加強(qiáng)模板剛度。兩槽鋼之間連接采用勾頭螺栓連接。

　?。?）圍圈

　　采用∠75×7和∠50×5兩種角鋼制成80×60cm（高×寬）的鋼桁架圍圈沿模板外側(cè)布置一圈。圍圈距模板上口、下口距離為20cm，圍圈共分為六段，上下游側(cè)各分兩段，左右兩側(cè)各一小段。段和段之間采用10mm厚鋼板和Φ22mm螺栓連接，每段圍圈與模板圍柃（[10槽鋼）焊接成一整體。

　?。?）小桁架

　　小桁架主要是連接圍圈和主梁的小矩形桁架鋼結(jié)構(gòu)，采用∠75×7和∠50×5兩種角鋼焊接而成。尺寸為40×60×60cm（高×寬×長），共10個(gè)。小桁架和主梁采用焊接方式進(jìn)行連接，桁架和圍圈之間采用10mm厚鋼墊板和Φ22mm螺栓連接。

　?。?）提升架

　　提升架為“開”形提升架，由主梁、立柱和操作平臺(tái)的支托等部件組成。主梁采用兩根[28槽鋼用鋼板焊接成柱狀梁，單根主梁長400cm，共計(jì)5根主梁。立柱采用[10槽鋼同主梁焊接，單根立柱高238cm。

3.1.2  操作平臺(tái)系統(tǒng)

　?。?）主操作平臺(tái)

　　主操作平臺(tái)為滑模施工主控制平臺(tái)，采用輕型桁架梁結(jié)構(gòu)，由主梁、輕型桁架、鋪板組成。主梁采用兩根[28L＝4m的槽鋼和鋼板焊接而成，梁底部通過小桁架和圍圈相連接構(gòu)成主操作平臺(tái)架體，并在四周設(shè)防護(hù)欄。在每根主梁兩端打Φ100mm透孔穿過支撐桿，再通過穿心千斤頂將圍圈、主梁和模板及操作平臺(tái)連為一體，通過千斤頂爬升帶動(dòng)滑模上升。主操作平臺(tái)上的鋪板為δ=50mm木板。

　　（2）副平臺(tái)

　　副平臺(tái)主要為堆放材料和支撐砼集料斗和其它必要的設(shè)備等，為主操作平臺(tái)提供輔助作用。副平臺(tái)采用[10槽鋼和提升架焊接，平臺(tái)上鋪δ=50mm木板，作為工作平臺(tái)。

　?。?）吊平臺(tái)

　　吊平臺(tái)主要為檢修砼質(zhì)量和表面修飾及模板的檢修和拆除。吊平臺(tái)由吊桿、橫梁、鋪板和防護(hù)欄等組成。吊桿采用Φ18圓鋼，橫梁為∠50×5角鋼，鋪板為5cm厚的馬道板。平臺(tái)寬0.6m，兩邊設(shè)護(hù)欄，掛安全網(wǎng)，以Φ18圓鋼懸吊于桁架梁上。

3.1.3液壓提升系統(tǒng)      

　　液壓提升系統(tǒng)主要由液壓千斤頂、液壓控制臺(tái)、油路和支承桿等部分組成。

　?。?）液壓千斤頂       

　　經(jīng)計(jì)算采用10個(gè)YCQ-7型穿心式液壓千斤頂進(jìn)行滑模爬升，每根主梁2個(gè)，該千斤頂工作特點(diǎn)為只能上升不能下滑。工作行程為 30mm，最大油壓10MPa，油容量0.143L，排油壓力0.3MPa，爬升速度為0.09m/min，外形尺寸（長×寬×高）為160×160×245mm，自重約13kg。  

　?。?）液壓控制臺(tái)

　　該滑模液壓控制臺(tái)采用一臺(tái)YJH-WF100C型液壓油泵，控制10臺(tái)液壓千斤頂YCQ-7型，控制臺(tái)工作油壓為80～100ktf/cm²，流量52L/min，電動(dòng)機(jī)功率7.5kW，重280kg。

　?。?）油路系統(tǒng)

　　油管分主油管和分油管兩種，均采用高壓橡膠管，主油管內(nèi)徑應(yīng)為14～19mm，分油管內(nèi)徑應(yīng)為10～14mm，連接千斤頂?shù)挠凸軆?nèi)徑應(yīng)為6～10mm。

3.2  滑模荷載計(jì)算

3.2.1  滑模裝置計(jì)算

　　滑模裝置構(gòu)件計(jì)算見表1。

表1  滑模構(gòu)件計(jì)算表

3.2.2  千斤頂數(shù)量選擇：

　　計(jì)算公式：n=W/CP

　　式中：n——千斤頂數(shù)；

　　W——豎向荷載：W=W₁＋W₂＋W₃；

　　其中：W₁——滑模結(jié)構(gòu)自重, W₁=12.8t；

　　W₂——施工荷載, 包括：工作人員、一般工具、鋼筋堆放等, 按規(guī)范規(guī)定計(jì)算, W₂=10t；

　　W₃——滑升阻力，W₃=kfs；

　　k——附加影響系數(shù)；取k=1.5。

　　f——摩擦系數(shù)；f=0.3t/m²。

　　s——混凝土與模板接觸面積；s=(3.35＋11.3)×2×1.2=35.16m²

　　W₃=1.5×0.3×35.16=15.82t。

　　W=12.8＋10＋15.82=38.6t。

　　C——荷載不均勻系數(shù), 液壓千斤頂取 C=0.8；

　　P——壓桿承載力, 由壓桿穩(wěn)定公式 P≤P_lj/k計(jì)算；

　　式中：P_lj——壓桿臨界承載力，P_lj=π²E I_z /（μL）²；

　　E——彈模, E=0.2×10⁶MPa；

　　I_z——截面慣性矩, I_z=πD⁴/64[1-(d/D)⁴]=3.14×4.8⁴/64[1-(41/48) ⁴]=1.2×10^-7m⁴；

　　μ——壓桿系數(shù), 按兩端鉸支，μ=1；

　　L——壓桿計(jì)算長度, 取 L=1.2m；

　　則：P_lj=3.14²×0.2×10¹²×1.2×10^-7/（1×1.2）²=1.64×10⁵N=16.76t；

　　K——安全系數(shù), k=3,

　　壓桿承載力P≤P_lj/k=16.76÷3=5.58t；取P=5t。

　　千斤頂數(shù)量n= W/CP＝38.6÷（0.8×5）=9.65（臺(tái)）。選擇10臺(tái)。

4  滑模施工

4.1  滑模施工程序

4.1.1  滑模安裝

　?、?滑模在加工廠制作完畢后，首先進(jìn)行預(yù)組裝，組裝合格后方可編號(hào)拆開運(yùn)至閘門井底部進(jìn)行安裝。

　　（2）現(xiàn)場組裝完畢后，檢查調(diào)整合格進(jìn)行試滑，檢查滑模裝置是否完全適用，提升系統(tǒng)是否異常，以及千斤頂爬升情況，提升架是否傾斜，盤面各部份的變形情況，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，調(diào)試合格滿足滑模裝置的允許偏差，即滑模安裝完成。

4.1.2  啟滑準(zhǔn)備

　　啟滑前，豎向鋼筋要超前綁扎一定距離，水平鋼筋綁扎至千斤頂下部，閘門井和延伸段交界部位的兩側(cè)堵頭模板要封堵嚴(yán)密，初期澆筑分層厚度為30cm，三層過后改為40cm一層，砼強(qiáng)度達(dá)到脫模強(qiáng)度0.1MPa時(shí)開始滑升，在滑升到2m時(shí)，開始安裝吊平臺(tái)。

4.1.3  鋼筋綁扎、接長支承桿

　　鋼筋連接采用直螺紋套筒連接新工藝，鋼筋由綜合加工廠統(tǒng)一加工，成品鋼筋采用5t平板汽車運(yùn)輸尾水閘門操作室上層施工支洞內(nèi)，然后采用3t龍門吊垂直運(yùn)輸至閘門井內(nèi)的輔助作業(yè)平臺(tái)上，鋼筋綁扎采用邊滑升邊綁扎鋼筋，平行作業(yè)方式，鋼筋的綁扎，始終超前混凝土30cm左右。

4.1.4  正?；?/P>

　　滑模正常滑升施工，要嚴(yán)格按《水工建筑物滑動(dòng)模板施工技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。滑升前人員崗位必須明確，滑升過程中各工種、工序要密切配合，特殊工序如預(yù)埋安裝，要專人負(fù)責(zé)。每層至少滑升1次，每次滑升20cm，?；瑫r(shí)間不能超過0.5小時(shí)。

4.1.5  砼運(yùn)輸、澆筑

　　（1）砼水平運(yùn)輸

　　采用3輛6m³砼罐車將料卸入尾水閘門操作室EL2264.5施工平臺(tái)高壓混凝土泵（HBT60A）內(nèi)，通過150mm泵管將砼送到閘門井口上的集料斗內(nèi)。

　?。?）砼垂直運(yùn)輸

　　在EL2264.5高程，垂直水流方向架設(shè)桁架固定集料斗，在集料斗下接溜槽，由溜槽直接將砼輸送到副平臺(tái)以上的分料斗內(nèi)，然后再由分料斗通過搭設(shè)的溜槽分別向四周均勻?qū)ΨQ入倉，為了保證混凝土順利入倉，要求混凝土和易性好，坍落度控制在15～17cm左右，下料一定要對稱，防止滑升時(shí)受力不均。

　?。?）砼澆筑、振搗

　　滑模施工必須嚴(yán)格遵守分層分片對稱澆筑砼，每層砼厚宜為30cm，與模板上口平行進(jìn)行滑升。砼振搗采用插入式振搗器，經(jīng)常變換振搗方向，并避免直接震動(dòng)爬桿及模板，模板滑升時(shí)禁止振搗。

　?。?）模板滑升速度控制

　　嚴(yán)格按以下六個(gè)步驟進(jìn)行，第一次澆筑2cm厚一級配砼或同標(biāo)號(hào)砂漿，接著按分層厚度不大于30cm澆筑第二層，厚度達(dá)到70cm時(shí)，開始滑升3～6cm，檢查脫?；炷聊淌欠窈线m，第四層澆筑后滑升6cm，繼續(xù)澆筑第五層又滑升12～15cm，第六層澆筑后滑升20cm，若無異?，F(xiàn)象，便可進(jìn)行正常澆筑和滑升?；炷翝仓捎梅謱訉ΨQ澆筑，分層厚度不大于30cm。   

　?。?）混凝土缺陷處理和養(yǎng)護(hù)  

　　脫模的混凝土面應(yīng)無流淌和拉裂現(xiàn)象，手按有硬的感覺并能壓出１mm左右的指印，約0.1MPa，能用鐵抹子抹光。若脫?；炷帘砻嫫秸刹蛔瞿ü馓幚?。如脫?；炷撩嬗腥毕荩瑧?yīng)立即進(jìn)行混凝土表面修補(bǔ)，采用鐵抹子在混凝土表面用原漿壓平。
    為使已澆筑的混凝土具有適宜的硬化條件，防止發(fā)生裂縫，在內(nèi)外吊架上設(shè)灑水花管（Φ38硬塑料管）對脫模后的閘井進(jìn)行每天24小時(shí)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不低于14天。

4.1.6  停滑措施及施工縫處理

　　滑模施工要求連續(xù)作業(yè)，因意外停滑時(shí)應(yīng)采取“?；胧?，混凝土停止?jié)仓螅扛?.5小時(shí)，滑升1～2個(gè)行程，直至模板與混凝土不再粘合（一般在4小時(shí)左右）。對于因停滑造成的施工縫應(yīng)認(rèn)真處理，根據(jù)水工規(guī)范要求處理施工縫，并用高壓水沖洗干凈。

4.1.7  滑模體型控制

　?。?）滑模中心線控制：滑模在滑升過程中，受各種不均勻動(dòng)力影響，模體會(huì)發(fā)生偏移情況，為了方便及時(shí)地檢查模體偏移，在閘門門槽兩端中心線位置上懸掛兩根重垂線，同時(shí)在模體的上、下游側(cè)放四根重垂線，每滑升30cm時(shí)檢查重垂線相對于初始混凝土的位移，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾偏，保證混凝土體形變形在±1cm之內(nèi)。

　?。?）滑模水平控制：一是利用千斤頂?shù)耐狡鬟M(jìn)行水平控制，二是利用水準(zhǔn)管測量，即模體上、下游側(cè)綁上一個(gè)連通的水準(zhǔn)管，并通過觀察事先標(biāo)識(shí)的點(diǎn)線進(jìn)行水平檢查。
   
　?。?）測量隊(duì)每天兩次對滑模進(jìn)行垂直度和變形進(jìn)行觀測，以確保垂直度和變形符合設(shè)計(jì)要求。

4.1.8  滑模拆除   

　　滑模澆至EL2247高程后，每隔1個(gè)小時(shí)模體空滑1～2個(gè)行程，直到模板滑空，待砼達(dá)到拆模強(qiáng)度后，在已澆筑砼面垂直水流方向按間距2m布置14^#槽鋼，并鋪設(shè)5cm厚的馬道板，然后利用龍門吊在井內(nèi)拆除。

4.2  常見問題處理措施

　　滑模施工中常出現(xiàn)的問題有：滑模操作盤傾斜、爬桿彎曲、模板變形、粘模等，前三個(gè)問題產(chǎn)生的根本原因在于千斤頂工作不同步，荷載不均勻，澆筑不對稱，糾偏過急等?；Ｊ┕すば蜚暯酉喈?dāng)緊密，要求施工過程中出現(xiàn)問題必須馬上處理，否則將有可能導(dǎo)致滑模無法滑升。

　?。?）糾偏

　　滑模操作盤傾斜是施工中常見的問題，主要采取以下方法避免。第一，在試滑階段一定要將行程相近的千斤頂分在一組。第二，施工中多備用幾臺(tái)千斤頂，遇到正在使用的千斤頂出現(xiàn)漏油等問題時(shí)，必須馬上更換，然后利用千斤頂進(jìn)行自身糾偏處理，即關(guān)閉未出問題的千斤頂主油管，給新?lián)Q千斤頂?shù)闹饔凸芗訅?，試滑幾個(gè)行程，反復(fù)數(shù)次逐步調(diào)整到設(shè)計(jì)高程。

　　（2）爬桿彎曲處理

　　爬桿彎曲時(shí)，采用加焊鋼筋或斜支撐，彎曲嚴(yán)重時(shí)做切斷處理，重新接入爬桿與下部爬桿焊接，將焊縫打磨平順、光滑，并加焊斜支撐。

　?。?）模板變形處理

　　對于部分變形較小的模板采用撐桿加壓復(fù)原，變形嚴(yán)重時(shí)，將模板拆除修復(fù)或更換。

　?。?）粘模處理

　　此問題產(chǎn)生的根本原因在于混凝土的初凝時(shí)間過短，粘模問題出現(xiàn)時(shí)，在不降低混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的前提下，優(yōu)化混凝土的配合比，如在混凝土里增加緩凝劑或減水劑、適當(dāng)提高混凝土的塌落度等。

5  工期安排

　　1#～3#閘門井采用一套滑模，4#～6#閘門井采用一套滑模，滑模施工在閘門井開挖、支護(hù)完畢后開始進(jìn)行，每個(gè)閘門井正常滑升需要15～20天，堵頭、拆裝需要10天，每個(gè)閘門井滑升完畢一般為30天。

6  結(jié)語

　?。?）拉西瓦水電站尾閘井襯砌采用自行設(shè)計(jì)、制作的滑模系統(tǒng)，第一次在“上井下洞”的深井結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，不僅保證了一次成型的混凝土外觀效果，而且加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了大量成本，達(dá)到了預(yù)期的效果，具有一定的應(yīng)用前景。

　?。?）實(shí)際施工中，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，本滑模在混凝土入倉方式上進(jìn)行了優(yōu)化，由原來的“自上而下采用泵送→MY-BOX→溜槽”方式改為“自下而上泵送→受料斗→溜槽”方式，方便了施工，降低了施工難度。

　　（3）本方案的第一個(gè)閘井滑模是在“上井下洞”的結(jié)構(gòu)中實(shí)施，因延伸段門槽上下游為各1m的混凝土襯砌，為配合滑模實(shí)施，下部結(jié)構(gòu)的立模、固定以及滑至門楣段需逐層拆除面板，有一定的控制難度，后5個(gè)閘井均采用在門楣以上開始滑升。

　?。?）滑模的設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮千斤頂?shù)臄?shù)量配置，要進(jìn)行嚴(yán)格的受力計(jì)算，并考慮一定的安全系數(shù)；千斤頂?shù)牟贾贸丝紤]模體均衡受力外，還應(yīng)考慮鋼筋的快速連接需要；另外，場外液壓提升系統(tǒng)的油路布置和同步調(diào)試是一項(xiàng)關(guān)鍵工作，滑升過程中的偏移和水平控制是過程控制的重點(diǎn)；滑模圍圈的設(shè)計(jì)要充分考慮安拆方便和現(xiàn)場的吊裝能力；深井滑模的混凝土入倉方式也是考慮的重點(diǎn)。

　?。?）滑模的優(yōu)點(diǎn)在于快速、高效，因此，在鋼筋連接方式上，盡可能采用機(jī)械連接方法，以適應(yīng)滑模施工需要。