唐銘鴻

(中國(guó)電建集團(tuán)西南指揮部,成都,610066)

1 工程概況

加查水電站是雅魯藏布江干流中游桑日至加查峽谷段規(guī)劃五級(jí)電站的第五級(jí),位于西藏自治區(qū)山南市加查縣境內(nèi),電站總裝機(jī)容量360MW。電站攔河壩共19個(gè)壩段,分別為擋水壩段、安裝間壩段、廠房壩段、沖沙底孔壩段、溢流壩段。溢流壩段為15#-19#共5個(gè)壩段,布置在右河床基巖上,壩頂高程3249.00m,閘墩長(zhǎng)度51m。每個(gè)壩段布置1孔15m×21m的泄洪表孔。表孔堰頂高程3225.00m,堰面采用開(kāi)敞式堰面曲線,原點(diǎn)上游采用1/4橢圓曲線,原點(diǎn)下游接方程為y=0.0419X1.85冪曲線。堰面曲線與下游反弧段采用1∶0.7的壩坡相接,反弧段半徑22m,反弧段末端與消力池相接。表孔閘墩邊墩厚度為4m,中墩厚度為5m。

為滿足溢流面運(yùn)行過(guò)程中抗沖耐磨需要,該溢流面混凝土采用抗沖耐磨混凝土,為保證溢流面施工質(zhì)量,對(duì)溢流壩段混凝土澆筑分兩期進(jìn)行施工,一期澆筑溢流面預(yù)留臺(tái)階,二期澆筑溢流面施工,且(壩)0+45.00～(壩)0+57.00范圍溢流面采用翻模,溢流壩段(壩)0+09.60～(壩)0+45.00范圍閘墩之間溢流面采用拉模施工。受兩側(cè)閘墩混凝土澆筑體型及溢流面冪函數(shù)變化曲面的影響,若采用結(jié)構(gòu)尺寸固定及全剛度的拉模,其在運(yùn)行過(guò)程中極易因結(jié)構(gòu)體型的微變出現(xiàn)卡模,拉模拉升過(guò)程中需安排專(zhuān)人對(duì)兩側(cè)模板進(jìn)行調(diào)整來(lái)解決拉升過(guò)程中的卡模、漏漿等問(wèn)題;溢流面拉升結(jié)束后割除兩側(cè)預(yù)埋的型鋼加固支撐系統(tǒng),并進(jìn)行相應(yīng)的缺陷處理,既增加了成本,又影響表觀質(zhì)量。

為提高溢流面混凝土澆筑施工進(jìn)度和質(zhì)量,現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合閘墩混凝土澆筑情況,研發(fā)和應(yīng)用可適應(yīng)溢流曲面變化及閘墩體型微變的自適應(yīng)拉模[1],并通過(guò)預(yù)埋定位錐固定軌道的方式進(jìn)行溢流面混凝土澆筑,既提高了施工質(zhì)量,避免預(yù)埋型鋼支撐可能帶來(lái)的質(zhì)量缺陷,又降低了施工成本,實(shí)現(xiàn)溢流面拉?；炷量焖偈┕?。

2 拉模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 拉模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路

溢流面拉模系統(tǒng)由牽引機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向滑輪、導(dǎo)軌、拉模模板與桁架、抹面操作平臺(tái)等組成[2],其設(shè)計(jì)思路與工藝原理如下:

(1)為適應(yīng)溢流面曲面形狀,模板桁架采用連續(xù)平行四邊形可調(diào)連桿的“彈性”結(jié)構(gòu),充分利用平行四邊形存在的“柔性”特點(diǎn)適應(yīng)微小變形,避免拉升過(guò)程中出現(xiàn)卡模問(wèn)題,最大程度地提升拉模拉升后溢流面結(jié)構(gòu)體型與設(shè)計(jì)一致。

(2)拉模通過(guò)多段線模擬曲線,模板面板寬度1.2m,與上部可調(diào)連桿桁架間通過(guò)螺栓連接,5道平行四邊形可調(diào)連桿桁架間通過(guò)頂部的鋼片+螺栓連接固定,螺栓孔布置為“梅花型”,留有2mm的間隙,滿足桁架在曲面急變區(qū)自動(dòng)調(diào)節(jié)、適應(yīng),并降低拉升阻力。通過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算對(duì)拉模體強(qiáng)度、剛度等方面的設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)算。

(3)為解決拉模拉升過(guò)程中因兩側(cè)滾輪行走偏差出現(xiàn)卡模、漏漿問(wèn)題,在兩側(cè)拉模模體與導(dǎo)軌銜接部位,采用水平向彈簧伸縮自適應(yīng)小模板[1],該模板自由伸縮量可達(dá)±10cm,安裝后可實(shí)現(xiàn)模板與導(dǎo)軌間緊密銜接,避免拉升過(guò)程中反復(fù)調(diào)整接頭模板,提高了混凝土外觀質(zhì)量。

(4)采用預(yù)埋錐形套筒方式對(duì)拉模行走軌道加固支撐[3],軌道安裝過(guò)程中通過(guò)調(diào)整定位錐內(nèi)螺桿長(zhǎng)度來(lái)調(diào)整軌道位置,拉升后,軌道拆卸方便,并減少了因埋設(shè)型鋼等支撐可能帶來(lái)的混凝土缺陷。

(5)在溢流表孔頂部布置2臺(tái)5t同步卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng),采用動(dòng)滑輪組形式,利用卷?yè)P(yáng)機(jī)將拉模沿兩側(cè)軌道牽引向上拉升,過(guò)程通過(guò)布置導(dǎo)向滑輪調(diào)整拉模與牽引鋼絲繩的角度,將拉模拉升方向與鋼絲繩夾角控制在0～10°之間,盡可能減少卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引力的不利分力。

2.2 拉模相關(guān)驗(yàn)算

2.2.1 混凝土相關(guān)驗(yàn)算

新澆混凝土對(duì)模板側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值按照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204-2015)附錄中有關(guān)“普通模板及其支架荷載標(biāo)準(zhǔn)值及分項(xiàng)系數(shù)”的取值規(guī)定,混凝土對(duì)模板側(cè)壓力按以下兩個(gè)計(jì)算公式復(fù)核,并取以下兩式中的較小值[4]。

(1)

F=γCH

(2)

式中,F為新澆混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力(kN/m2);γC為混凝土的容重,經(jīng)多次過(guò)磅量測(cè),混凝土容重為24 kN/m3;tO為新澆混凝土的初凝時(shí)間(h),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,混凝土初凝時(shí)間tO=6.0h;V為混凝土的澆筑速度(m/h),根據(jù)初凝時(shí)間及澆筑量,拉模上升速度取1.0 m/h;β1為外加劑影響修正系數(shù),取值1.0;β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù),取值1.15;H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置至新澆混凝土頂面的總高度(m)。

將上述參數(shù)代入計(jì)算公式,計(jì)算出在不同澆筑速度和澆筑高度條件下的模板面?zhèn)葔毫Ψ謩e為:

F=γCH=24.0H=24.0×0.6=14.4kN/m2

取上述計(jì)算值中的最小值,側(cè)壓力為14.4kN/m2。因拉模實(shí)際澆筑寬度為1.2m,則作用于拉模上每延米側(cè)壓力為14.4kN/m2×1.2m=17.28kN/m,計(jì)算時(shí)取值為18.0kN/m。

根據(jù)力的分解,垂直作用于模板上的浮托力為:W=Fsin55°=14.7kN/m,即1.47t/m;

側(cè)壓力沿坡面的分力:N=Fcos55°=10.3kN/m。

2.2.2 卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩驗(yàn)算

按1m長(zhǎng)小單元進(jìn)行受力分析驗(yàn)算如下:

滑動(dòng)模板系統(tǒng)自重G,計(jì)算系統(tǒng)及抹面人員自重,取3.28kN;

拉模體自重沿坡向分力為:N2=Gsin55°=2.7kN;

拉模體自重垂直模板方向分力為:N1=Gcos55°=1.9kN,抵消浮托力后合力為:14.7kN-1.9kN=12.8kN。

根據(jù)上述受力分析及《水工建筑物滑動(dòng)模板施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5400-2007)可知,拉模運(yùn)行中,拉模體與兩側(cè)鋼模之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f一般為0.15～0.2;這里取0.2進(jìn)行計(jì)算,則拉模運(yùn)行過(guò)程中卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩的受力為:

F=2.7kN/m×15m+0.2×12.8kN/m×15m=78.9kN

同時(shí),根據(jù)拉模吊點(diǎn)系統(tǒng)布置形式,為滿足卷?yè)P(yáng)機(jī)提升力需要,采用動(dòng)滑輪的形式,則鋼絲繩受力為:78.9kN/4=19.725kN。

現(xiàn)場(chǎng)施工拉模采用2臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)機(jī),鋼絲繩采用6×19、1700級(jí)φ18.5mm的麻芯鋼絲繩,根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)工程必備數(shù)據(jù)一本全》,查得φ18.5mm的麻芯鋼絲繩破斷拉力為219kN,破斷拉力換算系數(shù)為a=0.85。

計(jì)算拉模提升鋼絲繩時(shí)所能承受的容許拉力為:

[Fg]=afg=0.85×219=186.15kN

其安全系數(shù)為:k=186.15/19.725=9.44>6,故拉模提升鋼絲繩滿足要求。

3 拉?；炷潦┕?/h2>

3.1 施工流程

溢流面混凝土拉模施工工藝流程為:倉(cāng)面處理→鋼筋及埋件安裝→測(cè)量放線→拉模系統(tǒng)安裝與調(diào)試→倉(cāng)面驗(yàn)收→混凝土澆筑→拉模提升與人工修面→軌道支撐拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)與保溫。

拉模結(jié)構(gòu)安裝施工程序:測(cè)量放樣→軌道安裝及加固→拉模安裝→卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)安裝→動(dòng)滑輪及導(dǎo)向滑輪安裝→外形尺寸檢查→下部抹面平臺(tái)掛架安裝→模板聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)。

3.2 施工工藝原理

3.2.1 拉模調(diào)試

拉模模板檢查合格后,利用溢流面預(yù)留臺(tái)階已布置插筋或重新布置插筋安裝和加固兩側(cè)軌道,并進(jìn)行軌道曲面測(cè)量及軌道與閘墩混凝土間縫隙封閉。加固為每60cm布置一道,完后進(jìn)行拉模體安裝。本工程施工拉模分左右兩節(jié),每節(jié)長(zhǎng)度約為7.4m,行走輪與模板桁架連接成整體后卡入H型鋼軌道內(nèi)按軌跡行走,先安裝半幅后再通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接另半幅,形成拉模體;完后安裝下部收面桁架,該桁架通過(guò)與拉模體連接的抹面平臺(tái)傾角調(diào)節(jié)桿調(diào)整收面桁架與混凝土面的角度,確保收面桁架與已澆筑混凝土基本平行,避免桁架破壞已澆筑混凝土面。待拉模體及軌道行走機(jī)構(gòu)安裝完成后,進(jìn)行卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)及導(dǎo)向滑輪的安裝,然后進(jìn)行整體拉模系統(tǒng)的調(diào)試,調(diào)試過(guò)程中對(duì)牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、拉模體模板與桁架變形及拉升行走情況進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理,確保施工順利進(jìn)行。

3.2.2 混凝土澆筑施工

拉?；炷翝仓饕捎瞄T(mén)機(jī)或纜機(jī)吊罐入倉(cāng),局部段采用泵送入倉(cāng)。入倉(cāng)要求均勻下料上升,振搗密實(shí),并避免振搗器直接接觸行走軌道與模板。拉模的初次拉升須緩慢進(jìn)行,拉升過(guò)程對(duì)拉模體、桁架結(jié)構(gòu)、行走結(jié)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)等有關(guān)設(shè)施在負(fù)載條件下做全面的檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理,須嚴(yán)格按以下步驟控制混凝土的初次澆筑與模板初次拉升:第一次澆筑300mm厚砂漿或富漿混凝土,接著按300mm高度澆筑兩層,高度達(dá)到900mm時(shí),分次逐步拉升100mm～300mm,檢查拉升后外露混凝土凝結(jié)情況,第四層澆筑300mm后拉升300mm,無(wú)異?？蛇B續(xù)循環(huán)進(jìn)行混凝土正常澆筑與拉升。

3.2.3 拉模拉升控制及施工

施工進(jìn)入正常澆筑和拉升后,盡可能連續(xù)施工,過(guò)程安排專(zhuān)人觀察和分析混凝土表面凝結(jié)情況,調(diào)整和確定合理的拉升速度和分層澆筑高度。

(1)拉模初次拉升:模板初次拉升須緩慢進(jìn)行,過(guò)程中對(duì)牽引系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、模板與桁架變形情況進(jìn)行全面檢查與處理,正常后方可進(jìn)行正常澆筑和拉升。爬升過(guò)早易起皺、抹面后仍起皺、爬升過(guò)晚混凝土強(qiáng)度過(guò)高無(wú)法抹面等情況說(shuō)明脫模等待時(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng),需調(diào)整脫模等待時(shí)間;通常情況下,拉模拉升時(shí)混凝土強(qiáng)度宜為0.1MPa～0.3MPa,拉升遵循“多動(dòng)少拉”原則;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)積累的施工經(jīng)驗(yàn)及左岸混凝土拌和系統(tǒng)所供混凝土初凝時(shí)間,混凝土首次入倉(cāng)后4h左右即可初次拉升,拉升后脫模混凝土面用手按留下明顯的手印,可利用原漿混凝土抹面,既節(jié)省成本又可使混凝土表面光滑,保證混凝土外觀質(zhì)量。

(2)拉模正常拉升:拉模從初次拉升正常后轉(zhuǎn)入正常拉升施工,拉模施工應(yīng)盡可能連續(xù),過(guò)程安排專(zhuān)人檢查脫?；炷帘砻婺Y(jié)情況,及時(shí)調(diào)整和確定澆筑參數(shù)(如拉升速度與分層澆筑高度);為保證拉模上升高度一致,不因模板兩側(cè)高程不一致出現(xiàn)卡模現(xiàn)象,現(xiàn)場(chǎng)在拉模體頂部布置水平管進(jìn)行兩側(cè)卷?yè)P(yáng)牽引系統(tǒng)同步性檢查,并根據(jù)檢查情況及時(shí)調(diào)整。拉模提升后混凝土合格標(biāo)準(zhǔn)按下列情況鑒別[5]:拉升過(guò)程有“沙沙”聲音;剛脫模混凝土無(wú)流淌、拉裂現(xiàn)象,手按混凝土表面既硬且能留有1mm左右指印,可用抹子抹平。拉升過(guò)程中安排專(zhuān)人檢查牽引系統(tǒng)情況,觀察卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩、基座及導(dǎo)向滑輪受力狀態(tài)是否正常,詳細(xì)記錄拉升過(guò)程。

(3)混凝土修面、養(yǎng)護(hù)與保溫:混凝土脫模后即刻修面,拉升后采用原漿抹面壓平或修補(bǔ)?？紤]工程所在地氣候條件,拉升外露混凝土初凝后即可進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)與覆蓋保溫,以減少裂縫產(chǎn)生。為使覆蓋保溫及時(shí)跟進(jìn),在拉模抹面平臺(tái)下部采用5t導(dǎo)鏈懸掛布置輪式簡(jiǎn)易施工平臺(tái),沿已澆筑混凝土面隨拉模逐步上升。

3.2.4 卷?yè)P(yáng)機(jī)同步拉升控制技術(shù)

拉模安裝時(shí)控制組裝精度與質(zhì)量,保證模板平整度與桁架質(zhì)量滿足規(guī)范要求,并控制行走軌道的安裝精度;拉升過(guò)程中每拉升一次進(jìn)行一次拉模體平臺(tái)水平測(cè)量、行走軌道的測(cè)量與精平。

正常拉升階段混凝土每次澆筑30cm～50cm,每次提升時(shí)間間隔為1h～2h;過(guò)程需做到均勻下料、均勻上升;實(shí)施過(guò)程中,經(jīng)調(diào)整混凝土坍落度(采用低坍落度混凝土)后,每小時(shí)拉升速度可達(dá)40cm,單天拉升距離達(dá)8.0m以上;每次脫模后安排專(zhuān)人進(jìn)行混凝土表面清理修飾。

3.3 問(wèn)題及處理措施

拉模施工中可能出現(xiàn)的主要問(wèn)題:拉模模體與桁架變形、拉模上浮、混凝土表面缺陷、行走結(jié)構(gòu)變形等,主要原因?yàn)榫頁(yè)P(yáng)牽引系統(tǒng)工作不同步,拉模桁架結(jié)構(gòu)剛度差,桁架自重偏差大、行走機(jī)構(gòu)加固不牢等,各問(wèn)題主要解決措施如下。

3.3.1 拉模模體傾斜糾偏

在溢流面混凝土施工中,為避免拉模出現(xiàn)偏移,在兩端距中軸線等距離位置分別布置提升點(diǎn),上部提升卷?yè)P(yáng)機(jī)均采用同一廠家、同一型號(hào)慢速卷?yè)P(yáng)機(jī),鋼絲繩導(dǎo)向滑輪布置相對(duì)于拉模體中軸線左右側(cè)對(duì)稱(chēng)布置,并在拉模體頂部布置水平管,拉升過(guò)程中進(jìn)行水平檢查和糾偏。

3.3.2 拉模及行走機(jī)構(gòu)變形

設(shè)計(jì)過(guò)程中嚴(yán)格進(jìn)行相關(guān)強(qiáng)度、剛度計(jì)算,施工過(guò)程進(jìn)行相關(guān)測(cè)量和檢查,分析變形出現(xiàn)原因,若因混凝土浮托力頂升造成模板或行走機(jī)構(gòu)變形或阻力偏大,可通過(guò)在拉模體桁架上均勻堆放沙袋等方式適當(dāng)增加拉模體重量,盡可能做到拉模體自重垂直于混凝土面的分力與混凝土浮托力抵消,減少拉升過(guò)程中的摩擦力;拉模每次拉升后,分別采用2個(gè)5t手動(dòng)葫蘆進(jìn)行鎖定,并采用2個(gè)3t手動(dòng)葫蘆在拉模體上部斜向下反拉至溢流面插筋上。同時(shí),在施工過(guò)程中及時(shí)對(duì)軌道行走槽內(nèi)進(jìn)行清理,對(duì)行走輪進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù),出現(xiàn)變形及時(shí)進(jìn)行加固處理。

3.3.3 卷?yè)P(yáng)機(jī)不同步

為保證兩臺(tái)5t卷?yè)P(yáng)機(jī)同步運(yùn)行,專(zhuān)門(mén)定制一臺(tái)電氣控制柜可以進(jìn)行單機(jī)運(yùn)行和雙機(jī)同步運(yùn)行,通過(guò)卷?yè)P(yáng)機(jī)單機(jī)點(diǎn)動(dòng)或雙機(jī)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行同步控制和糾偏。運(yùn)行中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)卷?yè)P(yáng)機(jī)進(jìn)行單臺(tái)點(diǎn)動(dòng)糾偏,或采用手拉葫蘆對(duì)拉模體進(jìn)行微調(diào),以避免拉模單側(cè)卡死等情況的出現(xiàn)。

3.3.4 混凝土表面缺陷處理

通過(guò)試驗(yàn)確定合理的拉升時(shí)間,避免拉升過(guò)早出現(xiàn)塌陷、過(guò)晚出現(xiàn)拉裂等質(zhì)量缺陷,并及時(shí)進(jìn)行混凝土表面的養(yǎng)護(hù)和保溫,避免出現(xiàn)溫度裂縫。出現(xiàn)缺陷后,采用環(huán)氧砂漿等材料進(jìn)行處理。

3.3.5 ?；幚泶胧?/p>

因天氣、設(shè)備故障等突發(fā)因素停止施工時(shí),須做?；幚?在?；幜粼O(shè)水平施工縫,并根據(jù)需要布置止水材料,將混凝土澆筑至同一水平面;每1h拉升一次,連續(xù)拉升6～7次,避免上層混凝土與模板粘連;?；蠹皶r(shí)開(kāi)展混凝土表面鑿毛處理,恢復(fù)拉升時(shí)須在結(jié)合面澆筑一層富漿混凝土。

4 應(yīng)用效果

在加查水電站5孔溢流面混凝土澆筑中,應(yīng)用有軌自適應(yīng)拉模施工技術(shù),與傳統(tǒng)施工方法相比,5個(gè)表孔溢流面各工程量見(jiàn)表1。5孔溢流面曲面混凝土澆筑應(yīng)用有軌自適應(yīng)拉模施工共節(jié)約施工成本約80萬(wàn)元,節(jié)約工期約25d。

表1 工程量對(duì)比分析

5 結(jié)語(yǔ)

在加查水電站大壩溢流壩段溢流面拉?；炷潦┕ぶ?在認(rèn)真分析多段直線模型溢流面冪函數(shù)曲線變化規(guī)律,借鑒傳統(tǒng)溢流面混凝土全剛性拉模及其他工程門(mén)槽二期混凝土自適應(yīng)滑模的基礎(chǔ)上,自行研制可調(diào)連續(xù)四桿曲面混凝土自適應(yīng)拉模結(jié)構(gòu)。通過(guò)非全剛性結(jié)構(gòu)來(lái)適應(yīng)溢流面曲面變化;通過(guò)在兩側(cè)設(shè)置自適應(yīng)小模板來(lái)解決傳統(tǒng)拉?；炷晾^(guò)程中模板與軌道或老混凝土面銜接處易發(fā)的漏漿、卡模等問(wèn)題;通過(guò)預(yù)埋錐形套筒固定行走軌道來(lái)解決拉模拉升后軌道拆除帶來(lái)的混凝土表面缺陷、平整度及軌道割除周轉(zhuǎn)等問(wèn)題。

加查水電站通過(guò)采用溢流面曲面混凝土有軌自適應(yīng)拉模施工技術(shù),既有助于減少施工過(guò)程中拉模操作或維護(hù)人員、降低施工成本,又有利于加快工程進(jìn)度、提高工程質(zhì)量,具有一定的推廣和借鑒意義。