滑膜施工技术在龙背湾水电站放空洞竖井工程中的应用

滑膜施工技术在龙背湾水电站放空洞竖井工程中的应用

肖国峰

中国水利水电第十二工程局有限公司浙江省310004

摘要：本文为龙背湾水电站放空洞竖井施工中采用自升式滑膜施工技术，取得了良好效果。

关键词：竖井；滑膜装置；滑升；施工

1工程概况

龙背湾水电站放空洞竖井工程位于放空洞桩号0+136m处，标准截面尺寸为5.5m×6.7m，基础面高程421.7m，井口高程425.5m，竖井净高103.8m。主要包括闸门槽、进人孔，通气孔及二期混凝土等。放空洞竖井混凝土强度等级为C25，总方量为2539.48m³，其中二期混凝土为131.83m³。因竖井混凝土以EL435.5m为界，EL435.5m以下结构尺寸不同，采用搭设满堂脚手架，立木模等常规方法进行混凝土施工；EL435.5m以上结构尺寸相同，采用快速滑模施工方法进行混凝土施工。

2滑模设计

放空洞竖井滑模设计用液压整体滑升模板，为保证施工质量，滑模采用整体钢结构设计，滑升千斤顶选用HY-100型10吨千斤顶，滑升动力装置为ZYXT-36型自动调平液压控制台，滑模装置组成为：模板、围圈，提升系统，滑模盘，液压系统，辅助系统。

2.1模板、围圈

全套滑模模板采用δ5mm钢板制作而成，用∠50*5的角钢作为加劲肋，同整体框架骨架相连焊接固定。由于门槽二期混凝土凿毛，阴角转角部位采用圆角处理，以减少滑升阻力，阳角转角部位用∠63*6角钢作为导角模板。模板高度选1.26米，模板锥度按小于3毫米控制，既在垂直方向上模板上口大于设计尺寸1.5毫米，下口小于设计尺寸1.5毫米。

围圈主要用来加固门槽变化部位段模板，采用上下两道，同模板角钢加劲肋焊接固定并和桁架梁上下边梁焊接，使各组模板成为一个整体。

2.2提升系统

滑模提升系统的钢结构制作部分是提升架，是滑模与混凝土间的联系构件，主要用于支撑模体，并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆，爬杆采用φ48*3.5mm钢管，提升架选用“F”型架，用18#槽钢和δ16mm钢板焊制。根据设计计算，全套模体自重10吨，初选16个“F”型提升架,布置14台10吨液压千斤顶。

2.3滑模盘

滑模盘分为操作盘和辅助盘。

操作盘为施工的操作平台，承受工作、物料等荷载，同时又是模体的支撑构件，是滑模体的主要结构，采用整体框架钢结构，由于混凝土施工过程中，垂直荷载和侧向受力较大，为保证操作盘的强度和刚度，选用∠80Χ8、∠63Χ6角钢加工制作成复式框架梁。在框架梁上铺δ3mm网纹钢板形成操作平台（边墙滑模、检修室滑模工作平台上铺马道板）。

辅助盘是进行砼养护、修面及预埋件处理的工作平台，采用钢木结构悬吊布置，用∠63*6角钢和∠50*5角钢焊制，上铺竹跳板或δ5mm马道板，用φ20mm圆钢悬挂在桁架梁上，辅助盘距井帮距离为150mm。

2.4液压系统

选用HY-100型千斤顶,设计承载能力为10吨，计算承载能力为5吨，爬升行程为30mm，液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台。高压油管：主管选用φ16mm；支管选用φ8mm，利用直管接头和六通接头同控制台和千斤顶分组相连，全部千斤顶共分六组进行连接形成液压系统。

2.5辅助系统

包括二期混凝土预埋处理和洒水养护、中心测量、水平控制测量等装置。

洒水养护是混凝土施工的一个重要环节，洒水管井身段采用1.5寸钢管,钢管之间采用法兰盘连接。滑模体内采用φ25mmPVC塑料管，在井内沿混凝土表面布置一周，PVC管上钻孔，对混凝土表面进行洒水养护。

中心测量利用重垂线测量，观察模体的水平位移，在井口梁上挂重垂线进行观测。共布置2根（每个门槽设一个垂线）进行控制。

水平测量利用水准管原理，在模体上布置透明胶管，充水固定在模体上进行水平度观测。

3.滑膜荷载计算

3.1滑升摩阻力：G1

G1=kfs

k：附加影响系数，取k=2

f：磨擦阻力，2KN/㎡

S：模板的表面积

S=D·H=31.5㎡

则G1=kfs=2×2×31.5=126KN

3.2滑模结构自重：G2

全套滑模重量G2=100KN

3.3施工荷载：G3

①人员：T1=20×750N/人=15KN

②设备：T2=20KN

③材料、工具：T3=25KN

并取1.3倍的不均匀系数和2倍的动力荷载系数

则G3=(T1+T2+T3)×1.3×2=156KN

3.4支撑杆的荷载

允许承载能力P=a40EI/（k（L+95）2）

a：工作条件系数，取0.7

E：支撑杆的弹性模量，对于A3钢，取E=2.1×104kn/cm²

I：支撑杆截面的惯性矩，对于φ48×3.5钢管，取I=12.19cm4

K：安全系数,取K=2

L：支撑杆脱空长度,按100cm计

P=a40EI/（k（L+95）2）=94.25KN

3.5千斤顶数量

n=w/cp

w：总荷载w=G1+G2+G3=126+100+156=382KN

c：载荷不均匀系数，取0.7

p：千斤顶计算承载能力94.25KN

n=382/（0.7×94.25）=6(台)

故选用12台千斤顶可满足要求。

根据滑模计算和结构具体情况布置千斤顶12台，支撑杆12根，可满足强度和结构要求。

提升架选择：根据滑模荷载分析计算，选用12个“F”型提升架，可满足结构和强度要求。

4竖井滑膜衬砌施工

4.1井口施工准备

利用井筒开挖期间提升设施完成井口提升系统改造和封井口工作，布设一台5吨卷扬机作为滑模施工期间的人员提升。根据地面总体布置要求，完成井口下料桁架梁安装、井口混凝土下料管和下料斗安装；井口安全护栏安装，并完成封井口工作。然后形成井上下提升系统，同时完成井下供电电缆敷设、照明系统形成。

4.2滑模制作组装

滑模按设计制作后，进行组装调试，并按表1质量标准进行检查及调整。

表1滑动模板装置部件制作允许偏差值

（2）千斤顶进行试验编组

a、耐压:加压120kg/cm2，5分钟不渗不漏；

b、空载爬升:调整行程30mm；

c、负荷爬升:记录加荷5吨,支撑杆压痕和行程大小,将行程相近的编为一组。

因施工用千斤顶，按一般要求需备用一部分，且需经常检修，还需备用如簧、上卡头、排油弹簧、钢珠、密封圈、卡环、下卡头等。

③滑模调试

滑模组装检查合格后,安装千斤顶,液压系统,插入Φ48×3.5mm爬杆并进行加固,然后进行试滑升3～5个行程，对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时解决，确保施工顺利进行。

④起滑面处理

滑模下井组装前，自上而下对井壁进行冲洗，清撬浮渣、锚喷空洞处理，完成底板混凝土面凿毛和冲洗工作。

⑤测量放线

待仓面冲洗干净，达到组装条件时，进行测量放线工作，由测量队给出设计轮廓线和十字中心线。

⑥滑模井下组装

利用井口卷扬机将模体整体下放至井底进行组装。组装完毕进行验收后，完成钢筋绑扎和千斤顶、爬杆安装，模板封堵。

⑦井内悬吊系统形成

利用井口门吊提升完成井内下料管、供水管等安装，达到开盘条件。

施工现场需敷设一趟3×25+1×10电缆，提供380伏电源，为确保滑模施工顺利进行，不发生砼粘模事故，应做好50KVA备用电源准备工作。

4.3竖井混凝土衬砌

竖井EL435.5m以上采用快速滑模施工方法进行混凝土施工，滑模施工的特点是钢筋绑扎、混凝土浇筑、滑模滑升平行作业，各工序连续进行互相适应。

①钢筋垂直运输

加工好的钢筋采用井口门吊提升进行垂直运输，其它材料用5吨卷扬机悬吊吊笼下放到操作盘。

②钢筋绑扎、爬杆（Φ48×3.5mm）延长

模体组装调试就位后，严格按照设计图纸进行钢筋绑扎、焊接，搭接及焊接要符合设计规范要求。滑升施工中，混凝土浇筑后必须露出最上面一层横筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层水平钢筋基本上呈一水平面，上下层之间接头要错开。竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头要错开，同时利用提升架焊钢管控制钢筋保护层。爬杆在同一水平内接头不超过1/4，因此第一套爬杆要有4种以上长度规格（2.5m、3.0m、3.5m4.0m...）,错开布置,正常滑升时,每根爬杆长3.0m,布置25排，要求平整无锈皮,当千斤顶滑升距爬杆顶端小于350mm时，应接长爬杆，接头对齐，爬杆同环筋相连焊接加固。根据“等强代换”的原则，在不影响钢筋强度的情况下爬杆代替相应位置竖筋。

③混凝土运输

滑模施工用混凝土由地面搅拌站集中提供,有斜溜槽溜至下料钢管，由下料溜管通过竹节筒入仓。

施工人员由5吨卷扬机悬吊吊笼下放到滑模操作盘。

④混凝土浇筑

滑模施工按以下顺序进行：下料--平仓振捣--滑升--钢筋绑扎--下料。滑模滑升要求对称均匀下料，滑模混凝土要求塌落度7-9cm，正常施工按分层30cm一层进行，采用插入式振捣器振捣，经常变换振捣方向，并避免直接振动爬杆及模板，振捣器插入深度不得超过下层混凝土内50mm，模板滑升时停止振捣。滑模正常滑升根据施工现场混凝土初凝、混凝土供料、施工配合等具体情况确定合理的滑升速度，按分层浇筑间隔时间不超过允许间隔时间。正常滑升每次间隔按2小时，控制滑升高度30cm，日滑升高度控制在3m左右。

混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下六个步骤进行：第一次浇筑50mm砂浆，接着按分层300mm浇筑两层，厚度达到650mm时，开始滑升30--60mm检查脱模的混凝土凝固是否合适，第四层浇筑后滑升150mm，继续浇筑第五层，滑升150--200mm,第六层浇筑后滑200mm，若无异常情况，便可进行正常浇筑和滑升。

模板初次滑升要缓慢进行，并在此过程中对提升系统、液压控制系统、盘面及模板变形情况进行全面检查，发现问题及时处理，待一切正常后方可进行正常浇筑和滑升。

⑤模板滑升

施工进入正常浇筑和滑升时，应尽量保持连续施工，并设专人观察和分析混凝土表面情况，根据现场条件确定合理的滑升速度和分层浇筑厚度。依据下列情况进行鉴别：滑升过程中能听到“沙沙”的声音；出模的混凝土无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉，并留有1mm左右的指印；能用抹子抹平。

滑升过程中有专人检查千斤顶的情况，观察爬杆上的压痕和受力状态是否正常，检查滑模中心线及操作盘的水平度。

⑥表面修整及养护

表面修整是关系到结构外表和保护层质量的工序，当混凝土脱模后，须立即进行此项工作。一般用抹子在混凝土表面作原浆压平或修补，如表面平整亦可不做修整。为使已浇筑的混凝土具有适宜的硬化条件，减少裂缝，在辅助盘上设洒水管对混凝土进行养护。

⑦预埋件施工

竖井门槽门轨埋件、插筋等预埋件，在滑模施工期间预埋件与混凝土浇筑同时进行，按照设计位置进行埋设。

⑧停滑措施及施工缝处理

滑模施工要连续进行，意外停滑时应采取“停滑措施”，混凝土停止浇筑后，施工造成施工缝，根据水电施工规范，预先作施工缝处理，然后在复工前将混凝土表面残渣除掉，用水冲净，先浇一层减半的骨料混凝土或水泥砂浆，然后再浇筑原配混凝土。

⑨滑模控制

滑模中线控制：为保证结构中心不发生偏移，门槽预埋件位置准确，利用井口平台梁固定四根垂线进行中心测量控制，同时也保证其它部位的测量要求。

滑模水平控制：一是利用千斤顶的同步器进行水平控制，二是利用水准仪测量，进行水平检查。

⑩滑模施工中出现问题及处理

滑模施工中常出现问题有：滑模操作盘倾斜、滑模盘平移、扭转、模板变形、混凝土表面缺陷、爬杆弯曲等，其产生的根本原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，浇筑不对称，纠偏过急等。因此，在施工中首先把好质量关，加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时解决。

a、纠偏：

利用千斤顶自身纠偏，即关闭五分之一的千斤顶，然后滑升2--3行程，再打开全部千斤顶滑升2--3行程，反复数次逐步调整至设计要求。并针对各种不同情况，施加一定外力给予纠偏。所有纠偏工作不能操之过急，以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形、爬杆弯曲等事故发生。

b、混凝土表面缺陷处理：

采用局部立模，补上比原标号高一级的膨胀细骨料混凝土并用抹子抹平。

c、滑模施工注意事项

（1）必须在跟班经理统一指挥下进行，并预先编制安全措施。

（2）操作人员必须配带安全绳及安全带。

（3）拆卸的滑模部件要严格检查，捆绑牢固后下放。

5质量及安全控制

5.1质量控制

（1）滑模施工各工种必须密切配合，各工序必须衔接，以保证连续均衡施工，且安装完毕的滑模，应经总体检查验收后，才允许投入生产。

（3）从滑模组装到混凝土浇筑施工，严格按照周边线中心垂线进行控制，确保其垂直度，偏差要符合施工质量技术要求

（4）振捣混凝土时，不得将振捣器触及支撑杆、预埋件、钢筋、模板，振捣器插入下层混凝土的深度，宜为50mm左右，模板滑动时严禁振捣混凝土。

（5）在浇筑混凝土过程中，应及时把粘在模板、支撑杆上的沙浆、钢筋上的油渍和被油污的混凝土清除干净。

（6）每次浇筑后必须露出最上面一层横筋，钢筋绑扎间距符合要求，每层钢筋基本上呈一水平面，上下层之间接头要错开，竖筋间距按设计布置均匀，相邻钢筋的接头要错开，在同一水平面的钢筋接头数应小于总数的1/5。

（7）混凝土施工期间的预埋件应精心施工，预埋件不得超出混凝土浇筑表面，其位置偏差应小于20，必须安装牢固，出模后应及时使其外露。

（8）在滑升的过程中，每次滑升要进行一次测量工作，发现问题及时处理。每次滑升前应严格检查并排除妨碍滑升的障碍物。

（9）交接班应在工作面进行，了解上班滑升情况和发现问题，制定本班的滑升方式，并滑升2--3个行程进行测定。

（10）加强设备的使用和维护工作，在滑升过程中应了解设备运行状态，有无漏油和其它异常现象，工作不正常的千斤顶要及时更换，拆开检修备用。

（11）因故停止浇筑混凝土超过2小时，应采取“紧急停滑措施”并对停工造成的施工缝认真处理。

5.2安全控制

（1）竖井施工前，必须对井筒和井帮严格检查，防止片帮事故发生对竖井施工提升和悬吊设施要按施工安全规程进行选用，施工期间作好定期检查工作，严禁带病作业。

（2）滑模试滑升阶段，安排专人对模体结构和焊接部位进行全面检查，发现异常立即进行补强和处理，达到正常方可进入正常施工。

（3）滑模操作盘和辅助盘要铺设严密，盘面保持清洁，防止人员坠落和坠物伤人。

（4）滑模施工电气设施要有专人负责，施工电气有可靠的接地和漏电保护装置，刮风和下雨要作好电气设施的防护，防止触电事故发生。

（5）滑模液压控制系统设专人操作，并经常检查设备和供油管路连接，发现问题立即解决，防止高压油管伤人。

（6）滑模施工起吊钢筋，吊具要安全牢靠，钢丝绳要定期检查，捆绑牢靠。不同钢筋分类吊装。

（7）坚持班前会制度，熟悉安全措施，预知安全隐患，将安全事故消灭于萌芽状态之中。

（8）坚持工作面交接班制度，对上班施工情况和安全隐患查清，指定本班安全措施。

6结束语

龙背湾水电站竖井等截面的混凝土结构采用滑模施工是最佳方案之一，施工中正确组装模板、控制好脱模强度，有效的解决了竖井悬空作业安全风险高、施工难度大的问题，且滑模施工以其独特的施工工艺，加快了施工进度，更加有利于现场质量、安全控制，对于其他类似工程建设具有良好的借鉴意义。

参考文献：

[1]黄辉,吴刚.关于水利工程施工技术的思考[J].黑龙江科技信息.2016(28)

[2]刘娟.对水利工程中几种施工技术加强措施的分析[J].内蒙古水利.2016(09)