永久船闸闸室衬砌墙单侧滑框倒模设计与施工 晏正根

1永久船闸闸室衬砌墙单侧滑框倒模设计与施工武警水电二总队三峡永久船闸北线工程指挥所副总工程师晏正根【摘要】三峡工程永久船闸闸室衬砌墙混凝土浇筑是衬砌墙施工的一大难题，在闸室衬砌墙常规模板、普通滑模及单侧滑框倒模三个方案中，单侧滑框倒模具有砼表面强度不扰动、施工速度最快、表面光滑平整、无施工缝等优点。【关键词】三峡工程永久船闸闸室衬砌墙单侧滑框倒模1工程概况永久船闸共有南北双线五级闸室，每级闸室分左右侧共有42块衬砌墙，衬砌墙为混凝土薄壁结构。墙体迎水面横向12~14m分块（标准块宽为12m，以下设计均为标准块计），闸室单数块中间设浮式系船柱，每隔4块衬砌墙设1个爬梯槽。每块竖向15m左右分水平结构缝，竖向分缝处设两道铜止水，水平结构缝设水平止水，墙体厚度从下至上为1.5~2.1m，墙体最高达48m，墙背布置的间距2×1.5m高强锚杆端头距迎水面仅5cm，墙背设有竖向及水平排水管网。2单侧滑框倒模结构及计算2．1滑框倒模结构组成单侧滑框倒模结构由三大部分组成：模骨系统、液压系统、电气设备系统。2.1.1模骨系统模骨系统由模板、滑道、围圈、提升架、导轨、操作平台、支承架等组成。①模板高度为200cm，分五层，每层高度40cm；模板之间用U形卡扣接。②围圈与模板之间设置滑道，滑道采用ф48×3.5mm钢管制作并固定在围圈上，滑道间距30cm。单侧滑框倒模提升时模板不随提升架滑动，只是滑道与模板之间相对滑动。③围圈设三道，采用16#工字钢，围圈立柱设计为可调节结构。④提升架为整体框架结构，立柱用18#工字钢制作，用螺栓和主次架（[20槽钢）相连。⑤导轨是主要的受力结构，砼侧压力均作用在导轨上，导轨下端与墙体预埋套筒相连，上端与高强锚杆相连。在对应高强锚杆部位竖向设6根导轨，采用20#工字钢。滑升时导轨交替上升，保证4根处于完全受力状态，在每根导轨的上方设一手拉葫芦，作为导轨提升之用。⑥操作平台分三层，上层平台为下料平台，放置6套下料斗；中层平台为钢筋绑扎和装模操作平台；下层平台液压控制操作平台；在模板下口的排架上设简易活动跳，为拆翻模板及缺陷修补之用。⑦支承架的竖杆采用ф48×3.5mm的钢管作爬杆，12m标准块采用7组，每组为6根，第一组（7根）浇在砼中，其它爬杆用扣件连成整体排架。支承架与下部墙体通过预埋套筒连在一起。2.1.2液压滑升系统每4只千斤顶为一组，每组的水平间距为1.9m，标准段布置7组，共计千斤顶28只。控制台采用YKT－36型，千斤顶GYD-60型。2.1.3电气设备系统机械动力设备采用380V电压。操作平台上照明电压采用36V低压，以保证夜间工作安全。232.2单侧滑框倒模结构计算经计算荷载如下（按支承架高52m，宽5.5m考虑）：①模具自重116.61KN；②砼侧压力14.9KN/m；③施工荷载41.41KN；④操作平台上电焊机、小型振动房等杂物为30KN；⑤钢模与滑道摩阻力1.65KN/m;⑥钢管扣件总重369KN；⑦支承杆力计算P=K0K1F/28=61.80KN[P0]=81.52KN;K0---不均匀系数取1.5K1---安全系数取2F---荷载总量[P0]--ф48×3.5mm钢管支承杆容许承载力81.52KN⑧千斤顶承载力计算P1=K0K1F1/28=22.26KN[P1]=30KN;F1---千斤顶上部荷载总量[P1]--千斤顶最小容许承载力30KN⑨支承杆稳定计算稳定校核公式:[P2]=ψP0=37.25KNP1=22.26KN。很安全。ψ--稳定系数,单根钢管的最大节长为2m,ф48×3.5mm钢管回转半径i=1.58，长细比λ=200/1.58=126，查得稳定系数0.457整体框架更加稳定,不再计算。⑩导轨挠度计算(按4根受力计)f=PL3/(48EI)=0.63cm1cm。P0---砼侧压力14.9KN/mL---导轨长度取3.2mE---A3钢弹性模量2.1×106Kgf/cm24I---截面惯性矩2370cm43施工布置利用闸室现有的门塔机进行钢筋、混凝土等材料的垂直运输，混凝土由自卸车从▽98.7拌和系统运至现场。4单侧滑框倒模施工4．1仓位准备①首先搭设双排钢管脚手架。岩面清理时在脚手架上搭活动跳板，用高压冲毛机冲洗清理基岩面，部分松动大块岩石人工清撬。②安装墙后排水管网，竖向墙后排水管网为砼预制件，横向墙后排水管网为广水软管。③墙背钢筋须一次到顶全部安装结束。迎水面钢筋边浇筑边施工，采用镦粗直螺纹钢筋连接。④墙背钢筋绑扎结束后，将冷却水管一次性埋设。⑤上下游侧模及止水可一次性施工到顶和先部分施工后随滑框倒模一同上升。4．2单侧滑框倒模模具安装程序4．3单侧滑框倒模施工工艺流程4．4单侧滑框倒模施工4．4．1混凝土运输自卸车将混凝土从▽98.7拌和系统运至现场，倒入混凝土卧罐，由门塔机吊运至下料斗入仓。4．4．2混凝土配合比混凝土的配制，除符合设计要求个，尚应控制坍落度4—6cm，夏季控制10—12小时达0.5MPa，采用三级配。4．4．3混凝土浇筑采用插入式振捣器振捣，振捣时不得触动模板、钢筋、支承杆、预埋套筒等埋件。混凝土入仓从一侧向另一侧进行，厚为40cm。4．4．4初滑单侧滑框倒模安装及调试完成，验收开仓后，进行混凝土浇筑，2米高模板分五层浇筑到顶，待第一层超过10—12小时后，将模板与滑道之间的连接全部解除，开始滑升1-2个行程（一测量定位搭设安装平台主次架及提升架围圈滑道模板导轨安装安插支承杆并加固下料斗安装液压系统安装及调试安装平台拆除液压系统安装及调试混凝土浇筑迎水面钢筋绑扎、插支承杆纠偏框架滑升拆翻模5个行程3cm左右），检查滑具是否正常。第一次滑升50cm，将第一层模板拆除。检查混凝土是否达到脱模要求，表面强度须达到0.5MPa以上。4．4．5正常滑升采用单侧滑框倒模施工，滑升速度快，夏季每天可达4—5米。正常浇筑后，每次每层浇筑40cm，滑框40cm，拆翻模板40cm。4．4．6劳动力组合为保证单侧滑框倒模施工的连续性，采用两班制，每班的劳动力组合见下表：序号工种人数内容1带班队长1全面负责，现场管理，材料到位2技术员1技术指导，做好施工记录3信号员2台下1人，台上1人，材料吊运，砼入仓浇筑4木工16翻板、插板、埋铁件8人，上下游模板拆安8人5电气焊工2埋件焊接，砼内支承杆焊接6液压工8插支承杆，换千斤顶，平台滑升控制7钢筋工6负责钢筋的运输及绑扎8砼工6砼浇筑、伸缩缝、施工缝处理9抹灰工2局部修整，砼养护10电工1平台电源维护，夜间照明11测量工4监控平台的位置、平整度、砼形体检测等12架子工6支承架的拉杆，斜支撑的连接13普工6卸料挂钩2人、平台扶罐下料2人、清模2人14门机工2砼的垂直吊运入仓，材料吊运15驾驶员3砼的水平运输16拌和系统98.7拌和系统（暂不计）17调度1协调各工作面19合计674．5浮式系船柱及爬梯槽部位施工4．5．1浮式系船柱浮式系船柱部位另用三只千斤顶组成一个独立系统。利用浮式系船柱护角埋件，采用滑模，模板高120cm。浮式系船柱的滑模与整体滑框倒模相结合，互不影响。4．5．2爬梯槽爬梯槽部位与立面模板组成整体滑框倒模系统。5安全与质量控制5.1安全措施滑框倒模除架子工外的所有工种的操作均在平台上进行，平台分为上、中、下三层。平台均为安全网封闭式，在大风、雷电、或下大雨时可采取停滑措施。不可任意变动平台上的荷载，保持平台荷载均匀，架子工在进行钢管的连接时，须系好安全带，以确保自身安全。搭设规范爬梯上下，并挂封闭安全网。5.2质量控制5.2.1砼质量控制6针对闸室衬砌墙结构的特点，仓位小、钢筋密集，下料比较困难，砼采用三级配，砼从原材料、拌制、运输、振捣、养护等施工过程中严格按照施工规范作业，在砼施工的过程中，一方面要满足拆模时砼表面强度要求，另一方面又要保证浇筑层面砼不初凝。按滑框倒模施工工艺要求，在拆模时，混凝土强度表面必须达到0.5MPa以上。当最低一层混凝土已浇筑10-12个小时，强度已达到拆模要求，即可滑升拆模。模板每次安插前必须将脏物清理干净并刷脱模剂，安插模板时，顶层模板口上的砂浆必须清除干净，使接缝严密。5.2.2墙体垂直度的检测控制支承架靠衬砌墙部位上下游两端和中间各设一个重锤，滑升前调好线锤，并固定好底面标记，线锤通过钢丝绳及滑轮随着支承架的滑升而不断往下放，每隔一段时间观察一次，以确定偏差程度而进行相应调整，当支承架上口偏差1cm时就进行一次调整。5.2.3支承架平台水平度的检测控制水平度的检测采用水管法：在每根支承杆上设一刻度尺，并将水管尺绑附在刻度尺上，刻度尺以1cm为一单位，水管内充满有色水,在滑升前，将每一水管的水位都调在同一水平上，然后在滑升过程中，不断观测，尤其是四个角及中间的立柱的水位刻度，当累计误差超过3—5cm就进行一次调平。5.2.4纠偏衬砌墙在滑升过程中出现偏差和滑升平台偏差的情况下均需要进行纠偏，纠偏的方法如下：导轨调整法----松紧导轨调节衬砌墙的垂直度；液压系统调整法----通过千斤顶调平器或关闭部分千斤顶来达到调平的目的，确保水平度和垂直度。在施工过程中要经常注意的几个问题：①应勤检查各千斤顶的高差，确保操作平台均稳滑升；②提升前要严格检查并解除模板与周围及滑道上的所有联系；③严格控制平台上的荷载量；④标准块中保证4根导轨处于完全受力状态；⑤及时搭好排架与下部墙体的联接；⑥做好混凝土的夏季养护和冬季的保温工作。6结束语我部自行设计、自行施工的闸室衬砌墙单侧滑框倒模系首次在永久船闸使用。运用单侧滑框倒模施工的闸室衬砌墙质量好，可防止常规模板和滑模施工的一些质量通病，具有普通滑模所没有的下列优点：解决了普通滑模易扰动砼、表面强度会下降的关键问题；滑模设施结构更为合理；无施工缝、表面光洁无波浪；机动灵活可随时停滑；不受高度限制、一次到顶、施工速度快等。从已施工的北二闸室Ⅱ北18块衬砌墙滑框倒模来看，表面光洁平整、滑升速度是常规滑模的1.5倍左右，常温条件下日滑升速度可达3.0~4.0米，完全达到了预期目的，施工效果较理想，运用前景很好。单侧滑框倒模前期投入较大。注：《薄壁砼单侧滑框倒模装置》已获国家专利，专利号为ZL00232354.0。