滑模在燕山水庫調壓井襯砌中的應用

【摘要】為了提高工作效率，降低施工成本，在河南省燕山水庫調壓井襯砌工程中，采用了滑模襯砌技術，該技術具有連續性好，進度快、無施工縫、外觀質量好，周轉材料少等優點，在實際工程施工中取得了很好的效果。

【關鍵詞】燕山水庫；滑模；應用

1、概述

燕山水庫電站調壓室位于輸水洞樁號0+253.52∽0+260.52處，形狀為圓筒形，底部與輸水洞相貫，高49.003m（底部高程89.017m，頂部高程138.02m），開挖斷面直徑11.7m，襯砌后斷面直徑10m。由于傳統的搭腳手架施工方法雖然簡單、成熟，但是施工工期長、人工費用高、安全隱患大，周轉材料用量大。經過和業主、監理溝通，針對豎井的結構特點決定采用拉升式滑模。

2、滑模的特點

滑模的特點是在澆筑過程中模板的面板緊貼混凝土面滑動，以適應混凝土連續澆筑的要求。這樣避免了立模、拆模工作，提高了模板利用率，同時省掉了接縫處理工作，使混凝土表面平整光潔，增加建筑物的整體性。傳統滑模通過圍囹和提升架與主梁連接，再由支承桿套管與支承桿相連。由千斤頂向上滑升。通過調坡絲桿調節模板傾斜坡度，通過微調絲桿調整準確定位模板，而收分拉桿和收分千斤頂則是完成模板收分的設施。

3、滑模在本工程中的應用

根據本工程特點，調壓井混凝土襯砌滑模采用液壓調平單面壓爬式，整個模體設計為鋼結構，加工的滑模體不僅要滿足強度、剛度及穩定性要求，而且要便于加工和操作。具體方案為調壓室下部10m采用泵送入倉，上部采用流管入倉。具體施工方法如下：

（1）滑模采用鋼結構設計，保證模體結構穩定性。滑模控制采用YKT-36液壓自動調平控制臺，配套選用HM-100型液壓千斤頂。

（2）砼供應采用拌和站集中供料，6m3罐車運輸，混凝土輸送至調壓井底板或滑模操作盤，通過輸送泵或溜槽分層入倉。

（3）材料、人員上下采用在井身布置的安全通道，在滑模操作盤禁止運輸人員。

（4）滑模施工中，井上下通訊利用對講機聯系。

3.1 滑模模體設計

本工程滑模模板采用定型鋼模板， 為了便于脫模，模板按一定錐度設計，上下口相差2mm。滑模體采用液壓調平單面壓爬式，整個模體設計為鋼結構，滑模裝置主要由模板、圍圈、操作盤、提升架、支撐桿液壓系統等部分組成，模板、圍圈、工作盤、提升架等構件間均為焊接連接。

模板：作為混凝土成型的模具，模板質量的好壞直接影響著脫模后混凝土的成型及表觀質量，為了保證砼的外觀質量，模板采用300×1500mm型組合鋼模板，用 63×6角鋼作筋肋，為了便于脫模，模板按一定錐度設計，上下口相差2mm。

圍圈及桁架：圍圈主要用來支撐和加固模板，使模板形成一個整體，根據參考資料及測壓力計算，圍圈采用[12槽鋼，上下各布置兩道將模板連接成鋼結構體，上道圍圈距模板上口20cm，下道圍圈距模板下口10cm。圍圈與模板的連接采用50×5mm角鋼焊接。桁架梁主筋采用80×8角鋼，主肋采用63×6角鋼，斜肋均采用50×5角鋼。

提升架：提升架是滑模與混凝土之間的聯系構件，主要用于提升滑模體，支撐模板體及滑模工作盤，夾固桁架梁，避免滑模體變形等作用。提升架通過安裝在其橫梁上的千斤頂支撐在爬桿上，整個滑升荷載通過提升架傳遞給爬桿，爬桿采用ф48×3.5m焊管。

提升架采用 “ F ” 型提升架，高3m， 其主梁采用[18 a 槽鋼，千斤頂底座為14mm鋼板，筋板為10mm鋼板。

工作盤：工作盤是滑模的主要受力構件之一，也是滑模施工的主要工作場地，工作盤各構件除滿足強度要求處，還應有足夠的剛度。工作盤支撐在提升架的主體豎桿件上，通過提升架與模板連接成一體，并對模板起著橫向支撐作用。工作盤平面設置與上圍圈上平面一致，盤面用δ50mm木板鋪平，為防止工作盤向下墜物，盤面必須鋪筑密實，并保持清潔。

輔助盤：為便于施工人員隨時檢查脫模后的混凝土質量，及時修補混凝土表面缺陷，以及及時對混凝土表面進行灑水養護，在工作盤下方2.5m處懸掛一輔助盤，輔助盤采用50×5角鋼組成，寬0.7m，用δ50mm木板鋪密實，用Φ16鋼筋懸掛于桁架梁和提升架下。

支撐桿：支撐桿（即爬桿）的下端埋在混凝土內，上端穿過液壓千斤頂的通心孔，承受整個滑模荷載，并代替一根豎向鋼筋存留在混凝土內。選用Φ48×3.5mm鋼管作為支撐桿，經過計算，其承載力及穩定性符合要求。

液壓系統：液壓系統由YKT - 36型液壓控制臺、HM - 100型液壓千斤頂、油管及其他附件組成，千斤頂沿圓周方向均勻布置，該液壓系統設置有同步器，可以保證壓力傳遞的同一性。組裝前必須檢查管路是否通暢，耐壓是否符合要求，有無漏油等現象，若有異常，及時排除。

灑水管：為使用脫模后的混凝土及時得到良好養護，在輔助盤上固定一周 50mm塑料管，在此管朝向混凝土壁面一側打若干小孔，高壓水管與此管用三通接頭相通，向此管供水，對需要養護的混凝土進行灑水養護。

3.2 滑模荷載分析計算

3.2.1 滑模結構自重

鋼結構： 18T

木板 ： 7.5m3 ×0.8=6T

G 1 =24T

3.2.2 施工荷載

工作人員 ： 20×75kg/人 =1.5T

一般工具 ： 1.0T

鋼筋及支撐桿 ： 3.5T

G 2 =1.5T+1.0T+3.5T=6T

3.2.3 滑升摩阻力

單位面積上的滑升摩阻力按200 kg計算，同時考慮附加系數 1.2

G 3 = 1.2×1.5m×32m×200kg/m 2 =12（T）

豎向荷載

G 1 + G 2 + G 3 = 24+6+12=42T

3.2.4 支撐桿（爬桿）計算

允許承載能力：P=3.14 2 EI/K（ul）2

E-支撐桿彈性模量，E=2.1×10 6 kg/cm 2

II 支撐桿的截面慣性矩，I=11.35cm 4

K-安全系數， K=2 ，Ul-計算長度，按Ul=1.20m

P=3.14 2 ×2.1×10 6 ×11.35/[2×（1.2）2 ] =8.16（T）

取支撐桿承載能力P=6T；

支撐桿數量（千斤頂數量）： n=w/cp

C-載荷不均衡系數，取C=0.8；

N=42T/0.8×6T=9（ 臺 ）

采用10T的千斤頂，取千斤頂 12 臺，可滿足要求。

3.3 滑模施工

3.3.1 施工前準備

施工前必須做好各項準備工作，其中包括混凝土泵管及溜槽布置；模體和液壓系統準備；砼倉面的清理；測量放線工作；滑模組裝調試；井內通訊、照明、動力系統準備。為滑模驗收開盤做好準備。

3.3.2 滑模制作與安裝

滑模安裝前，在調壓井井口安裝起吊天輪架和卷揚機，卷揚機頂部搭設雨棚，滑模由專業廠家加工，運至現場后利用卷揚機將模體組件吊至調壓井底板進行組裝，組裝前，先用全站儀找出調壓室的中心，以調壓室的中心作為中心進行組裝，組裝完成后，檢查滑模尺寸、縫隙是否符合要求，各個焊接點是否焊接牢固，經檢查，各項技術指標均符合水工砼模板制作安裝施工規范要求，且安全性能可靠的情況下，驗收通過后方可進行下步工序。

滑模自調壓室底部高程89.017m開始起滑，底部與隧洞兩端接頭處采用加工的木模拼接，拼接接頭縫應緊密，接頭縫采用雙面膠帶密封。

3.3.3 鋼筋綁扎

滑模施工的特點是鋼筋綁扎、混凝土澆筑、滑模滑升平行作業，連續進行。模板定位檢查完成后，即可進行鋼筋的安裝，鋼筋在加工廠制作好后，用汽車運至調壓室頂部，鋼筋運至作業面采用5T卷揚機運輸，用10cm的槽鋼加工一工作盤，工作盤底部及四周用長木板鋪設，加工好的鋼筋放入工作盤后，用卷揚機配合人工運至作業面（底部可直接從平洞運輸），起滑時的鋼筋綁扎從模板底部一直綁扎至提升架橫梁下部，之后，采用邊滑升邊綁扎鋼筋的作業方式，鋼筋綁扎超前混凝土30cm左右，每次綁扎時主筋的綁扎長度為4.5m，為減少鋼筋作業時間，主筋采用套管連接。鋼筋綁扎嚴格按照水工砼施工規范（SDJ-82）及施工圖紙要求進行，每根爬桿代替一根豎向主筋，千斤頂下爬桿同環向鋼筋焊接加固，焊接時，電焊機放置在工作盤上，綁扎環向鋼筋時，將環向鋼筋與爬桿點焊在一起，砼澆筑中，要保證至少有一層環形筋露出澆筑面。爬桿接頭在同一水平面內不超過1/4。為確保模體安全爬升，要求爬桿平整無銹皮，當千斤頂滑升至距爬桿頂端小于350mm時，應及時接長爬桿，接頭對齊焊接，焊接不平處用角磨機磨平，待千斤頂爬過爬桿接頭時，再對接頭焊接加固，焊接接頭按規定進行抽檢試驗。

3.3.4 砼澆筑

混凝土入倉方式及人員上下工作盤：調壓室下部10m采用泵送入倉，上部采用流管入倉。采用泵送入倉時，自調壓室底板搭設鋼管支撐，泵管固定在鋼管支撐上。采用流管入倉時，流管末端用繩索固定在井壁的錨筋上，混凝土罐車運輸混凝土至調壓室頂部現場，再通過溜槽送入流管入倉，流管固定在調壓室孔口上方。流管采用直徑為200mm的鋼管，為減小砼對倉面的沖擊力和離析現象，流管下部連接一定數量的錐形漏斗，且距離倉面4m左右設置緩沖器（詳見流管布置圖）。流管隨滑模體滑升而不斷拆除。

混凝土澆筑采用分層對稱澆筑，插入式振搗碎棒振搗，分層厚度不大于30cm，振搗時，振搗棒不得與支撐桿、灌漿管及滑模體接觸，滑模滑升時，禁止振搗。混凝土的滑升根據澆筑溫度適當調整，混凝土初次澆筑和模板的初次滑升，嚴格按以下六個步驟進行：先鋪筑一層砂漿，第一次澆筑10cm厚的半骨料混凝土，接著按分層厚度不大于30cm澆筑第二層，厚度達到70cm時，開始滑升3～6cm，檢查脫模混凝土凝固是否合適，第四層澆筑后滑升6cm，繼續澆筑第五層又滑升12cm～15cm，第六層澆筑后滑升20cm，若無異常現象，便可進行正常澆筑和滑升。

滑模的初次滑升要緩慢進行，并在此過程中，對液壓裝置，模板結構以及有關設施，在負載情況下，作全面檢查，發現問題及時處理，待一切正常后方可進行正常滑升。

施工轉入正常滑升時，應保持連續作業，由專人觀察脫模混凝土表面質量，以確定合適的滑升時間和滑升速度，正常日滑升3.0m左右。

混凝土澆筑前應做混凝土凝結試驗，應控制凝固時間為6～8小時。為保證混凝土順利入倉，要求混凝土和易性好，采用泵送砼配合比，坍落度控制在15cm～18cm，脫模后的混凝土面應無流淌和拉裂現象，手按有硬的感覺并能壓出1mm左右的指印，能用抹子抹光。

為減少混凝土氣泡的形成，保證混凝土外觀質量，我們采取的措施有：

（1）選擇合理級配，粗細骨料搭配適中，降低水灰比；

（2）采用二次振搗法進行振搗；

（3）模板面刷脫模劑，要求涂抹均勻但不宜涂的太多太厚。

3.5 表面修整及養護

當混凝土脫模后，立即進行表面修整，用抹子在混凝土表面作原漿壓平或修補，如表面平整亦可不做修整。

3.6 滑模模體拆除

滑模滑升至高程138.02m后，停止澆料，逐步滑空。利用卷揚機將滑模吊離進口，人工對稱拆除。

4、結束語

滑模技術的應用是我局在燕山水庫續隧洞鋼模臺車襯砌后采用的又一項新技術。豎井采用滑模技術后，日滑升3.0～5.0m左右，豎井施工工期為2007年9月5日～2007年9月20日，工期為16天，比合同工期縮短了84天，減低了施工成本，混凝土外觀質量得到了保證，取得了顯著的經濟效益，得到了業主和監理部的一致好評。