關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩滑模設(shè)計(jì)與施工分析

趙艷杰

(本溪滿族自治縣水務(wù)和移民事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 本溪 117100)

1 工程概況

關(guān)門(mén)山水庫(kù)是一座以工農(nóng)業(yè)供水為主，兼顧養(yǎng)殖、發(fā)電、防洪等功能的水利工程，水庫(kù)下游分布有小市鎮(zhèn)及其轄屬6個(gè)村鎮(zhèn)，沿下游有小草線公路、溪田鐵路通過(guò)，共涉及9.6萬(wàn)人，耕地面積2467hm2[1]。水庫(kù)前期設(shè)計(jì)壩型為混凝土雙曲拱壩，曾于1977年8月按拱壩方案設(shè)計(jì)施工，完成了泄洪輸水洞開(kāi)挖、洞身混凝土襯砌、兩壩肩開(kāi)挖以及副壩壩基開(kāi)挖等項(xiàng)工程，后因材料供應(yīng)緊張、價(jià)格不斷上漲等原因重新比較了關(guān)門(mén)山水庫(kù)壩型，為充分利用當(dāng)?shù)夭牧现危?jīng)初步設(shè)計(jì)和調(diào)整變更，于1985年9月最終確定為混凝土面板堆石壩。

根據(jù)施工安排和堆石壩方案要求，在“三通一平”人員、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)基本就緒的情況下，開(kāi)始清理壩基為堆石壩填筑做準(zhǔn)備。1985年12月開(kāi)始施工導(dǎo)流洞，1986年4月圍堰截流成功，導(dǎo)流洞打通，同年7月大壩堆石填筑施工進(jìn)度上游側(cè)326.90m高程，下游側(cè)327.60m高程，平均高出地面2m，先后經(jīng)受兩次過(guò)流考驗(yàn)，壩面過(guò)流后經(jīng)清理繼續(xù)填筑；1988年4月大壩填筑先后達(dá)到376.0m高程，開(kāi)始澆筑上游面板混凝土，同年8月提前落閘蓄水，10月面板混凝土澆筑全部結(jié)束，12月大壩全面達(dá)到設(shè)計(jì)高程，基本建成[2]。其中，泄洪輸水洞進(jìn)口攔污柵排架、平板閘門(mén)槽、底板和出口啟閉室底板、閘門(mén)、插入墻以及進(jìn)出口啟閉機(jī)室施工先后于1986年3月-1991年8月完成，溢洪道工程開(kāi)挖與混凝土澆筑施工，穿插于大壩、泄洪輸水洞、電站等工程之間。文章以面板混凝土澆筑過(guò)程中的滑膜施工為例，重點(diǎn)分析了滑膜、鋼筋、混凝土和異性塊等施工技術(shù)，以期為今后類似工程的滑膜施工與施工提供科學(xué)的指導(dǎo)。

2 滑模設(shè)計(jì)與施工

2.1 模板設(shè)計(jì)

組裝后滑膜寬度應(yīng)符合6m與12m的施工要求，因此滑膜設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮滑膜結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸方便、拆卸簡(jiǎn)單和剛度好等要求[3]。模板應(yīng)具備抵抗縱向變形和水平位移的能力，以滿足軟基固定滑軌的要求。布置過(guò)程中滑模總體可以分為滑軌、牽引和模板系統(tǒng)3個(gè)部分，各系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和工藝技術(shù)如下。

2.1.1 模板系統(tǒng)

工作平臺(tái)、端架、懸臂梁和板梁為組成模板系統(tǒng)的主要內(nèi)容，面板混凝土澆筑的全套模板總重為5t。

1)板梁：板梁的每節(jié)長(zhǎng)度為6m，主要由∠50腹桿和[200弦桿構(gòu)成桁架結(jié)構(gòu)。為了保證兩節(jié)懸臂梁和板梁之間的牢固連接，將板梁斷面及兩端均設(shè)置相應(yīng)的螺栓孔，采用5mm后鋼板制成寬度為1.1m的板面。

2)懸臂梁：懸臂梁起到連接端架與板梁的作用，選用[200制成的空箱式結(jié)構(gòu)與一節(jié)、兩節(jié)板梁連接形成6m和12m寬的滑膜。

3)端架：端架下面設(shè)置拉桿的索引鉸座、限位輪、主輪、縱向和水平位移輪，模板系統(tǒng)中利用[200制成空箱結(jié)構(gòu)。

4)工作平臺(tái)：工作平臺(tái)具有通道運(yùn)輸、壓實(shí)磨光已滑過(guò)混凝土表面等功能作用，板梁與工作平臺(tái)之間利用Mtb螺栓連接，寬60cm后花紋板鋪設(shè)于平臺(tái)上，每節(jié)寬1.2m、長(zhǎng)6m。

2.1.2 牽引系統(tǒng)

千斤頂、千斤頂拉桿以及油壓操作柜等構(gòu)件組成了牽引系統(tǒng)，各構(gòu)件的型號(hào)以及連接方法如下：

牽引系統(tǒng)中選用YKT-36型油壓操作柜，其中液壓千斤頂?shù)男吞?hào)為GDY-35，系統(tǒng)中的60臺(tái)千斤頂則由8個(gè)油管集中操縱。以鋼絲繩高壓膠管作為液壓管路的主要材質(zhì)，其支管、主管直徑為8mm和10mm，部分支管為6mm。在液壓操作柜內(nèi)主管通過(guò)電磁換向閥與油泵、油箱連接，千斤頂、支管與主管相連組成整個(gè)液壓系統(tǒng)[4-5]。

GDY-35型液壓千斤頂?shù)淖畲笮谐虨?0mm，工作壓力為10MPa，最大起重量3.5t。這種千斤頂具備性能可靠、維修方便、重量輕和體積小等優(yōu)勢(shì)，使用過(guò)程中可以利用φ25的鋼筋穿過(guò)千斤頂?shù)闹行倪B接于模板。拉桿在“卡頭”上下交替作用下走過(guò)一個(gè)行程，由此通過(guò)千斤頂內(nèi)部的牽引作用實(shí)現(xiàn)模板的滑升。根據(jù)千斤頂?shù)娜菰S承載力、混凝土與滑模摩擦總阻力等因素合理確定千斤頂?shù)膫€(gè)數(shù)，該工程滑膜設(shè)計(jì)時(shí)牽引系統(tǒng)的千斤頂數(shù)確定為8個(gè)，選用φ25普通鋼筋作為千斤頂?shù)睦瓧U，按照兩組、每組2根的方式布置。以[100制成的三角形作為千斤頂固定架的結(jié)構(gòu)形式，頂部設(shè)有千斤頂固定鉸座而底部固定于防浪墻基礎(chǔ)部位。

2.1.3 鋼軌布置

按照混凝土的先澆塊、后澆塊將鋼軌的布置形式分為Ⅰ、Ⅱ兩種類型。從全壩面的角度，隔一塊澆一塊的先澆塊宜布置成Ⅰ類鋼軌形式；將鋼軌固定于已澆混凝土面板時(shí)，這種后澆塊宜選用Ⅱ類鋼軌布置形式[6]。

1)布置形式Ⅰ：一般條件下，選用[200制成Ⅰ類鋼軌。鋼軌的支撐點(diǎn)為間距2.5m的立柱，在混凝土墊梁的預(yù)埋件固定∠70制成的立柱。采用間距15cm、雙向φ10構(gòu)造配筋制成混凝土墊梁，利用∠50制作梁上的預(yù)埋件。工程實(shí)踐中，變截面為混凝土面板最常用的設(shè)計(jì)形式，為解決安裝時(shí)鋼軌可能出現(xiàn)偏差的問(wèn)題，將升、降裝置安設(shè)于立柱上。

2)布置形式Ⅱ：一般地，為了固定鋼軌將套筒螺栓預(yù)埋至現(xiàn)澆塊的混凝土內(nèi)，而關(guān)門(mén)山水庫(kù)滑膜鋼軌設(shè)計(jì)時(shí)，采用下部焊4根φ16鋼筋的鐵桿和預(yù)埋厚8mm的350mm×100mm的鋼板固定軌道。

2.2 滑模施工

面板滑膜施工可以有效防止施工縫的出現(xiàn)，通過(guò)一次性安裝好側(cè)模與滑升模板實(shí)現(xiàn)混凝土的連續(xù)澆筑，保證面板滑出時(shí)的平整美觀要求[7]。因此，滑膜施工可以顯著提升面板的澆筑速度。

2.2.1 滑膜

1)安裝軌道：軌道中心線利用測(cè)量放線的方法確定，將混凝土墊梁基礎(chǔ)埋設(shè)于砂漿面上，然后按照放好的中心線澆筑墊梁混凝土。若采用碾壓砂漿法固坡和壩面防滲處理，必須按照要求合理挖掘墊梁基礎(chǔ)；若采用噴混凝土法則不必挖掘墊梁基礎(chǔ)，一次性固定好滑軌預(yù)埋件即可。當(dāng)達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，在混凝土上安裝鋼軌與立柱，保持面板界面與鋼軌的上平面具有相同的變化，為保證面板平整度一次性安裝好每塊板的鋼軌[8]。

2)安裝滑模：為保證模板制作精度有必要在廠家試組裝一次，拆卸后運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)再次組裝，滑膜的現(xiàn)場(chǎng)吊裝與安裝利用1m3挖土機(jī)完成，沿滑軌從壩頂放至壩腳并完成一次試車(chē)檢驗(yàn)。

3)安裝提升系統(tǒng)：選用打坡口對(duì)焊的方式在現(xiàn)場(chǎng)焊接拉桿，為保證結(jié)合部位的光潔度利用手砂輪打平焊接部位。盡量選用長(zhǎng)度較長(zhǎng)的鋼筋制作拉桿，結(jié)合設(shè)計(jì)要求可以適當(dāng)?shù)臏p少焊口。

滑膜施工中應(yīng)用到的8個(gè)液壓千斤頂應(yīng)在長(zhǎng)內(nèi)事先選好，為保證其同步性還要作打壓試驗(yàn)。此外，通過(guò)打壓試驗(yàn)檢查供油管路和油壓操作柜的功能性能，必須保證質(zhì)量合格后方可安裝。

2.2.2 鋼筋處理

模板前打入橫、縱間距1.5m直徑為22-25mm的錨筋，控制打入砂漿的深度為35-40cm，然后人工將鋼筋輸送至倉(cāng)面并完成人工綁扎。

2.2.3 混凝土運(yùn)輸與入倉(cāng)

堆石壩左端下游50m處設(shè)置混凝土拌和場(chǎng)，將分料器安設(shè)于所要澆筑的板塊處，從拌和場(chǎng)引一條皮帶線并連接于滑槽的接料漏斗設(shè)置在分料器處。該堆石壩面板施工過(guò)程中，將長(zhǎng)200mm的兩條滑槽布置于寬12m的板塊處，斷面尺寸為350mm×220mm，為確保穩(wěn)定提升利用掛鉤連接相鄰滑槽。實(shí)踐表明，倉(cāng)面控制在6m寬時(shí)滑槽的工作性能達(dá)到最佳。

2.2.4 滑膜的提升

混凝土料的配合比在很大程度上決定了面板壩滑膜施工的速度、工程建設(shè)質(zhì)量，在前期大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上最終確定了堆石壩混凝土配合比。為了提高抗凍性、改善混凝土和易性以及減少水泥用量，混凝土拌和料中應(yīng)加入一定的引氣劑和木鈣，同時(shí)為了提升混凝土質(zhì)量及改善砂子級(jí)配，關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩澆筑時(shí)加入石粉。最終設(shè)計(jì)的混凝土各性能參數(shù)為：混凝土抗凍D250、抗?jié)BS8、強(qiáng)度25MPa，水泥型號(hào)為撫順525水泥；最大骨料粒徑40mm，石粉、引氣劑和木鈣含量25%、0.10%和0.25%，塌落度3-5cm。

關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩施工過(guò)程中，每澆筑后20-25cm混凝土就要提升一次滑膜，提升距離為30-40cm，正常施工時(shí)提升速度為每20-300min一次。由于混凝土在滑膜提升時(shí)還不具有強(qiáng)度，混凝土強(qiáng)度利用常規(guī)的貫用阻力法難以確定。因此，混凝土振搗完成后基本上可以滿足提升要求。入倉(cāng)過(guò)程中應(yīng)確保混凝土同層下料的均勻性，若出現(xiàn)不下料的情況應(yīng)攤平此層料。此外，應(yīng)配備合適的振搗器，工程中宜用小功率振搗器滿足滑膜和止附近的振搗要求。該工程選用的振搗器規(guī)格為直徑100mm、70mm兩種類型，振搗時(shí)插入混凝土的深度以不超過(guò)5cm為宜，為避免靠近模板時(shí)振搗插入滑膜下面，應(yīng)保持滑膜前混凝土與振搗器平行[9-10]。

特殊情況下停止混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)每隔30min提升1-2個(gè)形成以防治模板與混凝土的粘結(jié)。采用撓毛法對(duì)倉(cāng)面加以處理，重新澆筑時(shí)應(yīng)先鋪一層高一級(jí)或同標(biāo)號(hào)的砂漿，較正常滑升時(shí)間此部位的滑膜提升要提前。采用抹子壓平磨光滑升完的混凝土表面，遇有缺陷時(shí)應(yīng)及時(shí)加以處理。統(tǒng)計(jì)整理關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩的每塊面板滑升參數(shù)及其時(shí)間，如表1所示。

表1 面板滑升時(shí)間與進(jìn)度

2.2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩面板施工具有較快的速度，在灑水養(yǎng)護(hù)混凝土?xí)r面板已經(jīng)滑處10m以上，夏季高溫施工時(shí)混凝土表面易出現(xiàn)裂縫，為解決此問(wèn)題采用塑料布覆蓋法對(duì)混凝土加以養(yǎng)護(hù)。采用鉆孔為3mm的鋼管灑水，相鄰鉆孔間的間距為50mm，板塊寬度與管子長(zhǎng)度相同，提升過(guò)程中與模板保持同步。

2.2.6 異型塊施工

不規(guī)則形成為板塊靠近岸邊的常見(jiàn)設(shè)計(jì)形式，為了最大程度的利用滑模功能，在座塊上利用膨脹螺栓固定滑軌，然后采用相同的方法固定澆筑完成的板塊B1和B2。

3 結(jié)論與建議

采用滑膜施工可以顯著提升堆石壩面板的施工速度，采用該方法可以滿足關(guān)門(mén)山水庫(kù)各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求和施工質(zhì)量要求，主要結(jié)論如下：

1)關(guān)門(mén)山水庫(kù)堆石壩混凝土利用皮帶機(jī)運(yùn)輸，具有較強(qiáng)的運(yùn)輸能力和較好的連續(xù)性，但存在砂漿損失明顯及夏季施工易出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題，為保證混凝土質(zhì)量應(yīng)做好防嗮措施；混凝土入倉(cāng)澆筑利用滑槽運(yùn)輸取得了成功，該方法具有拌和物不離析、故障率低、操作方便和速度快等優(yōu)點(diǎn)；另外，為更好的控制6m寬倉(cāng)面需要完善滑槽，解決人工擺動(dòng)槽子需要投入大量勞動(dòng)力的問(wèn)題，工程中可以將布料機(jī)設(shè)置于入倉(cāng)處，由此保證均勻夏涼和降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

2)采用滑膜澆筑1∶1.4壩坡面板時(shí)，混凝土塌落度對(duì)滑升速度的影響較大，因此比較適宜的塌落度為4-5cm。初凝時(shí)模板與混凝土的粘結(jié)力較少，兩者接觸以摩擦力為主，且混凝土強(qiáng)度較低，因此滑升時(shí)需要的牽引力較小。1∶1.3-1∶1.4為堆石壩面板的適宜坡比，該條件下厚度較薄，混凝土澆筑的上拓力較低未發(fā)揮明顯的作用，此時(shí)主要考慮構(gòu)造要求合理設(shè)計(jì)滑模。