抽水蓄能電站進(jìn)(出)水口工程水下大型模板施工技術(shù)

何金星

(中國水利水電第六工程局有限公司，沈陽 110167)

1 概述

黑龍江荒溝抽水蓄能電站下水庫進(jìn)(出)水口工程[1]，位于黑龍江省牡丹江市海林市三道河子鄉(xiāng)，下水庫為已建的蓮花水電站水庫。站址距牡丹江市為145 km(公路里程)，距蓮花壩址為43 km(公路里程)。下水庫進(jìn)/出水口洪水標(biāo)準(zhǔn)與蓮花水庫相同，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為可能最大洪水。下水庫進(jìn)/出水口處的死水位為203.00 m，正常蓄水位為218.00 m，設(shè)計洪水位為221.20 m，校核洪水位為225.90 m。

由于設(shè)計要求水下部分混凝土抗凍等級為F350，采用常規(guī)散拼鋼模板組裝成整體支模后[2]，還需進(jìn)行拆除，工作量極大，且本地區(qū)處于嚴(yán)寒地區(qū)，水下混凝土[3-7]長期暴露在水環(huán)境中，運行時間過長后容易對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷，后期缺陷處理不僅增加資源投入，施工速度也較為緩慢。根據(jù)水下混凝土施工特點，選擇采用大面積鋼面板和型鋼龍骨組合，每倉混凝土澆筑完成，只將型鋼龍骨拆除，鋼面板保留在混凝土結(jié)構(gòu)面上，增加水下混凝土使用壽命。

2 閘門井模板設(shè)計和安裝

2.1 模板設(shè)計[8-13]

閘門井混凝土澆筑施工主要采用拼裝式模板，閘門井模板分外模板、內(nèi)模板、通氣孔模板3大部分。模板可在陸地根據(jù)結(jié)構(gòu)物的外形輪廓進(jìn)行拼裝，之后整體吊放入水，調(diào)整、定位、固定(見圖1)。

圖1 閘門井模板陸上試拼裝示意

鋼作為次梁。模板安裝完畢后，鋼面板保留，主次梁須拆除重復(fù)利用。

外模板與內(nèi)模板之間需使用Φ20拉桿進(jìn)行對拉，以抵抗混凝土的側(cè)壓力，拉桿穿過主梁及鋼板后，通過內(nèi)外兩個螺母進(jìn)行固定，使拉桿起到撐拉的作用(見圖2)。

圖2 模板起吊安裝示意

2.2 水下放樣和模板安裝

1) 基準(zhǔn)點設(shè)置

根據(jù)下部已完成結(jié)構(gòu)的尺寸，在門槽內(nèi)部已完成部分的頂部設(shè)立后續(xù)工程的位置、高程基準(zhǔn)點。架立模板時，均要以此為基準(zhǔn)控制模板的位置和高程，因此必須注意施工過程中不能碰撞基準(zhǔn)測點，以免發(fā)生偏移。

2) 水下模板固定裝置

水下混凝土施工對結(jié)構(gòu)的高程和垂直度的精度提出了較高要求；在水下進(jìn)行模板安裝過程中水域環(huán)境復(fù)雜、施工難度大、自然條件多變，不確定因素較多，特別是架立模板時如采用常規(guī)模板安裝的工藝，很難滿足續(xù)建建筑物澆筑的垂直度，容易導(dǎo)致混凝土澆筑質(zhì)量差別較大。

為解決水下架立模板時存在的問題，設(shè)計制作了一種水下模板安裝時的固定裝置，能方便準(zhǔn)確地控制水下模板的位置和垂直度，防止架立模板時發(fā)生偏移，大幅度提高水下模板安裝時的效率和精準(zhǔn)度，而且安裝、拆除方便，可以多次重復(fù)使用。由角鋼三角架1、帶孔鋼板2、螺桿3、螺母4和混凝土結(jié)構(gòu)5構(gòu)成，其中：用三角支架1下部與連接板2焊接在一起形成整體，螺桿3錨入已建混凝土結(jié)構(gòu)5中，連接板2套入在螺桿3上，螺母4旋入螺桿3上鎖緊將本裝置予以固定。其中：三角支架1采用L50×5等邊角鋼焊接制作而成，連接板2采用δ=3 mm厚鋼板制作，螺桿3和螺母4采用M18～22的標(biāo)準(zhǔn)螺桿、螺母制作。確定下部已完成混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸和高程后，架立模板前在已完成結(jié)構(gòu)的頂部位置四周鉆螺栓孔，將螺桿3錨入已建混凝土結(jié)構(gòu)5中，三角支架1+連接板2套入在螺桿3上，再將螺母4旋入螺桿3上，使本固定裝置用三角支架1固定模板的位置、高程和垂直度(見圖3)。

圖3 水下模板安裝時的固定裝置示意

在已建結(jié)構(gòu)和模體上端固定裝置托起并固定模板底部；用重垂線法控制門槽內(nèi)、外側(cè)模板的位置及垂直度，利用內(nèi)模板和混凝土的設(shè)計厚度，確定外模板的位置，利用吊線墜方法，控制其垂直度。澆筑完成可以很方便地拆除本裝置。

3) 內(nèi)側(cè)模板安裝

水下安裝前，需先將原施工遺留的鋼筋進(jìn)行調(diào)直收攏。首先安裝內(nèi)側(cè)模板。模板鋼面板及主次梁骨架連接成整體；一節(jié)內(nèi)模板集成整體后總重量為3.85 t，使用吊機吊放安裝。

采用重錘線方法，依據(jù)基準(zhǔn)點在已澆筑混凝土頂面上做出模板下端位置控制點；依據(jù)位置控制點將模板下端的位置調(diào)好，將模板底部放在三角架上，并臨時固定。再從模板上端的測塊上吊放重錘，與下端的測塊校對，保證模板整體的垂直度，并再次核對模板的位置。將模板的位置、垂直度調(diào)好后，將模板與預(yù)留的鋼筋接頭焊接，并通過內(nèi)部支撐將內(nèi)模板臨時固定。

4) 外側(cè)模板安裝

內(nèi)模板安裝完成，開始水下分塊安裝外側(cè)模板。采用相同的方式將外模板的下部放在三角架上，調(diào)整好垂直度，將外側(cè)模板臨時固定。相鄰模板之間采用連接螺栓進(jìn)行連接。

5) 對拉螺栓安裝

模板固定完成后，整體下放鋼筋網(wǎng)，并在模板內(nèi)進(jìn)行鋼筋施工。為了保證鋼筋網(wǎng)順利下放，可局部拆除影響鋼筋網(wǎng)下放的模板支撐。待鋼筋施工完成，再對模板支撐進(jìn)行恢復(fù)。

內(nèi)外模板之間采用對拉螺栓進(jìn)行固定，設(shè)置上、下2層對拉螺栓，以抵抗混凝土的側(cè)壓力。對拉螺栓安裝需在鋼筋安裝完成之后進(jìn)行。

6) 閘門井兩側(cè)模板固定

在已建結(jié)構(gòu)和每倉模板上端固定三角架托起并固定模板的底部，此方法能保證模板的高程和垂直度，但無法避免水下暗流或洪峰沖擊壓力大導(dǎo)致模板發(fā)生偏移的情況，容易導(dǎo)致水下混凝土澆筑質(zhì)量達(dá)不到規(guī)范和設(shè)計要求；模板發(fā)生偏移后不僅需要二次或多次恢復(fù)模板，每次恢復(fù)后必須對模板位置高程、垂直度進(jìn)行重新測量，水下架立模板工序時間延長并占用混凝土澆筑直線工期。

為解決水下環(huán)境對模板的壓力產(chǎn)生的偏移問題，采用在閘門井兩側(cè)明渠頂部結(jié)構(gòu)面安裝固定裝置，模板與固定裝置之間兩側(cè)設(shè)鋼絲繩，固定在兩側(cè)預(yù)制的錨板上。具體措施：水下閘門井兩側(cè)模板的固定裝置由化學(xué)藥管1、螺栓柱2、底座3、螺母4、墊圈5、拉環(huán)6和已建結(jié)構(gòu)混凝土7構(gòu)成，其中：潛水員采用水下沖擊鉆在閘門井下方兩側(cè)已完成的結(jié)構(gòu)物指定位置鉆孔，化學(xué)藥管1插入已建結(jié)構(gòu)混凝土7鉆孔內(nèi)，螺栓柱2錨入已裝入化學(xué)藥管1的孔內(nèi)，螺栓柱2與底座3連接在一起，拉環(huán)6與底座3焊接形成整體，墊圈5套在螺栓柱2上，將螺母4旋入并扭緊在螺栓柱2上。其中：化學(xué)藥管1采用乙烯基樹脂、石英顆粒、固化劑、玻璃管組成，螺栓柱2和螺母4采用M16 mm×110 mm倒錐形化學(xué)錨栓制作，底座3采用δ=10 mm厚鋼板制作，墊圈5采用M16標(biāo)準(zhǔn)平墊圈，拉環(huán)6采用C25鋼筋制作，本裝置安裝完成后用鋼絲繩連接拉環(huán)6和模板，通過調(diào)整鋼絲繩上的手拉葫蘆，調(diào)整模板支立角度保證模板整體的穩(wěn)定，模板內(nèi)部設(shè)置斜撐和對拉拉條，使本固定裝置對水下閘門井兩側(cè)模板起到整體穩(wěn)定的作用(見圖4)。

圖4 水下閘門井兩側(cè)模板的固定裝置

3 攔污柵墩模板設(shè)計和安裝

3.1 模板設(shè)計與制作[8-13]

攔污柵墩混凝土澆筑施工主要采用整體式模板，為了減少水下施工作業(yè)量和保證模板精度，在陸地模板根據(jù)結(jié)構(gòu)物的外形輪廓制作并拼裝，埋件精確固定在模板上，之后整體吊放入水，調(diào)整、定位、固定。

荒溝電站攔污柵墩除中間1.8 m寬的6個外，另有2個2 m寬邊墩，2個1.3 m寬中墩(2個中墩可視為1個寬2.6 m的攔污柵墩)，墩間設(shè)連系梁。水下需澆筑高度按照7 m設(shè)計，攔污柵墩模板1層3.5 m，分節(jié)澆筑，模板分為無連系梁和有連系梁2節(jié)。單層模板整體自重約6～7 t。

每節(jié)模板除柵槽模板采用18 mm厚鋼板作為面板外，其余模板均采用5 mm鋼板。模板均采用[16a槽鋼作為主梁，[10槽鋼作為次梁。

3.2 整體模板拼裝

攔污柵墩模板安裝與其他建筑物不同，為了提高施工效率，該部位的模板在陸上按照攔污柵墩的外部輪廓提前拼裝成整體，每節(jié)攔污柵高度為3.5 m，拼裝后的整體重量約為6～7 t。為了減小模板在水中的重量，通過浮箱在水中實現(xiàn)浮運。

由于現(xiàn)場起吊能力有限，攔污柵模板每節(jié)自重為6～7 t，模板的水下浮運需采用浮箱減小模板在水中的自重。攔污柵墩分為邊墩、1.8 m寬中墩、2.6 m寬中墩3種形式，邊墩由于屬于不對稱結(jié)構(gòu)，故浮箱需加工2種；2種中墩浮箱共用一種；因此，共有3種浮箱。

浮箱和模板在陸上岸邊安裝成一體之后，整體吊放下水。盡量避免在水中進(jìn)行安裝。

各個浮箱在充水艙預(yù)留的充水閥和出氣閥，可現(xiàn)場根據(jù)現(xiàn)場充排水的能力確定該閥門的大小。

3.3 整體模板水下安裝

1) 基準(zhǔn)點設(shè)置

依據(jù)設(shè)置在已完成結(jié)構(gòu)上的位置基準(zhǔn)點和高程基準(zhǔn)點，使用倒垂線法控制其位置和高程；使用固定在下部已澆筑混凝土上的三腳架托起并固定模板的底部。

2) 攔污柵墩模板安裝

陸上整體拼裝攔污柵墩模板，由作業(yè)船將整體模板浮運至安裝地點，并用方駁上的吊機整體吊裝。為了保證攔污柵墩整體模板的剛度，防止模板發(fā)生變形，在模板頂部和底部各用[18a槽鋼設(shè)置一圈加固卡箍，將各模板塊牢牢箍住。加固環(huán)與模板外側(cè)主梁、主梁與模板之間均用螺栓連接。混凝土澆筑完畢后，需拆除主梁卡箍，保留鋼模板。

水下安裝前，需先將原施工遺留的鋼筋進(jìn)行調(diào)直收攏，再通過吊機將模板整體套在已澆筑的攔污柵墩截面上。安裝方法用倒垂線的方法，依據(jù)基準(zhǔn)點在已澆筑混凝土的頂面上做出模板下端的位置控制點；依據(jù)位置控制點將模板下端的位置調(diào)好，將模板下端放在三角架上，并臨時固定。再從模板上端的測塊上吊放重錘，與下端的測塊校對，保證模板整體的垂直度，并再次核對模板的位置。模板的位置、垂直度調(diào)好后，將模板臨時固定。

3) 對拉螺栓安裝

攔污柵墩模板采用對拉螺栓進(jìn)行固定，設(shè)置上、中、下3層對拉螺栓，以抵抗混凝土的側(cè)壓力。對拉螺栓安裝需在鋼筋施工完成后進(jìn)行。

4) 連系梁模板安裝

相鄰兩個攔污柵墩模板安裝固定完成之后，進(jìn)行連系梁模板的安裝。將U型連系梁模板連同連系梁鋼筋、底部支架一起，整體吊放至攔污柵墩模板預(yù)留的對接槽口處，并用連接螺栓與對接槽口固定。底部支撐直接坐落在下方已澆筑的連系梁混凝土上，對底部模板起到了支撐和加固作用。為了防止側(cè)板在澆筑過程中發(fā)生變形，在連系梁模板頂部每間隔1 m設(shè)置1道卡箍。

4 模板縫快速堵漏

水下混凝土澆筑前，采用SXM快速封堵劑，對模板縫進(jìn)行堵漏。

第1層混凝土澆筑結(jié)束，將第1層模板上錨固的測塊拆除，以免影響第2層模板定位時垂線的下放。將第2層模板與第1層對接牢固，依據(jù)基準(zhǔn)測點做出第2層模板的位置控制點，然后在第2層模板上端放下重錘，使其對準(zhǔn)模板下端的控制點，保證其水平位置及垂直度滿足要求。按照相同的方法繼續(xù)向上立模澆筑，每層立模時均要與下一層的模板對接平整，逐步控制其定位，所采取措施共同作用、相互校核，保證了門槽續(xù)建部分的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸等均符合設(shè)計要求。

5 結(jié)語

通過改變傳統(tǒng)模板拼裝方法，形成了水下整體式模板、拼裝式模板施工技術(shù)，并在黑龍江抽水蓄能電站水下進(jìn)(出)水口工程中成功應(yīng)用，提高了工作效率，降低了施工成本，滿足了模板安裝精度控制要求，增加水下混凝土使用壽命，可為類似工程借鑒。