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1、 船闸薄壁衬砌墙混凝土施工工艺 摘要:针对船闸闸室衬砌墙的直立高边坡、薄壁衬砌钢筋混凝土、仓内结构复杂、工序交叉作业干扰大、工期紧且带“观瞻性”、质量要求高、施工安全隐患多等特点,在成功总结靠船墩滑模施工经验的基础上,大胆构思、科学设计、合理利用现场的地形和环境条件,成功研制并实施了“单侧分离式”液压滑模技术,工程实践证明,这种工艺具有速度快、安全性能好、混凝土密实且形体精度高等优点,同时填补了国内滑模技术的一项空白。关键词:薄壁衬砌;船闸闸室;混凝土施工;滑模技术;永久船闸;三峡水利枢纽1工程概况船闸闸室由闸墙和底板组成,在两者之间设永久结构缝。闸室钢筋混凝土薄壁墙设置在开挖的岩壁上,用以构
2、成平整的闸室墙面、隔水和布置浮式系船柱等设备、设施。结构缝面的止水、墙后排水管网和结构锚杆支护系统构成船闸结构可靠运行的“3大生命线”。每个闸室的钢筋混凝土薄壁衬砌闸墙沿轴线方向分成42段,段间设永久性结构缝,闸墙垂直分缝间距一般为12 m,分流口处为24 m。竖直方向设有23道水平结构缝。闸墙设置了安全可靠的墙后排水系统,排水管网在竖直方向为30 cm直径的半圆形预制件,间距4 m;水平方向为广水软管,间距7.5 m,用以降低墙后的渗透压力。岩石面上布置有40 mm的高强锚杆,间距21.35 m,长度812 m,外露1.52.1 m,锚杆将薄衬砌和支持岩体连成整体,联合受力。垂直和水平缝处均
3、设二道铜止水并设止水检查槽。闸墙设内、外双层钢筋,迎水面钢筋保护层为10 cm;浮式系船柱设置在单号块内,每闸室共22个;另外每个闸室设有爬梯槽10个(断面60 cm60 cm)。2方案选择2.1工程特点(1)质量要求高。要求闸墙衬砌混凝土必须“内实外光”,设计允许垂直度误差为0.1%。(2)施工安全条件差。衬砌墙后为高度约60 m的垂直高边坡,多工种立体交叉作业,干扰大,施工安全问题比较突出。(3)工期紧、投入大,闸室边墙混凝土施工工期仅24个月。(4)施工难度大、工序繁杂、交叉作业。仓面狭窄,且布置有高强锚杆,混凝土浇筑前要进行岩面打毛清洗、钢筋绑扎、设置墙后排水管网、分缝模板和止水、止水
4、检查槽、浮式系船柱、爬梯槽等作业。(5)直立墙体薄,仓面成长条形,混凝土入仓十分困难。2.2方案比选模板形式主要考虑了多卡模板和滑模两大方案。(1)按照常规工法采用多卡模板是比较正常的,但从解决入仓手段方面考虑,不易找到最理想的解决办法。对在卧罐上设转角可调简易溜槽、在多卡模板上设临时溜槽、My-box、胎带机、外搭设脚手架设溜槽配合门机吊卧罐作业等各种手段进行分析,混凝土入仓作业均存在一定的弊端,且不安全,又很难保证工期。(2)滑模工艺施工技术在水电行业已有几十年的历史,型式也是多种多样,但薄壁衬砌墙单侧滑模还没有先例和经验供直接参考。针对闸室的特点,对滑模方案考虑了两侧对称同时滑升、单侧整
5、体式滑升和单侧分离式滑升方案。对称滑升的缺点是,因闸室底板上的门机不能全线通行而难以保证覆盖长距离全部浇筑仓位,且准备工作量大,一旦一侧有问题将造成两侧全部停仓。单侧整体滑升的弊端是混凝土下料时的冲击力易造成模体变形移位。经过比较,认为采用单侧分离式液压滑模的工艺更为有利,需要解决的难点问题是控制模体侧向变形,即能承受混凝土向外的侧压力保证无向外变形,也不许内倾。从施工特点、现场条件、充分保证衬砌墙施工质量和满足进度等方面综合考虑,决定研制并采用单侧分离式滑模施工。2.3单侧分离式滑模施工特点采用“单侧分离式”液压滑模施工,结构分缝间块号的各种工序的准备工作可一次性完成,模体通过液压提升系统不
6、断向上提升,混凝土浇筑工作可连续进行,还可根据需要,多块号同时准备,采用交叉流水作业施工,以提高施工效率。混凝土可通过下料平台系统的多个下料斗接溜槽入仓。3.1总体方案设计单侧滑模施工方案的混凝土垂直运输是利用闸室底板上的门机吊卧罐经下料斗、分溜槽直接入仓,考虑到施工工期紧,需准备多套滑模机具。3.2结构设计滑模模体系统与下料平台系统采用隔离布置。其中滑模模体系统由模体、内外两排支撑导轨、液压控制柜、千斤顶及下吊脚手架抹面平台组成。支撑导轨系利用岩面的高强锚杆和下部混凝土表面预埋的套筒螺栓联合拉紧固定;模体由面板、围檩和各种连接件构成。下料平台系统由上平台、下平台和交通梯组成,均用普通钢管脚手
7、架搭设而成,并在四周设栏杆挂设安全网;上平台布置有集料斗,下平台存放分溜槽、液压操作系统、油泵管路、小型设备材料,并可作为工作人员工作休息的场所。4工序配合4.1各工序施工要点(1)搭设临时脚手架。挂安全网且和墙体锚筋固定。(2)岩石面处理。包括危石及松动岩石清撬,高压冲洗和光面岩石人工凿毛。(3)排水管网安装。垂直排水管采用预制混凝土管,要求垂直度达到1/1 000,在岩石缺陷部位,采用钢筋网、铁丝网外加土工布或用砌砖的办法补缺;水平排水管采用20 cm直径马来西亚广水软式透水管,外加2层土工布;排水管网设专人维护,用通水的办法随时检查畅通情况。(4)分缝模板及止水。要求模板误差在-5 mm
8、以内,用定型钢模板和散拼木板拼装,用定型钢支架采用内外拉撑的办法固定;止水安设后要采取措施防止它在浇筑时发生变形。(5)钢筋安装。墙后钢筋一次性安装到顶,接头采用手工电弧焊接;表层钢筋则随着模体滑升连接,接头采用钢筋镦粗直螺纹连接工艺。(6)锚杆施工。用套筒冷挤压连接工艺接长,安装锚垫板,清除水锈和水泥浆。(7)冷却水管安装。在高温季节施工的闸室薄壁衬砌墙中需埋设冷却水管,采用外径为32 mm,壁厚3.3 mm的白色塑料管,靠背水面固定于墙背钢筋网上。(8)渗水处理。对施工过程中发现的岩石面渗水点,采取打深50cm孔径50 mm的排水孔,并设引管将渗水引到排水管网内。(9)浮式系船柱安装。安装
9、精度要求控制在总高度的1/2 000以内,且绝对误差小于25 mm。浮式系船柱部位的滑模与整个模体为一个整体,同步滑升。(10)抹面压光。混凝土脱模后及时原浆压光,反复56道,直至混凝土表面光滑平整。(11)流水养护。在模体底部的吊脚手架平台上设置养护水管(钻小孔,随同模体滑升),常流水养护的时间超过混凝土龄期。NextPage(12)冬季保温。冬季对已浇筑的衬砌墙混凝土表面采用3.0 cm厚的EPE保温被进行保温,保温材料用压条和膨胀螺栓固定。4.2工序组织协调在施工过程中设专人负责各工序间的协调工作,最大限度地减少工序间的时间损失,以体现滑模施工的进度优势。5混凝土及模板滑升5.1混凝土采
10、用“98.7”拌和楼商品混凝土,其配合比如表1所示。5.2水平运输采用15 t自卸车运输,车辆上设遮阳防雨棚,并尽量减少混凝土的等待入仓时间。5.3垂直入仓利用门机吊卧罐将混凝土直接卸入集料斗入仓。要求仓内均匀对称下料,在出口处设挡板或橡胶皮缓冲,防止混凝土分离。5.4平仓振捣每仓位配置3台100型振捣器和2台50型软轴振捣器,由5人用铁锹和耙子进行平仓,遇止水、温度计、墙后排水管网部位用软轴振捣器将混凝土振捣密实,做到边浇边振捣,防止混凝土料堆积过高。5.5模板滑升(1)初滑。第一仓需要控制浇筑的速度,不可一次性将模内的混凝土浇筑完,同样需要分层浇筑,且保持间隔一定时间。当用手指按混凝土有指
11、印且无砂浆沾手时,则可以滑升模板。(2)正常滑升。一般以30 cm为一个行程,要求随时清理内模上的混凝土,以防结块。如因特殊原因来料慢时,则要求中间滑升一个行程,保持千斤顶水平和同步。(3)结束滑升。浇筑到设计高程的提升和脱模十分关键,有关施工人员必须在位,保证模体的垂直上升,并且要求全部脱模,杜绝整体模板强行水平向外脱模。(4)滑升操作程序。松动所有紧固件,检查油路,统一指挥,按照标识线进行滑升。5.6滑升速度滑模的滑升速度与气侯、混凝土的性能指标及入仓强度有关,一般每天滑升3.0 m左右,低温季节每天滑升2.0 m左右。5.7精度控制(1)垂直度检查。设置3个25 kg重的吊锤,每滑升一个
12、行程检查1次,记录误差数据并及时调整;利用测量仪器每天早晚两次对模板进行校核并及时调整,保证其垂直度达到精度要求;在模体顶面拉线检查直线度。表1R28250S8D150混凝土配合比及材料用量(2)混凝土配合比。控制坍落度46 cm,夏季控制1012h达0.5 MPa,采用三级配。(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40 cm。(4)初滑。单侧滑框倒模安装及调试完成,验收开仓后, 2m高模板分5层浇筑到顶。待第1层超过1012 h后,将模板与滑道之间的连接全部解除,开始滑升12个行程(1个行程3cm左右),检
13、查滑具是否正常。第1次滑升50 cm,将第1层模板拆除。检查混凝土表面强度是否达到脱模要求。(5)正常滑升。开始正常浇筑后,混凝土浇筑按如下程序循环:浇筑40 cm滑框40 cm倒模板40 cm。采用单侧滑框倒模施工,滑升速度快,一般夏季每天可达34 m。3.3浮式系船柱及爬梯槽部位施工(1)浮式系船柱部位另用3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120 cm。浮式系船柱的滑模与整体滑框倒模相结合,互不影响。(2)爬梯槽部位与立面模板组成整体滑框倒模系统。4质量控制4.1混凝土质量控制闸室衬砌墙混凝土浇筑的仓位小且钢筋密集,下料比较困难,混凝土采用三级配,在原材料
14、、拌制、运输、振捣、养护等施工过程中严格按照施工规范作业。在混凝土施工的过程中,一方面要满足拆模时混凝土表面强度要求;另一方面又要保证浇筑层面混凝土不初凝。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0.5 MPa以上。当最低一层混凝土浇筑后1012 h,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。4.2墙体垂直度的检测控制支承架靠衬砌墙部位的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1次,如有偏差可人工进
15、行调整。4.3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0.4 cm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4个角及中间立柱的水位刻度,当累计误差超过35 cm时就进行一次调平。4.4纠偏对在滑升过程中衬砌墙面和滑升平台出现的偏差,需要及时进行纠偏,纠偏的方法如下:导轨调整松紧导轨调节衬砌墙的垂直度;液压系统调整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:应勤检查各千斤顶的高差,确保操作平台均稳滑升;提升前要严格检查并解除模板与周围物体及滑道上的所有联系;严格控制平台上的荷载量;标准块中保证4根导轨
