耿楼水闸闸墩滑模施工技术

耿楼水闸闸墩滑模施工技术耿楼水闸闸墩滑模施工技术 吕海森吕海森 赵国民赵国民 祁文湖祁文湖 摘摘 要要 滑模施工方法已经在水利水电工程中广泛应用 特别是在体形呈对称结构 高 度在 10m 以上的建筑物中 如水闸闸墩 水电站进出水口及竖井等建筑物 滑模施工具有 施工速度快 质量好 成本低等优点 本文结合耿楼水闸闸墩滑模的施工 分别从滑模模 体的设计 荷载计算 施工工艺 混凝土浇筑及质量控制等方面介绍了滑模施工的一般方 法 并阐述了针对闸墩线性长度较长的特点所采取的温控和防裂措施 关键词关键词 闸墩 滑模 膨胀带 防裂 1 1 工程概况工程概况 沙颍河近期治理工程耿楼枢纽工程位于安徽省太和县境内 枢纽结合河道裁弯取 直平地建闸 由船闸和节制闸两部分组成 其中 节制闸位于枢纽的右侧 是枢纽的 主要挡水建筑物 水闸按照 20 年一遇洪水设计 闸室采用闸墩分缝三孔一联的双层框 架式结构 四联 12 孔 每孔净宽 7 50m 缝墩之间设置进水空腔 空腔净宽 22cm 闸 室顺水流方向长 24 00m 闸室总宽度 110 06m 底板顶高程 21 00m 中隔板顶高程 30 00m 厚 1 0m 顶板顶高程 39 50m 厚 0 9m 中墩厚 1 3m 缝墩 边墩厚度均为 1 2m 工作闸门为平面钢闸门 卷扬式启闭机启闭 闸室上 下游设检修门槽 检修 闸门为叠梁式平面钢闸门 12 孔共用两扇 电动葫芦配自动抓梁启闭 闸顶上游侧布 置有检修平台 检修平台高程 39 50m 下游侧布置公路桥 桥顶高程 39 65m 工作门 启闭机房为排架结构 启闭机平台高程 55 50m 2 2 闸墩施工方案闸墩施工方案 按照常规的施工方法 水闸 16 个闸墩如果采用散模施工 那么需要投入的脚手架 将达到 400t 投入的模板面积在 8000m2以上 而且还需要专门制作和加工墩头圆弧异 形模板至少 12 套 施工工期至少需要三个月 另一方面 缝墩间进水空腔宽度只有 22cm 常规的施工方法很难解决其模板的组装和拆除问题 为了确保工程进度 并有效解决缝墩间进水空腔的施工难题 通过技术论证和比 较 闸墩采用了滑模进行施工 考虑到滑模施工特点 将每联闸室闸墩分为两组进行整体施工 即每组施工结构 体由一个边墩 缝墩 和一个中墩组成 并制作和组装两套滑模体及设备 具体如图 1 所示 由于闸室中隔板布置在高程 EL 29 00 30 00m 位置 为满足滑模施工的连续性 审稿 王开义 闸墩滑模施工至高程 EL29 00m 时 采用预留插筋和板窝的施工方式 板窝深度为 15cm 板窝采用 快易收口网 进行免凿毛软处理 中隔板的预留插筋穿过 快易收 口网 并断开 并将预留钢筋折 90 弯并紧贴网壁放置 且其伸出长度不超过滑模面 板 当闸墩滑模体运行至 EL30 00m 高程后可同步对中隔板进行施工 1联闸室2联闸室3联闸室4联闸室 24000 750075007500750075007500750075007500750075007500 进水空腔 宽22cm 水流方向 水流方向 110060 图图 1 1 节制闸闸墩滑模施工总平面图节制闸闸墩滑模施工总平面图 单位 单位 m mm m 3 3 闸墩滑模模体设计闸墩滑模模体设计 节制闸闸墩滑模采用 100 100cm 的矩形桁架梁作为模板的围囹 桁架梁主梁采用 80 8 角钢 腹杆采用 63 6 角钢 除墩头圆弧模板采用 4 75mm 钢板外 其 余部位模板均采用 P3015 组合钢模板 钢模板由专业模板生产厂家按照设计要求进行 加工 模板间采用螺栓连接 滑模体提升架采用 开 字型和 F 型两种 开 字 型提升架立腿为 18 槽钢 高度为 4 0m 中部横梁采用 2 14 槽钢 上部横梁采用 18 槽钢 F 型提升架主梁采用 18 槽钢 高度为 1 8m 提升架结构详见图 2 提升动 力采用 10t 穿心式千斤顶 千斤顶及滑模体施工组组装平面布置详见图 3 图图 2 2 提升架结构图提升架结构图 单位 mm a 先浇筑缝墩滑模施工组模体组装图先浇筑缝墩滑模施工组模体组装图 b 后浇筑缝墩滑模施工组模体组装图后浇筑缝墩滑模施工组模体组装图 图图 3 3 滑模施工组模体组装图滑模施工组模体组装图 单位 mm 支承杆 俗称爬杆 采用 48 3 5mm 钢管 由于爬杆占用一根竖向钢筋的位置 在施工中每一根爬杆可代替相应位置一根竖筋 为了便于混凝土脱模后进行混凝土养 护及缺陷修补 在桁架梁下端吊挂一辅助平台 平台采用 50 5 角钢 辅助平台 80cm 宽 铺 5cm 厚的马道板 并采用 16 钢筋每隔 1 5m 悬挂在桁架梁上 外侧焊接 围栏并挂设安全防护网 以确保作业人员的安全 4 4 滑模装置千斤顶数量计算滑模装置千斤顶数量计算 4 1 竖向荷载计算 4 1 1 滑模结构自重 钢结构 40000kg 马道板 15000kg kgG55000 1 4 1 2 施工荷载 工作人员 40 人 75kg 人 3000kg 一般工具 9500kg 考虑 2 倍的动力系数及 1 3 倍的不均匀系数 则施工荷载为 kgG325003 12 95003000 2 4 1 3 滑升摩擦阻力 kgfSG526505 1250 4 140 3 式中 单位面积滑升摩擦阻力 滑升模板单位面积上的滑升摩擦阻力一般f 为 150 300kg m2 本工程按 250kg m2计算 并需考虑附加系数 取 1 5 模板与混凝土面的接触面积 滑模高度为 1 5m 内空 20cm 即模板S 与混凝土的接触高度为 1 3m 单个闸墩截面周长为 54m 则每个滑模施工组模板与混 凝土面的接触面积为S 140 4m2 4 1 4 竖向总荷载 kgGGGG140150 321 4 2 支撑杆 千斤顶 数量计算 4 2 1 支撑杆承载能力 采用 48 3 5 钢管 对称布置 则支撑杆的允许承载能力为 kg Kul EI P 9 10073 1082 35 11101 214 3 14 3 2 62 2 2 式中 支撑杆的弹性模量 E 26 101 2cmkgE 支撑杆的截面惯性矩 I 4 35 11cmI 安全系数 取K2 K 支撑杆脱空长度 从混凝土表面至千斤顶底座距离 按照 F 提ul 升架高度的 0 6 倍计算 即ul 0 6 1 8m 1 08m 108cm 计 支撑杆的承载能力为 kg P 5037 2 4 2 2 千斤顶受力计算 采用 10t 千斤顶 对称布置 则千斤顶承载能力为 式中 千斤顶允许承载能力kg P 5000210000 2 0 0 P 4 2 3 支撑杆的数量 千斤顶的数量 由于 所以 支撑杆数量 千斤顶的数量 应按照千斤顶的承载能力来 22 0 PP 计算 则 根 35 50008 0 140150 cp w n 式中 w 支撑杆所需承担的总荷载 kgGw140150 p 支撑杆承载能力 按照千斤顶承载力计算 p 5000kg c 载荷不均衡系数 取 0 8 根据闸墩结构特征选用千斤顶 36 台 支撑杆 36 根 可满足提升能力要求 即每 组施工滑模体布置 F 提升架 4 个 开 字提升架 16 个 其布置方式详见图 3 5 5 主要施工方法主要施工方法 5 1 模体制作 闸墩滑模施工组模体主桁架和提升架按设计在施工现场提前进行加工 现场加工 两套滑模施工体的时间大约为两周 5 2 测量定位 滑模模体组装前 先采用全站仪测量定位闸墩的体形结构边线 并在底板上弹墨 线 特别是闸墩的拐点位置 如闸门槽 墩头圆弧部位要有明确的控制点 以方便模 体的组装和校正 5 3 模体安装 当闸室底板混凝土施工完成后 即可进行滑模体的组装 在模体组装之前 在闸 墩外侧同一水平面上用 32 钢筋焊接一个宽度不小于 1 2m 支承平台 平台距离地面 高度为 35cm 桁架梁利用起吊设备将桁架梁按照编号放在已安装好的支承平台上 准 确对中 找平 并依次安装模板 提升架及千斤顶 滑模体组装的控制精度具体详见 表 1 5 4 钢筋绑扎 钢筋先在加工厂进行制作好 滑模施工中 钢筋采用边滑升边绑扎的平行作业方 式 钢筋的绑扎始终超前混凝土 30cm 左右 为保证滑升速度 闸墩竖向钢筋采用直螺 纹套筒联接 水平筋采用搭接焊 5 5 埋件安装 闸墩埋件安装主要有接地扁钢 垂直铜止水以及沥青井等 接地扁钢施工 接地扁钢按照设计图纸上引至设计高程 扁钢搭接焊长度不应小 于其 2 倍宽度 并至少进行三面焊 垂直铜止水施工 缝墩和边墩设置有垂直铜止水 先浇筑闸墩铜止水采用固定在 滑模体上的钢管夹进行定位和固定 铜片止水采用现场双面搭接焊 搭接长度不小于 2cm 焊缝应均匀饱满 无漏焊脱焊 表表 1 1 滑模体组装的允许偏差滑模体组装的允许偏差 序号内 容允 许 偏 差 mm 1主梁中线2 2连接梁 横梁中线5 3模板装置中线与结构物中线3 4提升架的垂直度 2 5上口 2 6 模板尺寸 下口 2 7千斤顶位置5 8千斤顶横梁标高5mm 9相邻模板的平整度 2mm 10操作平台水平度10mm 沥青井施工 闸墩在后浇缝墩垂直止水位置设置沥青井 为了便于施工和加固 沥青井采用 1 2mm 厚的钢板加工制作而成 单节长度不超过 80cm 模体提升前首先安 装沥青井 并按照要求分节向井内灌注沥青 5 6 混凝土浇筑 闸墩混凝土主要采用二级配 C25W4F50 泵送混凝土 闸墩膨胀带部位采用二级配 C25W4F50 常态混凝土 混凝土水平运输采用罐车 混凝土垂直运输采用 2 台混凝土泵 送至工作盘上的上料平台 上料平台两侧分别搭设主溜槽至闸墩上方 并在闸墩正上 方搭设分支溜槽入仓 膨胀带混凝土采用塔吊和吊罐入仓 为了保证混凝土顺利入仓 要求混凝土要有良好的和易性 混凝土应分层 平起 对称入仓 各层浇筑的间隔时间不得超过允许间隔时间 微膨胀带部位先于俩侧泵送混凝土入仓 同时进行振捣 振捣混凝土时 不得将振捣 器触及及支承杆 预埋件 钢筋和模板 振捣插入下层混凝土的深度约为 5cm 左右 模板滑动时严禁振捣混凝土 5 7 滑模滑升 混凝土初次浇筑和模板初次滑升应严格按以下六个步骤进行 第一次浇筑 10cm 厚 的半骨料混凝土或砂浆 接着按分层 30cm 浇筑第二层 厚度达到 70cm 时 开始滑升 3 6cm 检查脱模混凝土凝固是否合适 第四层浇筑后滑升 6cm 继续浇筑第五层又滑 升 12 15cm 第六层浇筑后滑升 20cm 若无异常现象 便可进行正常浇筑和滑升 滑模的初次滑升要缓慢进行 并在此过程中对液压装置 模板结构以及有关设施 在负载情况下作全面检查 发现问题及时处理 待一切正常后方可进行正常滑升 滑 模正常滑升每次间隔 2h 左右 控制滑升高度 30cm 日滑升高度应控制在 3 0m 左右 施工转入正常滑升时 应尽量保持施工的连续性 并设专人观察和分析混凝土表 面情况 确定合适的滑升时间 并根据以下方法进行鉴别 滑升过程能听到 沙沙 的声音 出模的混凝土无流淌和拉裂现象 手按有硬的感觉 能留有 1mm 左右的指印 并能用钢抹抹平 混凝土表面修整是关系到结构外表的工序 当混凝土脱模后必须立即进行 一般 用抹子在混凝土表面用原浆压平或修补 如表面平整亦可不做修整 为使已浇筑的混 凝土具有适宜的硬化条件 防止发生裂缝 在辅助盘上设洒水管及时对脱模后墙体进 行洒水养护 5 8 测量控制 滑模在滑升过程中 受各种不均匀动力影响 模体会发生偏移 为了方便及时地 观察模体偏移 在门槽两端中心线位置上悬挂重垂线 同时在模体的上游侧悬挂两根 重垂线 墩体两侧中心位置各悬挂一根重锤线 每滑升 30cm 时检查重垂线相对于初始 混凝土的位移 发现偏差及时纠偏 5 9 模体的拆除 模体在滑升至闸室顶板底部高程 混凝土浇筑完毕后拆除滑模体 滑模体拆除采 用塔吊配合 拆除前应首先将盘面上的附属设备和材料移走 然后在专人的统一指挥 下依次分段拆除 并确保拆除工作的安全 6 6 滑模施工温控防裂措施滑模施工温控防裂措施 闸墩滑模施工采用泵送混凝土具有坍落度大 水泥含量高等特点 并会产生混凝 土干缩性大 水化热高等现象 另外闸墩宽度为 1 2 1 3m 长度为 24m 因此沿长度 方向线性收缩将成为闸墩产生裂缝的主要控制因素 而闸墩混凝土限裂最薄弱地带为 宽度较窄的门槽位置 为了避免闸墩混凝土因收缩而产生裂缝 施工中主要采取了如 下措施 6 1 设置微膨胀带 在工作闸门门槽及事故闸门门槽部位设置微膨胀带 用于抵消部分干缩变形 工 作闸门槽宽度为 2 02m 事故闸门槽宽度为 0 8m 设置微膨胀带的宽度为 0 8m 具体 如图 4 所示 800800 24000 事故闸门槽 工作闸门槽 500 1300 微膨胀带 微膨胀带 图图 4 4 闸墩微膨胀带布置平面图闸墩微膨胀带布置平面图 单位 mm 微膨胀带内浇筑混凝土采用常态二级配混凝土 混凝土中掺加 SN 膨胀剂 碱含量 0 55 标准掺量 8 据水泥检测报告所示水泥内 MgO 含量为 4 6 因此水泥本身就 具备微膨胀效果 故而实际施工中降低了 SN 膨胀剂掺加标准 避免混凝土的过度膨胀 实际掺量为 1 4 使得浇筑后的混凝土具备微膨胀性 部分抵消因干缩引起的变形 微膨胀带混凝土与附近泵送混凝土用孔径为 1cm 的筛网隔离 微膨胀混凝土先于 泵送混凝土入仓 与两侧同时振捣 6 2 设置冷却水管 闸墩开始浇筑正直 11 月初 白天气温略高 在闸墩内部设 25 塑料冷却水管 在浇筑时即开始通水 多余水管放置在工作平台上 随上升随布管 进入 12 月份后 外界气温逐渐变低 剩余的 8 个闸墩在施工中取消了冷却水管 施工中在每个闸墩埋 设 4 个温度计 每天测量 3 次 认真记录 并根据观所测数据及时调整通水和养护措 施 避免混凝土的内外温差过大现象的发生 6 3 缩短混凝土运输过程中的温度回升 混凝土水平运输采用搅拌运输车 并尽量缩短浇筑等待时间 避免日晒和等待过 程中的温升 6 4 采取有效的养护和保温措施 闸墩在初期施工滑升过程中暴露的混凝土面及时涂刷养护剂 并在表面覆盖塑料 薄膜防止水分的散发 进入 12 月份后 外界气温逐渐降低 为防止内外温差过大 每 个滑模施工组四周采用土工布进行封闭 并在封闭的闸室内生火炉 以提高小区域内 的气温 同时在混凝土拌和站设置了一台锅炉 采用热水拌和混凝土 脱模后的闸墩 表面采取塑料布和土工布双层覆盖的保温措施 严格控制了混凝土内外温差 由于采取了上述措施 并在施工过程中严格按照技术措施要求去执行 闸墩施工 结束后 经检查没有发现一条贯穿性裂缝 局部出现有较细裂纹 裂纹最大宽度不超 过 0 5mm 后来采用混凝土超声波检测仪检测 裂纹最大深度不超过 3cm 经分析 产 生裂纹的主要原因是混凝土在脱模后修补人员操作不当和养护不及时而引起的 裂纹 不会对闸墩的整体质量产生影响 后期只需对闸墩表面裂纹稍作处理即可确保工程质 量 7 7 技术保障措施技术保障措施 1 施工前对混凝土