清河水库溢洪道闸墩混凝土滑模施工工艺

刘宏强

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安710065）

1 工程概况

清河水库除险加固工程位于辽宁省铁岭市清河区，是辽河流域的重要水利枢纽工程之一。溢洪道位于大坝右岸，控制段为6×10.00 m 开敞式不规则实用堰，堰顶高程126 m,堰高2 m。控制段设6 扇10 m×9.5 m（宽×高）弧形工作闸门，工作闸门前设检修门。共5 个中墩、2 个边墩，中墩长27 m、宽2.5 m，边墩长30 m，闸墩底高程122 m，顶高程139 m。控制段施工任务主要为自堰体以上拆除5 个中墩，自127.00 m 高程以上拆除边墩后重建。

溢洪道在汛期担任调洪任务，施工安排在汛末开始拆除与新建施工，在下一年汛前闸门安装完成具备正常工作条件。

2 方案选择

原中闸墩混凝土施工方案采用大钢模施工，按经验需4 个月时间完成闸墩混凝土浇筑施工，根据当地气候条件，其中有近3 个月时间浇筑混凝土需采取保温措施，施工成本高，混凝土质量难保证。为节省施工成本，确保闸墩混凝土浇筑施工进度与质量，项目部优化调整施工方案，采用滑模与大钢模结合同时施工的方案，中墩126 m 高程以上采用滑模施工（126 m 高程以下堰体影响无法使用滑模），边墩利用大钢模施工。共制作2 套滑模施工，1 套滑升，1套安拆，2 套交替施工，保证混凝土浇筑连续。滑模最小滑升速度为2.5 m/d，闸墩126.0 m 以上高度为13 m，6 d 能完成一个闸墩施工，满足35 d 的工期要求。

3 拌和系统布置

3.1 选型与布置

按中墩滑模滑升速度3 m/d 考虑，混凝土最大浇筑强度约202.5 m3/d。根据混凝土浇筑强度与施工经验，并结合现场情况在控制段上游距闸墩8 m 位置布置2 个混凝土拌和站，分别在2，5 号闸孔的轴线位置（在塔机工作范围内，可减少混凝土水平运输），每个拌和站配备1 台JZS750强制式拌和机。

3.2 骨料仓布置

两个拌和站共用1 个骨料仓，布置在2 个拌和站中间，骨料仓分4 个仓，分别存放砂、粒径5～20 mm，20～40 mm，40～80 mm 碎石。

3.3 钢筋等材料与混凝土运输

在2 号与5 号闸孔各布置1 台QTZ5010 塔机，工作范围覆盖整个控制段，进行钢筋等材料与混凝土运输。

4 滑模设计与制作

4.1 滑模设计

4.1.1 滑模装置组成

1）模板

直墙段模板采用δ5 mm 钢板，曲线段模板采用δ5 mm 的钢板压制而成,用∠50×5 mm 的角钢作为加筋肋。竖向角钢的间距为300 mm，并用两道水平∠50×5 mm 的角钢与围圈相连。围圈主要用来加固模板，使其成为一个整体，围圈采用上下两道，选用12 号槽钢，上围圈距模板上口300 mm，下围圈距模板下口300 mm，上下围圈间距650 mm，节间采用螺栓连接，上下围圈接头错开并同模板接头错开。

2）提升系统

提升架是滑模与混凝土间的联系构件，主要用于支撑模板、围圈、滑模盘，并且通过安装在顶部的千斤顶支撑在爬杆上，整个滑升荷载将通过提升架传递给爬杆，爬杆用φ48 mm×3.5 mm 的钢管，根据施工经验和常规设计，采用δ15 mm、［14 槽钢制成“7”型提升架,采用双［14 槽钢制成“开”型提升架。

3）滑模盘

滑模盘分为操作盘和辅助盘。操作盘为施工的操作平台，承受工作、物料等荷载。滑模模体桁架梁作为操作盘,上铺δ2.5 mm 的花纹钢板。由于混凝土施工过程中侧向受力较大，为确保操作盘的刚度，经过计算选用主梁为∠80×80×8、腹杆选用∠75×75×7 的角钢加工制作的1 000 mm×1 000 mm 复式桁架梁。

辅助盘：为养护、修面、预埋处理的工作平台，采用钢木结构悬吊布置，沿混凝土面布置一周宽600 mm 的平台，上铺马道板，用φ20 mm 圆钢悬挂在提升架和桁架梁上。

4）液压系统

选用HQ-100 型千斤顶，设计承载能力为10 000 kg，爬升行程40 mm，液压控制台为HY—36 型自动调平液压控制台，并通过高压油管同千斤顶相连，形成液压系统。

5）辅助系统

包括洒水养护、中心测量、水平测量等装置。洒水管用胶质软管制成，固定在辅助盘上，沿混凝土壁均匀布孔。中心测量用重垂线，观察模体的水平位移，在模体的3 个不同位置设3 根重垂线。水平测量利用水准管理，观察滑模盘的水平度。

4.1.2 滑模装置千斤顶数量计算

1）滑模结构自重。

钢结构，G1=25 000 kg。

2）施工荷载。

工作人员，22 人×75 kg/人=1 650 kg；一般工器具，500 kg；钢筋、支撑杆，2 000 kg。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G2=（1 650+500+2 000）×2×1.3=10 790 kg。

3）滑升摩擦阻力。

单位面积上的滑升摩擦阻力按照计算，同时考虑附加系数为1.5，所以整圈模板上的滑升摩擦阻力为(按每平方200 kg 计算) G3=S×200×1.5=20 160 kg。

4）竖向荷载总重。

G=G1+G2+G3=45 950 kg。

5）混凝土对模板的侧压力P。

当采用插入式振捣器时，混凝土对模板的侧压力为

P1=r（h+0.05）

式中：r——混凝土的容重，取2 500 kg/m3；h——每层浇筑混凝土厚度，取0.6 m。

则:P1=2 500×（0.6+0.05）=1 625 kg/m2。

同时考虑浇筑混凝土时，动荷载对模板的侧压力P2=200 kg/m2。故：P=P1+P2=1 825 kg/m2。

钢模板与混凝土的摩擦系数f 取0.4，则F=P×S×f=1 825×67×0.6×0.4=29 346 kg。

6）支撑杆（爬杆）计算。

允许承载能力：

P=3.142EJ/K（ml）2

式中：E——支撑杆的弹性模量，E=2.1×106kg/cm2；J——支撑杆的截面惯性矩，J=12.186 cm4；k——安全系数，取k=2；ml——计算长度，按0.6×1.8=1.08 m 计。

经计算p=108 kN。

因此，支撑杆的数量（千斤顶的数量）:

n=w/cp

式中：w——支撑杆承载，w=G+F=75 296 kg；p——支撑杆允许承载能力，取5 000 kg；c——载荷不均衡系数，取0.8。

经计算得n=19 台。根据闸墩结构特征选用千斤顶22台，支撑杆22 根，可满足提升能力要求。

4.2 滑模制作

闸墩滑模模体主桁架和提升架按设计在泄槽段底板提前进行加工，滑模严格按设计要求制作后，进行组装调试与检查调整。

5 滑模施工

5.1 工艺流程

在一个闸墩的滑模施工过程中，钢筋安装、混凝土浇筑、滑模提升等工序需相互配合，各工序流水线连续作业。工艺流程：安装锚杆、清理验收基面→测量放样→滑模模体安装→钢筋安装→混凝土入仓→平仓、振捣→滑模滑升、收面→钢筋安装→滑升到顶、拆除、转入下个闸墩。

5.2 测量放样

采用全站仪测量放样闸墩结构边线与模体安装高程，特别是墩尖、墩尾、闸门槽等特殊点，用红漆在下部已浇筑混凝土面上标识控制点，用来控制模体组装和校正。

5.3 模体安装

当闸墩126 m 高程以下混凝土施工完成且具备滑模安装条件后，安装桁架支承平台,支承平台即用∠50×5 mm角铁在混凝土面每间隔1.5 m 焊接固定而成，伸出闸墩边线1.2 m，确保水平。支撑平台安装完成后，将桁架梁利用70 t 汽车吊放到支承平台上，按控制点调整固定，再进行钢模板安装，然后依次安装提升架、千斤顶及爬杆。

千斤顶安装前，进行试验编组，耐压120 kg/cm2，5 min 不渗不漏，行程调整等，因施工用千斤顶需经常检修，需备用如簧、上卡头、排油弹簧、滑块密封圈、卡环、下卡头等附件。

5.4 钢筋安装

为了节省时间不影响滑模施工，保证滑升连续，竖向φ28 mm 钢筋连接采用直螺纹套筒连接方式，水平钢筋采用绑扎连接，钢筋安装超前混凝土30 cm。

5.5 混凝土浇筑

5.5.1 混凝土入仓

混凝土采用在拌和机出料口搭设溜槽至混凝土吊罐，由塔机吊罐入仓。

5.5.2 滑模滑升

进行第一个闸墩混凝土浇筑，采用分层对称浇筑，分层厚度30 cm，按以下6 个步骤控制进行：第1 层同常规施工一样，先在基面浇筑2～3 cm 厚同标号砂浆，第2 层按层厚30 cm 浇筑混凝土，浇筑两层混凝土厚度达到60～70 cm时，进行第一次滑升，滑升高度3～6 cm，检查脱模混凝土凝固是否合适，第4 层浇筑（即混凝土厚度为90～100 cm）后滑升6 cm，浇筑第5 层后再滑升12～15 cm，第6 层浇筑后滑升20 cm，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。施工转入正常滑升时，尽量保持连续作业，由专人观察脱模混凝土表面质量。该工程每次滑升间隔2 h，每次滑升高度20 cm，每天滑升高度控制在2.4 m 左右。

脱模的混凝土面无流淌和拉裂现象，手按有硬的感觉并能压出1 mm 左右的指印，能用抹子抹光。脱模后立即用钢模在混凝土表面用原浆压实压光，需3～4 遍。在辅助盘上绕闸墩一圈布置洒水管，随着滑模滑升对脱模混凝土面及时进行洒水养护。

5.5.3 混凝土振捣

闸墩中间部位采用φ70 插入式振捣棒振捣，模板附近用φ30 振捣棒振捣，振捣棒不能触碰模板、钢筋及预埋件。

5.5.4 测量控制

采用悬挂重垂线的方式，在两墩头中心位置及两边门槽位置各悬吊一根垂线，以检测整个模体的偏移及扭转。利用千斤顶同步性进行水平控制与纠偏，确保模体垂直滑升，采用全站仪跟踪检查。

5.5.5 滑模拆除

滑模滑升至设计高程时，将滑模滑空，把两个桁架梁上的连接螺栓拆掉使模体分解成四部分，利用2 台70 t 汽车吊分块吊拆至另一个闸墩组装。

5.5.6 停滑措施及施工缝处理

滑模施工需连续进行，因结构需要或意外原因停滑时，采取停滑措施，混凝土停止浇筑后，每隔15 min，滑升1～2 个行程，直至混凝土与模板不再粘结。由于停滑造成的施工缝，按水工施工规范要求处理。

5.5.7 滑模施工中易出现的问题及处理措施

滑模的施工中易出现的问题有：滑模体倾斜、滑模体平移、扭转、模体变形、混凝土表观缺陷、爬杆弯曲等，其产生的原因在于千斤顶工作不同步，荷载不均匀，混凝土浇筑不对称，纠编过急等。因此，在施工过程中加强观测检查工作，确保良好运行状态，发现问题及时处理。

1）纠偏。利用千斤顶高差自身纠偏，纠偏不能操之过急，以免造成混凝土表面拉裂、死弯、滑模变形，爬杆弯曲等事故发生。

2）爬杆弯曲。爬杆弯曲时，采用加焊钢筋或斜支撑，弯曲严重时，切断爬杆，重新接长后再与下部爬杆焊接，并加焊“人”字型斜支撑。

3）模板变形处理。对部分变形较小的模板，采用撑杆加压复原，变形严重时，将模板拆除修复。

6 混凝土温度控制

当地10月份温度变化很大，10月初最高温度28 ℃，10月底最低温度零下6 ℃，闸墩混凝土浇筑时分别采用了降温与保温措施。

6.1 降温措施

降温采用通常做法，选用中热水泥、三级配、骨料仓喷水降温，洒水管安装在辅助盘上，随着滑模上升及时进行养护，用无纺布包裹闸墩。

6.2 保温措施

最后10 d 气温较低属于低温季节浇筑混凝土，采取了保温措施：1）用炭火加热拌和用水，水温不超过60 ℃；2）闸墩混凝土滑模浇筑施工时，采用在滑模模体外侧悬挂彩条布和碘钨灯保温加热的措施，彩条布随滑模滑升而滑升；3）每个闸墩混凝土浇筑完成后，立即采用棉被包裹混凝土。棉被采用双层工业毛毡棉被，根据闸墩体型定做，方便安装。

7 结 语

5 个中墩用滑模施工完成后，边墩还未完成，经过改装进行了左边墩9 m 高度的施工，滑模滑升总升程74 m，浇筑混凝土5 060 m3。2012年10月1日开始至11月5日滑模施工结束，浇筑一个闸墩只需6 d 时间，为常规模板施工时间的1/3 左右，大大缩短了工期，降低了混凝土冬季低温施工费用，节省成本；混凝土连续施工无施工缝，闸墩整体性好；不需要再处理钢筋对拉丝与模板缝等，闸墩表面光滑、平整、颜色均匀统一。经过施工证明，该工程滑模施工的设备配置、运输、施工工艺等都是经济、合理、成功的，为类似工程施工提供了施工技术借鉴及经验，适合严寒地区每年有效施工期短以及除险加固等工期紧的工程施工，值得应用推广。