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白鹤滩水电站左岸进水塔、拦污栅混凝土悬臂液压自爬升模板施工技术

文章来源:宏亚高空时间:2018-11-17
1 工程概况及模板选择
白鹤滩水电站左岸进水口设计采用岸塔式分层取水, 8个进水塔一字排开, 单个塔体长33.2 m, 宽度20.9 m, 高度103.0 m。各进水塔均为独立结构, 每个进水塔设5孔拦污栅, 5孔分层取水挡水闸门, 墩长6.6 m, 边墩和中墩厚度均为2.2 m, 高度98.0 m (见图1) 。
根据进水塔塔体及拦污栅大体积混凝土结构特点, 为方便施工, 经方案比选, 决定在塔体和拦污栅外围采用大型悬臂液压爬升模板, 这在特大型水利水电工程中属首次应用。大型悬臂液压爬升模板具有结构面成型好、安全问题少、垂直方向上能自行爬升减少起吊设备工作量等优点, 可以大大降低门机工作量。在左岸进水塔工程中闸门井、通气孔以及拦污栅栅槽混凝土主要采用组合钢模板浇筑, 二期混凝土结构面采用木模板, 塔体渐变段及中墩、缝墩、边墩圆弧部位采用定型的圆弧模板;进水塔塔体外围及缝墩、边墩外围采用直面悬臂液压爬升模板, 拦污栅墩头圆弧部位采用圆弧悬臂液压爬升模板, 局部不规则部位采用木模板补缝。组合钢模板及定型圆弧钢模板主要利用门机进行吊运, 大型悬臂液压爬升模板利用门机进行吊装, 模板系统安装完成后利用自带的液压爬升系统自行爬升。悬臂液压自爬升模板首先应在混凝土首层浇筑完成后从第2层混凝土结构面开始安装模板架体等构件, 但是, 悬臂液压爬升模板可以当做普通悬臂模板使用, 因此在浇筑混凝土第1层、2层时均可以作普通模板使用。
图1 单个进水塔与拦污栅分块分层浇筑效果
图1 单个进水塔与拦污栅分块分层浇筑效果   下载原图
2 进水塔、拦污栅混凝土施工难点
(1) 进水塔塔体、拦污栅混凝土结构复杂且为大体积, 如何保证混凝土外观质量及体型满足要求, 采用大模板、定型模板及模板的强度和刚度等是关键问题。
(2) 进水塔高度为103 m, 架子管、钢筋、散装模板等材料使用较多, 且吊运全部采用门机, 如何减少模板吊运工作, 降低起重作业安全风险和提高施工效率是难点。
(3) 白鹤滩水电站施工区每年11月至次年3月处于6级以上大风天气较多, 针对大型起重吊装施工安全管控是重点。
3 自爬升模板工艺原理
悬臂液压自爬升模板的爬升运动通过设计顶升力为10 t的液压油缸对导轨和爬模架交替顶升来实现。导轨和爬模架相互独立, 两者之间可进行相对运动。当爬模架工作时, 导轨和爬模架都支撑在预埋的爬锥支座上, 两者之间无相对运动。退模后立即在预埋的爬锥承载接头上安装受力螺栓、挂座体及埋件支座, 调整上、下防坠爬升器棘爪方向来顶升导轨, 待导轨顶升到位, 就位于该爬锥支座上后, 操作人员立即转到下平台拆除导轨、提升后露出的位于下平台处的爬锥承载接头等。在解除爬模架上所有拉结之后就可以开始爬升模板, 这时导轨保持不动, 启动液压油缸顶升, 模板即相对于导轨运动。通过导轨和自爬升模板交替附墙, 相互提升, 自爬升模板即沿着塔体上预留爬锥承载接头逐层提升。整个爬模系统在作业面形成一个封闭、安全并可独立向上施工的操作空间。悬臂液压自爬升模板利用门机进行安装, 安装完成后利用自带的液压爬升系统自行爬升, 进水塔塔体、拦污栅分层浇筑高度为2.5~3.0 m。
4 自爬升模板设计
进水塔塔体2#、4#、6#、8#进水塔单机共布置36个液压爬模机位及72个悬臂模板支架;1#、3#、5#、7#进水塔单机共布置6个液压爬模机位以及12个悬臂模板支架。现场实际布置如图2—图5所示。
5 施工方法
5.1 爬模安装
5.1.1 安装准备
准备工作如下: (1) 对爬锥中心标高及模板底标高进行抄平; (2) 放轴线、结构边线、模板边线、架体或提升架中心线、提升架外边线; (3) 对爬模安装标高的下层结构外形尺寸、爬锥进行检查, 对超出允许偏差的结构进行剔凿修正; (4) 绑扎完成模板高度范围内的钢筋; (5) 模板板面需刷脱模剂, 机加工件需加润滑油; (6) 现浇混凝土结构强度必须达到10 MPa时方可爬升或安装爬模。
图2 进水塔3—8层爬模机位布置 (单位:mm)
图2 进水塔3—8层爬模机位布置 (单位:mm)   下载原图
图3 进水塔胸墙第8层以上爬模机位布置 (单位:mm)
图3 进水塔胸墙第8层以上爬模机位布置 (单位:mm)   下载原图
图4 2#、4#、6#、8#拦污栅爬模机位布置 (单位:mm)
图4 2#、4#、6#、8#拦污栅爬模机位布置 (单位:mm)   下载原图
图5 1#、3#、5#、7#拦污栅爬模机位布置 (单位:mm)
图5 1#、3#、5#、7#拦污栅爬模机位布置 (单位:mm)   下载原图
5.1.2 安装流程
以白鹤滩水电站左岸进水塔及拦污栅侧面爬模安装为例, 安装流程如图6所示。
(1) 预埋M36/M30爬锥, 现场使用悬臂液压模板面板浇筑第1、2层混凝土 (见图7) 。
(2) 安装埋件转换座 (见图8) , 现场搭设支撑架, 支撑架需满足单个支架后坐力153 k N的承载需求, 整体吊装已组拼好的悬臂模板。安装悬臂埋件及爬模埋件, 合模浇筑第3层混凝土。
(3) 如图9所示, 混凝土达到强度, 吊走悬臂模板架体, 安装埋件挂座, 拆除埋件转换座及支撑架, 吊装已组拼好的爬模下架体及吊装悬臂模板, 并与爬模连接成整体, 安装悬臂模板下三角架斜撑及立杆;安装主平台维护以及悬臂模板、爬模埋件, 安装外连杆及螺母, 合模浇筑第4层混凝土。
(4) 第4层混凝土浇筑完毕, 退模, 安装埋件挂座以及液压系统, 吊装导轨, 单悬臂液压爬模整体安装, 进行液压调试并爬升至下一层 (见图10) 。
(5) 安装翻板、侧防护、梯子、挂安全防护网, 提高安全防护效果;搭建施工通道与操作平台连接, 形成上下通道。
5.1.3 技术要求
(1) 安装前的准备工作主要是对预埋件的中心标高和模板底标高应进行抄平确认, 标准层高悬臂模板预埋件距混凝土上表面400 mm, 爬模预埋件距离混凝土上表面1 100 mm; (2) 安装三角架时, 必须使用钢管对架体单元进行连接, 做好剪刀撑, 使架体形成稳定结构; (3) 安装预埋件时, 爬锥孔内抹黄油拧入埋件杆, 保证混凝土不流进爬锥螺纹内, 爬锥外面用胶带及黄油包裹以便于拆卸; (4) 确保预埋件位置的正确, 预埋时须依据“预埋定位图”中平面预埋位置及立面预埋位置进行逐点放线预埋。
图6 自爬升模板初始安装流程
图6 自爬升模板初始安装流程   下载原图
图7 M36/M30爬锥预埋 (单位:mm)
图7 M36/M30爬锥预埋 (单位:mm)   下载原图
图8 安装悬臂埋件及爬模埋件 (单位:mm)
图8 安装悬臂埋件及爬模埋件 (单位:mm)   下载原图
图9 吊装爬模下架体及悬臂模板 (单位:mm)
图9 吊装爬模下架体及悬臂模板 (单位:mm)   下载原图
图1 0 吊装导轨, 液压爬升 (单位:mm)
图1 0 吊装导轨, 液压爬升 (单位:mm)   下载原图
5.2 爬模施工
施工流程:爬升循环施工流程如图11所示。
图1 1 爬模循环流程
图1 1 爬模循环流程   下载原图
技术要求: (1) 合模前将模板清理干净, 刷好脱模剂, 装好埋件系统, 测量模板预埋件的位置是否与钢筋冲突, 如有冲突, 将钢筋适当移位处理后再进行合模; (2) 用线坠或仪器校正调整模板垂直度; (3) 混凝土振捣时严禁振捣棒碰撞预埋件; (4) 上层混凝土强度达到10 MPa时, 爬模提升必须由专业专职人员指挥进行, 提升前必须对架体系统 (包括架体上的杂物, 各连接部位的连接, 液压控制系统等) 进行检查并填写提升前检查记录表, 清理架体杂物, 符合要求后方可提升; (5) 提升架体或提升导轨时液压控制台应有专人操作, 每榀架子设专人看管是否同步, 发现不同步, 可调节液压阀门进行控制; (6) 拆模时先拔出插销, 扳动后移装置将模板后移, 后移到位后, 再插上插销; (7) 维护、检修主要是检查架体系统的连接部位和防护是否符合要求, 否则及时整改, 对电气控制系统要定期调试, 及时更换易损件。
5.3 爬模拆除
拆除准备: (1) 当结构施工完毕, 即可对爬模进行拆除; (2) 由现场起重设备配合爬模的拆除作业; (3) 专业公司提供专人负责爬模拆除过程中的技术指导, 爬模拆除前应进行书面安全交底和培训; (4) 爬模拆除时应先清理架体上的杂物, 如脚手板上的混凝土、砂浆块、U型卡、活动杆件及材料; (5) 爬模拆除前, 画出拆除警戒线, 并做醒目标识, 严禁人员进入警戒线内。
拆除流程:自爬升模板拆模施工流程如图12所示。
图1 2 拆模流程
图1 2 拆模流程   下载原图
技术要求: (1) 整体起吊悬臂支架时吊点必须设置在悬臂支架主背楞的吊钩上, 严禁设置在模板上; (2) 进行拆除作业时需拉设警戒线, 下方严禁站人; (3) 整体吊装至地面解体时需做好临时加固措施, 确保架体摆放稳固; (4) 拆除的材料分类码放。
6 悬臂液压爬升模板施工安全技术保障
爬模设置3层平台, 除上平台外, 要求其他层平台跳板离混凝土墙面的距离不应大于250 mm;吊平台与墙体间间隙用翻板封闭。各片架体平台间留有100 mm的间隙, 以保证单独架体的提升。为安全防护, 在架体与架体之间的空隙处铺设翻板, 当架体提升时将翻板翻开, 架体提升到位后, 应立即将翻板铺好。
各层平台临边处均设置有临边护栏。具体如下:
(1) 在爬模装置爬升时, 墙体混凝土强度必须大于10 MPa。
(2) 禁止超载作业, 结构施工时, 爬模施工荷载 (限两层同时作业) 小于3 k N/m2, 严禁在操作平台上堆放无关物品。在操作平台上进行电、气焊作业时, 应有防火措施和专人看护。
(3) 架体提升和清理模板完毕后, 应立即将架体上的模板靠近墙体, 并用模板对拉螺栓将模板与墙体进行刚性拉接。
(4) 爬模专职操作人员在爬模的使用阶段应经常 (每日至少两次) 巡视、检查和维护爬模的各个连接部位, 确保爬模的各部位按要求进行附着固定。
(5) 非爬模专职操作人员不得随便搬动、拆卸、操作爬模上的各种零配件和电气、液压等装备。在爬模上进行施工作业的其他人员如发现爬模有异常情况时, 应随时通报爬模专职操作人员进行及时处理。
(6) 六级 (含六级) 以上大风应停止作业, 大风前须检查架体悬臂端拉接状态是否符合要求, 大风后要对架体做全面检查符合要求后方可使用。
(7) 每施工3层或施工进度较慢及施工暂时停滞时每个月都应对挂座、液压系统等进行检查保养, 以保证架体的正常使用。
(8) 施工过程中, 专职技术人员、安全员等进行爬模架体的检查, 确保施工过程安全。
7 结语
(1) 悬臂液压爬升模板可以结合混凝土结构体型量身定做成大模板, 减少模板拼缝, 且整体结构非常稳固扎实。从已浇筑完成的混凝土外观看, 混凝土面光洁度高, 无常规普通模板浇筑容易出现的拼缝印记、错台、砂线等混凝土缺陷。同时, 在混凝土脱模后经过全站仪测量体型偏差为±11 mm, 达到设计和规范要求。大体积混凝土结构采用大模板可以有效提高混凝土外观质量, 同时, 液压悬臂爬升模板可以根据结构体型组装, 分单片和两片为一组操作更方便。
(2) 悬臂液压爬升模板与常规的悬臂模板相比, 其在基础部位安装完成以后只要人工操作就可以自行完成模板的脱模、爬升、就位工序, 不需要起重设备吊运。并且悬臂液压爬升模板的脱模、爬升、就位、支模安装、校核每班只需要4个工人就可以完成所有工作, 以进水塔单个塔体为例, 33.2 m×20.9 m×3.0 m (长×宽×高) 一个仓位, 经统计4个人2.5 d时间即可完成模板工序, 具备验收条件。在同样的施工环境下悬臂模板需要吊运、拆除、安装的时间为3.5 d, 模板工每班需要8人、1台起重设备专门配合作业。因此, 从资源投入和安全风险上对比, 液压悬臂自爬升模板在日常使用方面投入比悬臂模板小, 成本明显降低, 吊运安全风险排除, 施工效率明显提高。
(3) 白鹤滩水电站每年11月至次年3月大风天气较多, 且根据相关气象短信超过6级大风占比60%, 门机和起重设备在超过6级大风均不得吊运施工。因此, 在进水口采用液压悬臂爬升模板基本省去了模板吊运工序, 有效提高了施工效益并降低了成本。
(4) 液压悬臂爬升模板整个安全封闭系统健全, 操作平台、作业通道、自带封闭网、人行爬梯等设计合理, 施工安全有保障, 在复杂的施工环境中能够保证施工人员安全是该模板体系的一大优点。
综上, 液压悬臂爬升模板在白鹤滩水电站进水塔、拦污栅的成功应用, 从该模板的安全、质量方面发挥出来的效益比较显著, 因此本工程的成功案例可为其他类似水工建筑提供借鉴。
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