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引水下弯段边顶拱砼施工技术改进探讨

时间:2015-12-16 11:13 来源:第一论文网 作者:论文网 点击:
施工通道少且狭窄。施工,引水下弯段边顶拱砼施工技术改进探讨。
  1.工程概况
 
  溪洛渡右岸地下电站压力管道采用单机单管引水方式,共布设9条引水隧洞,各条管道间平行布置。10#~18#压力管道下弯段为钢筋混凝土衬砌结构,开挖断面为φ11.8m,混凝土衬砌后断面尺寸均为φ10m,衬砌厚度为0.9m。下弯段竖向转弯半径为30m,与上弯段相同。下弯段各引水隧洞中心间距为30.5m,长度为47.124m。
 施工
下弯段分块图

  2.施工特点难点
 
  引水下弯段结构体型复杂,模板拼装成型难度大。坡度陡,施工通道少且狭窄,材料转运次数多,线路长,排架搭设、模板、钢筋、拱架等材料运送安装难度非常大,工效难以提高。
  混凝土入仓泵送距离最大60m,高37m,对泵车性能要求高,且泵管拆装要在承重排架内进行,施工难度较大。
 
  3.模板及支撑体系方案选择
 
  3.1满堂钢管承重脚手架和定型木拱架做为模板支撑体系,预制木模块。
  自底板开始搭设满堂钢管承重脚手架做为模板支撑体系,在边墙及顶拱部位安装定型木拱架,再在木拱架铺设定型预制木模块和层板(木模块由施工现场木工厂制作)在广西龙滩等电站采取了此方法。
 
  3.2定型背担与拉筋做为支撑体系,定型弧形钢模板。
  自底板搭设施工排架,顶拱采用定型钢模板,预制定型钢管或型钢做为背担,采用拉筋加固,在溪洛渡电站左岸引水下弯段采取了此方法。
 
  3.3钢管承重排架及定型钢拱架做为支撑体系,定型弧形钢模板。
  自底板开始搭设满堂钢管承重排架做为模板支撑体系,顶拱采用定型钢拱架,拱架安装就位测量检查合格后,再铺设定型弧形钢模板(模板由专业厂家制造)。
 
  4.模板及支撑体系方案优劣比较
 
  方案一:采用木拱架配木模板,再在模板上铺层板以满足表面质量要求。拱架及木模板加工精度较低,模板拼装体型难以控制,往往拼装后还要刨光找平,且需在表面拼层板保证表面质量,增加了工序,层板铺设难以与木模板贴密实,浇筑时易产生褶皱及鼓包,从其它电站实施的结果发现浇筑表面质量较差。其次,拱架模板较重搬运困难,在装拆中损坏严重,损耗量及修理工作量很大,模板周转次数少,残值低,成本高。
 
  方案二,排架搭设工作量可适当减少,但由于下弯段为双向弧形,体型复杂,采用弧形背担和拉筋来控制体型,由于背担存在加工误差及刚度较差,在使用中变形必然比定型拱架大,做为骨架会严重影响模板安装精度,模板拼装就位难度大,体型极难满足规范要求。采用拉筋加固,模板开孔较多,对模板损坏较大,增加了模板修复工作量,减少了周转次数减慢了周转效率。外露拉筋孔对过流砼面质量影响很大,拉筋孔缺陷修复工作量大。
 
  方案三:定型钢拱架一般采用φ48钢管加工制作,每个单元块拱架控制重量为为75~85kg左右。定型组合钢模板单元块尺寸控制在为0.7×(1.07~1.5)m左右。用定型钢拱架配定型弧形钢模板,使用搬运较轻便,安装方便,不易损坏,损耗量及修复工作量极少,材料周转次数多,下弯段边顶拱模板设计时同时考虑上弯段体型,上下弯段边顶拱和底板模板可相互替用,极大地节省成本。排架搭设量比方案2稍大。
 
  其次,钢拱架及钢模板加工精度高,在拱架及模板安装后均进行测量检查,精确定位,模板安装体型可以得到可靠保证。
 
  从以上方案的经济性、施工的便利性及满足质量要求的可靠性对比,模板及支撑体系方案宜选用方案3。
 
  5.施工及材料搬运通道布置方案选择
 
  1)考虑往上游浇筑后续仓时,需要利用先浇筑块的拱架及模板与砼面的粘结力、摩擦力提供支撑力,防止后续仓号浇筑时排架支撑体系受力下滑,先浇筑仓号的顶拱模板及拱架不得拆除和松动,此种情况下,材料主要由上弯段人工搬运至引水竖井井口,利用开挖期间的卷扬系统通过吊篮将材料运至竖井下口,再人工倒运至下弯段相应位置。同时在承重排架中间预留施工通道,向上游铺设竹跳板做为人员行走和搬运材料辅助通道。
 
  2)考虑顶拱及两侧拱架及模板达到脱模时间时能够拆除,后续仓号不需要利用先浇筑块的拱架及模板与砼面的粘结力、摩擦力提供支撑力,因此顶拱及两侧能够形成贯通通道。此时可以在第Ⅰ浇筑块排架下游起始端搭设竖直通道,设置小卷扬机垂直吊运部分材料,再在顶拱人工进行材料搬运。同时两侧做为主要通道,人工搬运钢筋模板等材料。
 
  3)考虑顶拱及两侧拱架及模板达到脱模时间时能够全部拆除,顶拱及两侧能够形成贯通通道。此时可自右下2施工支洞搭设标准的斜向施工通道与砼浇筑承重排架顶部连通,所有仓号顶拱部位铺设竹跳板做为通道,全部贯通,两侧仍铺设竹跳板做为辅助通道。在第Ⅳ块顶拱中心位置设置卷扬提升牵引系统,(卷扬机型号可以选用JN-0.5型,18米/分钟,电机5KW、钢丝绳直径为7.7mm)牵引钢丝延伸至右下2施工支洞于引水交叉处。由于顶拱砼成弧形变化,需要沿顶拱设置限位装置防止牵引绳子与顶拱砼面发生接触。免费这时所有的材料都可以通过卷扬机钢丝牵引人工辅助配合沿中部通道滑轨往顶拱运送至任意位置,第4仓材料可以直接垂直提升。如果需要加快进度,还可以同时人工直接在通道搬运材料。
 
  4)方案比较
  方案1通道极其受限,施工受到严重制约。材料需要人工由上平段经过上弯段搬运至竖井井口,再利用卷扬系统垂直运输,受体型限制不能到达弯段只能吊运至竖井下井口,需再次人工搬运至弯段,运送距离长,时间长、劳动强度大,且上下交叉作业,存在较大的安全风险。采取此种通道方式的主要原因是对下弯段砼浇筑支撑体系受力分析不够深入,凭经验判断,不敢拆除和松动顶拱拱架及模板。
 
  方案2通道得到了一定程度的改善,并且材料搬运可以利用卷扬机配合,但顶拱及两侧没有充分利用好卷扬机的功能,人员劳动强度仍然很大,人员在两侧通道搬运材料由于通道狭窄陡曲,安全风险极大,存在风险大、工效低,劳动强度大的不足。
 
  方案3中部通道自由度很大,宽度基本不受限制。可以充分利用卷扬系统功能降低
 
  劳动强度,提高施工效率。材料运至顶部后可以在任意位置由高处往两侧低处放置安装,风险小,施工便利,劳动强度低。
 
  通过比较,方案3具有显著的优越性,应该选择方案3。其前提条件是先浇筑仓号的边顶拱拱架及模板均能拆除。这里需要说明的是通过对下弯段砼浇筑做深入的受力分析,其合力分布在顶拱线,为防止顶拱受压下滑,可以利用底板预留的拉筋由上游方向向下游延伸斜拉顶拱排架及拱架顶部等措施解决下滑问题。在溪洛渡右岸电站引水下段施工中通过采取一定的措施,浇筑时对拱架及排架吊线检查未发现明显下滑情况。
 
  6.下弯段混凝土浇筑模板受力分析及先浇筑块拱架及模板拆除与否的确定
 
  基于先浇筑块拱架及模板是否需要保留不做拆除以提供后浇筑快的支撑力是施工通道选择的决定条件,对下弯段砼浇筑体系受力做一个定性的分析。如图3:垂直于下弯段 洞轴线任取1 圆形截面:
图1下弯段分块示意图
  施工
  图2 压力弯管浇筑截面示意图
  图3弯管受力截面示意图
  4弯管平面受力示意图
 
  由图3所示,任取一点A,分析其上受力状况,其受到指向圆心的砼压力PA,PA可分解为沿截面竖直向的力PA1,水平向的力PA2,PA在与其对称的位置所受的压力为PB,PB可分解为沿截面竖直向的PB1和沿截面水平向的PB2。
 
  由于A点与B点位置对称,有:PB2 =PA2。,假设模板间桁架可以充分传导力,故截面上任意一点的水平向的力可以忽略,故截面上任意一点的力都是沿截面竖直向的,在图4中看即是指向空间圆心O。在图4中将PA1分解为沿水平向PAX和沿竖值向的PAY,。当砼面处于圆形截面腰线180°以下时,分力对模板支撑体系产生抬动,模板支撑体系可能产生向上和下游的位移,对结构稳定不利。对此,在浇筑底板时,增加底板区域从而减小边顶浇筑时砼对体系的浮力,底板可按120°圆心角与边顶拱分缝。此外在浇筑下部三角区域时,放慢浇筑速度,并在顶拱模板与岩石面之间增加内支撑,并做好监控等措施进行处理。当浇筑砼面在圆形截面腰线180°以上时,作用力正好相反,分力分别向左和铅直向下,此时对结构稳定是有利的,不需采取专项措施。通过受力分析并采取一定措施在溪洛渡电站右岸地下引水下弯段现场实践中取得了成功,先浇筑块的拱架和排架均可以拆除,供后浇仓周转使用,极大地节省成本提高工效,施工通道问题得到了极大地改善。
 
  7. 排架搭设及钢筋安装方法改进
 
  在下弯段施工中常规的做法是,逐仓搭设排架,绑扎钢筋,安装拱架模板然后再浇筑混凝土,浇筑完成后,再进行下一循环排架搭设、钢筋绑扎等备仓工作。浇筑完混凝土后,空间减小,对后续施工影响很大,且多工序同时施工相互干扰较大。
  由于下弯段施工空间小及通道少,为保证有足够的施工空间方便施工以提高工效,在溪洛渡电站下弯段施工中,先一次将Ⅰ~Ⅳ仓排架搭设到位,再将Ⅰ~Ⅳ仓外层钢筋(靠岩石侧)全部绑扎完成,同时将Ⅰ~Ⅳ仓内层顶拱钢筋初步固定在外层钢筋上,然后逐仓安装拱架模板,放下内层钢筋绑扎就位进行混凝土浇筑。这样施工的优点是尽量利用较大的空间,实现同工序的连续作业,施工连贯、干扰小,工种固定、熟练程度高可显著提高劳动效率。从溪洛渡电站引水下弯段后期采取此种方法与前期逐仓浇筑对比,工效提高十分显著。
 
  8.混凝土浇筑入仓改进
 
  下弯段各仓号通常采用泵送入仓的方式进行浇筑,由于坡陡,空间小,泵管拆装均十分困难,在浇筑过程中,容易出现堵管等异常情况,处理难度非常大,极易出现仓面初凝导致停仓等质量问题的发生。为此,在溪洛渡电站右岸引水下弯段浇筑入仓方式上结合现场情况做了改进。第1,2仓泵送距离较短且坡度较缓,仍然采用泵送入仓。第3.4仓自上弯段供料,利用提前安装用于竖井浇筑的溜管将砼料溜至仓面,再用溜槽分料入仓。第3,4仓浇筑不需使用泵车,不需拆装泵管,节省了人工费和泵送费,同时避免了堵管等异常情况的发生,具有显著的施工便利性、经济性,同时质量更有保证。
 
  9.结 语
 
  在溪洛渡电站右岸地下引水下弯砼施工中,通过深入分析砼浇筑施工受力情况,成功解决了下弯段施工通道布置的关键问题,同时通过对模板支撑体系优化选择,排架搭设、钢筋绑扎入仓方式进行改进,显著节省了成本,提高了施工工效和施工质量。通过对浇筑过程中模板支撑体系结构受力做进一步深入计算,如果按8小时上升5米计算,最不利情况出现在第2仓的浇筑,其最不利情况水平向左的分力可达34t,因此在下弯段浇筑过程中为确保结构稳定,必须严格控制腰线以下浇筑速度并适时监控。
 
参考文献
[1]杜荣军混凝土工程与模板支架技术[k]

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