滑模施工技术在万家寨中孔溢流面修复中的应用

焦 昊

（黄河万家寨水利枢纽有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

万家寨水利枢纽工程，位于黄河北干流托克托至龙口河段峡谷内，属一等大（一）型工程。枢纽工程的主要任务是供水结合发电调峰，同时兼有防洪、防凌作用，为引黄入晋工程的龙头工程。水库总库容8.96亿m3，调节库容4.45亿m3。枢纽年供水量可达l4亿m3。电站装有6台单机容量180 MW的混流式水轮发电机组，总装机容量为l 080 MW，多年平均年发电量为27.5亿kW·h，年利用小时数2 546 h。

万家寨水利枢纽泄水建筑物布置在左岸，分布在4～10号坝段，由8个 4 m×6 m的底孔，4个 4 m×8 m 的中孔，l个l4 m×l0 m的表孔组成。中孔的主要作用为泄洪排沙和排泄漂浮物，布置在9号、10号坝段。中孔堰面曲线为抛物线，方程为y=0.011 765x2，后接坡度1∶0.85的直线段，直线段与护坦间以半径为35 m的反弧段连接，反弧夹角为 49°38′08″。

2 中孔溢流面修复的设计方案

万家寨水利枢纽采用“蓄清排浑”的运用方式，每年需排走80%以上的泥沙。因黄河泥沙具有硬矿物含量高、硬度大、泥沙颗粒多呈棱形的特点。泄水建筑物经过10多年运行后，存在不同程度的混凝土老化、裂缝、剥蚀等现象。

为保证泄水建筑物后期安全运行，2014—2015年万家寨水利枢纽分两期，对5～8号底孔坝段、9～10号中孔坝段等的过流部位进行修复。其中，中孔溢流面混凝土，采取少凿多浇的方式进行彻底修复，考虑到中孔溢流面曲线由1段函数曲线、1段斜线、1段圆弧线组成，且过流流速较高，混凝土外观质量控制尤为重要，经方案比选后，选用滑模施工工艺进行混凝土浇筑。

2.1 凿除表层疏松混凝土

根据前期检测情况，分别对溢流面坝下0+08.825—0+14.825段凿除30 cm深，坝下0+14.825—0+58.510段凿除10 cm深，坝下0+58.510—0+087.50段凿除30 cm深，凿除后表面应为新鲜坚硬的混凝土。

2.2 新老混凝土结合面处理

在凿除面上植入环氧树脂锚杆，锚杆采用直径16 mm间距500 mm，深入老混凝土35 cm，顶部与表层钢筋网焊接，表层钢筋采用直径16 mm，间距150 mm钢筋网。在新老混凝土结合面清洗结束后、新混凝土浇筑前，涂刷一层界面胶，以增加层间结合。

2.3 混凝土浇筑

新浇混凝土为C50 F300 W6（二）高强混凝土，浇筑厚度28～59 cm。

3 滑模构造

本工程采用滑模施工的范围为坝下0+075—坝下0+030.2函数曲线段。整个滑模系统由模板、加劲桁架、轨道、支撑架、行走及提升设备等组成。

3.1 模板与加劲桁架

模板长度根据溢流面宽度确定为16 m，共由3块钢板组成，其中2块规格尺寸为长7.3 m、宽1.2 m，1块规格尺寸为长1.4 m、宽1.2 m；面板选用5 mm厚Q 235钢板加工，肋板为63 mm×6 mm扁钢，间距为0.38 m。

桁架整体长度16.6 m，高2.0 m，宽1.20 m，为梯形断面，分二节加工，现场用螺栓连接；桁架上下弦杆采用25号a槽钢加工，立杆及水平杆采用16号a槽钢加工，斜杆选用∠75 mm×75 mm×8 mm角钢加工。

3.2 轨道与支撑架

轨道材料选用Ⅰ25工字钢，按溢流面曲线分段进行加工制作，两条轨道中心距离为16.1 m。为便于现场运输和吊装，每6 m一段分节组装。支撑架材料选用16号a槽钢和DN 159钢管立柱，间距1.5 m，与轨道采用焊接固定。支撑架的布置型式分为两种。

3.2.1 坝段分缝处布置型式

DN 159钢管作为支撑架，下端采用14 mm钢板与锚筋焊接，固定于溢流面上。锚筋为直径25 mm钢筋，在溢流面坝段分缝处布设，间距150 cm，具体型式见图1。

图1 坝段分缝处支撑架型式

3.2.2 导墙处布置型式

16号槽钢作为支撑架，与锚筋焊接固定在导墙上。锚筋有直径25和直径16钢筋两种，直径25钢筋布设在导墙部位高于溢流面38.4 cm处，间距150 cm，直径16钢筋布设在导墙部位高于溢流面18 cm处，间距150 cm，具体型式见图2。

3.3 提升设备与行走装置

滑模牵引力计算，采用《水工建筑物滑动模板施工技术规范》（SL 32-2014）中的滑模牵引力计算公式：

式中：K——牵引力安全系数；

τ——模体与混凝土的粘结力；

A——模体与混凝土的接触面积；

图2 导墙处支撑架型式

φ——模体倾角；

G——模体系统自重（包括配重、施工荷载），kN；

p——混凝土的上托力，kN；

f1——钢模体与混凝土的摩擦系数；

f2——滚轮或滑块与轨道的摩擦系数。

经计算，结果为141.2 kN。

根据现场施工实际，选用4台20 t倒链为主要牵引设备，一边悬挂在滑模两个端部，一边固定在预埋的锚固点上。两组倒链采取一组活动，一组固定的提升方式，循环工作。

行走装置采用两副滚轮，分别安装在桁架两端，每副行走装置包括四个组装滑轮。行走装置用定位板与桁架连接。

4 滑模施工准备

4.1 轨道安装及滑模拼装

轨道及支撑架安装精度要求较高，施工前应由测量队进行放样，并反复校核，主要控制程序如下：

轨道中心线和立模边线测量、支撑架位置测量、检查支撑架标高、支柱上端部放轨道中心线、检查轨道中心位置和轨顶标高、检查溢流面线与设计线的偏差。

由于混凝土浇筑前要对溢流面进行凿除，需要搭设脚手架做为平台使用，轨道的测量放线在脚手架完全搭成前完成，以免埋件埋设相关准备工作无法完成。

支撑架与预埋锚筋、轨道与支撑架、模板与桁架均采用焊接连接。

滑模组装完成后，在桁架下游侧布设人工操作平台，底宽1.0 m，高1.6 m，用以收面和检查使用。

4.2 牵引设备安装

牵引设备主要由4个20 t倒链和在溢流面上的锚固点组成，4个倒链两两一组进行对称行动，保证一组活动，一组固定。锚固点设置在溢流面凿除完成后的混凝土面上，采用4根直径25钢筋组成的锚筋桩，锚固长度根据现场拉拔试验结果确定为30 cm。锚固点的稳定对施工安全至关重要，施工过程中每日对锚固点进行检查，并形成记录。

4.3 试滑

滑模系统安装完成后，在施工前进行了空载提升试验，主要目的是验证轨道与滚轮之间的匹配情况；验证支撑架与轨道的可靠性；检验滑升系统运行及制动情况。

试滑过程中，安排专业技术人员对上述情况进行认真细致的检查，确认模体满足要求后方可组织开始施工。

5 滑模施工

5.1 混凝土运输及入仓

采用滑模施工部位的最大浇筑仓号面积11 m2，浇筑一层混凝土约3.4 m3。

溢流面高程901.4 m以下混凝土水平运输采用8 m3混凝土搅拌车，沿左岸下游施工道路运输至9—10号坝段护坦，倒入混凝土集料斗；溢流面高程901.4—946 m混凝土水平运输采用8 m3混凝土搅拌车，沿左岸上坝公路运输至中孔工作门，混凝土卸入混凝土吊罐。

溢流面高程900.0～901.4 m区域混凝土浇筑时由自卸汽车运送拌合料进入浇筑区域下游端部，然后设集料斗进行中转，最后由长臂反铲送料入仓；高程901.4～946.0 m混凝土浇筑时采用汽车吊、吊罐混凝土卸到工作门底部集料斗，再通过溜槽的方式进入仓号。

5.2 混凝土浇筑

混凝土浇筑时，层厚控制在30 cm左右。铺料注意均匀对称，确保滑模上升稳定。混凝土的塌落度控制在11～13 cm之间，根据现场温度及时调整。

每层浇筑、振捣完成后，再进行下一层浇筑，当一个行程（1.2 m）结束后，等待第一层混凝土初凝后终凝前，开始向上游滑动模板，滑动高度每次不大于30 cm。振捣采用直径50软轴振捣器。

每层浇筑完成，滑模滑升后，安排专业技术工人进行抹面压光，并及时进行塑料薄膜覆盖养护。

5.3 滑模滑升速度控制

滑模滑升速度对混凝土成型的外观质量和模体的施工安全至关重要。模体提升过早，混凝土无法成型，提升过晚，混凝土表面平整度较差且易产生裂缝，甚至可能造成安全事故。施工过程中牵引速度控制在5～10cm/min。一般白天滑升4m左右，夜晚滑升3m左右。

在滑模提升过程中，安排专人观测行走滚轮运行状况，对照埋设的标记进行检查，随时调整，确保滑模两端同步上升。在达到理论脱模时间时必须滑升一次，直到滑空为止。

6 经验与教训

6.1 测量频次加密

由于中孔堰面曲线为抛物线，滑模在制作和安装过程中，需要进行反复测量校准。特别是在轨道埋件埋设时，埋设前测量放线完成后，在过程中随高度每上升5 m，还要再次校准，避免较大偏差。

另外在滑模滑升过程中，及时用水平尺测量平整度，如超过要求，应及时予以解决，尽量避免混凝土终凝后再进行磨平处理。

6.2 减少现场作业对桁架的扰动

由于溢流面滑模施工对平整度和体型误差要求高，因此施工作业时严禁对桁架扰动，增加局部荷载，造成变形。如禁止在滑模上放置重物，禁止混凝土浇筑时振捣器伸入滑模桁架部位，严格控制每次入仓混凝土量等。施工过程中，要安排专人在混凝土浇筑时和模板滑升时，观察模体和轨道的稳定情况，如发现有上浮或模体脱离轨道现象，及时采取措施，确保安全和混凝土外观质量。

7 结语

水工建筑物采用滑模施工工艺已有40多年的历史，结构型式不断改变，在易于施工和确保混凝土成型质量方面积累了很多宝贵的经验。万家寨重力坝中孔溢流面混凝土浇筑施工中，结合现场施工条件、工程特点，选用了桁架模板、固定轨道、倒链牵引、滚轮行走的滑模施工工艺，取得了预期的混凝土成型效果，平整度控制较好，在以后的类似工程中可借鉴使用。

施工过程中通过严格控制滑模制作加工、现场安装、混凝土收面等工序的质量，在混凝土体型完整、表面平整等方面取得了预期的效果。