关门山水库堆石坝滑模设计与施工分析

赵艳杰

(本溪满族自治县水务和移民事务服务中心，辽宁 本溪 117100)

1 工程概况

关门山水库是一座以工农业供水为主，兼顾养殖、发电、防洪等功能的水利工程，水库下游分布有小市镇及其辖属6个村镇，沿下游有小草线公路、溪田铁路通过，共涉及9.6万人，耕地面积2467hm2[1]。水库前期设计坝型为混凝土双曲拱坝，曾于1977年8月按拱坝方案设计施工，完成了泄洪输水洞开挖、洞身混凝土衬砌、两坝肩开挖以及副坝坝基开挖等项工程，后因材料供应紧张、价格不断上涨等原因重新比较了关门山水库坝型，为充分利用当地材料筑坝，经初步设计和调整变更，于1985年9月最终确定为混凝土面板堆石坝。

根据施工安排和堆石坝方案要求，在“三通一平”人员、设备进场基本就绪的情况下，开始清理坝基为堆石坝填筑做准备。1985年12月开始施工导流洞，1986年4月围堰截流成功，导流洞打通，同年7月大坝堆石填筑施工进度上游侧326.90m高程，下游侧327.60m高程，平均高出地面2m，先后经受两次过流考验，坝面过流后经清理继续填筑；1988年4月大坝填筑先后达到376.0m高程，开始浇筑上游面板混凝土，同年8月提前落闸蓄水，10月面板混凝土浇筑全部结束，12月大坝全面达到设计高程，基本建成[2]。其中，泄洪输水洞进口拦污栅排架、平板闸门槽、底板和出口启闭室底板、闸门、插入墙以及进出口启闭机室施工先后于1986年3月-1991年8月完成，溢洪道工程开挖与混凝土浇筑施工，穿插于大坝、泄洪输水洞、电站等工程之间。文章以面板混凝土浇筑过程中的滑膜施工为例，重点分析了滑膜、钢筋、混凝土和异性块等施工技术，以期为今后类似工程的滑膜施工与施工提供科学的指导。

2 滑模设计与施工

2.1 模板设计

组装后滑膜宽度应符合6m与12m的施工要求，因此滑膜设计时必须考虑滑膜结构的运输方便、拆卸简单和刚度好等要求[3]。模板应具备抵抗纵向变形和水平位移的能力，以满足软基固定滑轨的要求。布置过程中滑模总体可以分为滑轨、牵引和模板系统3个部分，各系统的技术参数和工艺技术如下。

2.1.1 模板系统

工作平台、端架、悬臂梁和板梁为组成模板系统的主要内容，面板混凝土浇筑的全套模板总重为5t。

1)板梁：板梁的每节长度为6m，主要由∠50腹杆和[200弦杆构成桁架结构。为了保证两节悬臂梁和板梁之间的牢固连接，将板梁断面及两端均设置相应的螺栓孔，采用5mm后钢板制成宽度为1.1m的板面。

2)悬臂梁：悬臂梁起到连接端架与板梁的作用，选用[200制成的空箱式结构与一节、两节板梁连接形成6m和12m宽的滑膜。

3)端架：端架下面设置拉杆的索引铰座、限位轮、主轮、纵向和水平位移轮，模板系统中利用[200制成空箱结构。

4)工作平台：工作平台具有通道运输、压实磨光已滑过混凝土表面等功能作用，板梁与工作平台之间利用Mtb螺栓连接，宽60cm后花纹板铺设于平台上，每节宽1.2m、长6m。

2.1.2 牵引系统

千斤顶、千斤顶拉杆以及油压操作柜等构件组成了牵引系统，各构件的型号以及连接方法如下：

牵引系统中选用YKT-36型油压操作柜，其中液压千斤顶的型号为GDY-35，系统中的60台千斤顶则由8个油管集中操纵。以钢丝绳高压胶管作为液压管路的主要材质，其支管、主管直径为8mm和10mm，部分支管为6mm。在液压操作柜内主管通过电磁换向阀与油泵、油箱连接，千斤顶、支管与主管相连组成整个液压系统[4-5]。

GDY-35型液压千斤顶的最大行程为30mm，工作压力为10MPa，最大起重量3.5t。这种千斤顶具备性能可靠、维修方便、重量轻和体积小等优势，使用过程中可以利用φ25的钢筋穿过千斤顶的中心连接于模板。拉杆在“卡头”上下交替作用下走过一个行程，由此通过千斤顶内部的牵引作用实现模板的滑升。根据千斤顶的容许承载力、混凝土与滑模摩擦总阻力等因素合理确定千斤顶的个数，该工程滑膜设计时牵引系统的千斤顶数确定为8个，选用φ25普通钢筋作为千斤顶的拉杆，按照两组、每组2根的方式布置。以[100制成的三角形作为千斤顶固定架的结构形式，顶部设有千斤顶固定铰座而底部固定于防浪墙基础部位。

2.1.3 钢轨布置

按照混凝土的先浇块、后浇块将钢轨的布置形式分为Ⅰ、Ⅱ两种类型。从全坝面的角度，隔一块浇一块的先浇块宜布置成Ⅰ类钢轨形式；将钢轨固定于已浇混凝土面板时，这种后浇块宜选用Ⅱ类钢轨布置形式[6]。

1)布置形式Ⅰ：一般条件下，选用[200制成Ⅰ类钢轨。钢轨的支撑点为间距2.5m的立柱，在混凝土垫梁的预埋件固定∠70制成的立柱。采用间距15cm、双向φ10构造配筋制成混凝土垫梁，利用∠50制作梁上的预埋件。工程实践中，变截面为混凝土面板最常用的设计形式，为解决安装时钢轨可能出现偏差的问题，将升、降装置安设于立柱上。

2)布置形式Ⅱ：一般地，为了固定钢轨将套筒螺栓预埋至现浇块的混凝土内，而关门山水库滑膜钢轨设计时，采用下部焊4根φ16钢筋的铁杆和预埋厚8mm的350mm×100mm的钢板固定轨道。

2.2 滑模施工

面板滑膜施工可以有效防止施工缝的出现，通过一次性安装好侧模与滑升模板实现混凝土的连续浇筑，保证面板滑出时的平整美观要求[7]。因此，滑膜施工可以显著提升面板的浇筑速度。

2.2.1 滑膜

1)安装轨道：轨道中心线利用测量放线的方法确定，将混凝土垫梁基础埋设于砂浆面上，然后按照放好的中心线浇筑垫梁混凝土。若采用碾压砂浆法固坡和坝面防渗处理，必须按照要求合理挖掘垫梁基础；若采用喷混凝土法则不必挖掘垫梁基础，一次性固定好滑轨预埋件即可。当达到一定强度时，在混凝土上安装钢轨与立柱，保持面板界面与钢轨的上平面具有相同的变化，为保证面板平整度一次性安装好每块板的钢轨[8]。

2)安装滑模：为保证模板制作精度有必要在厂家试组装一次，拆卸后运送至施工现场再次组装，滑膜的现场吊装与安装利用1m3挖土机完成，沿滑轨从坝顶放至坝脚并完成一次试车检验。

3)安装提升系统：选用打坡口对焊的方式在现场焊接拉杆，为保证结合部位的光洁度利用手砂轮打平焊接部位。尽量选用长度较长的钢筋制作拉杆，结合设计要求可以适当的减少焊口。

滑膜施工中应用到的8个液压千斤顶应在长内事先选好，为保证其同步性还要作打压试验。此外，通过打压试验检查供油管路和油压操作柜的功能性能，必须保证质量合格后方可安装。

2.2.2 钢筋处理

模板前打入横、纵间距1.5m直径为22-25mm的锚筋，控制打入砂浆的深度为35-40cm，然后人工将钢筋输送至仓面并完成人工绑扎。

2.2.3 混凝土运输与入仓

堆石坝左端下游50m处设置混凝土拌和场，将分料器安设于所要浇筑的板块处，从拌和场引一条皮带线并连接于滑槽的接料漏斗设置在分料器处。该堆石坝面板施工过程中，将长200mm的两条滑槽布置于宽12m的板块处，断面尺寸为350mm×220mm，为确保稳定提升利用挂钩连接相邻滑槽。实践表明，仓面控制在6m宽时滑槽的工作性能达到最佳。

2.2.4 滑膜的提升

混凝土料的配合比在很大程度上决定了面板坝滑膜施工的速度、工程建设质量，在前期大量试验的基础上最终确定了堆石坝混凝土配合比。为了提高抗冻性、改善混凝土和易性以及减少水泥用量，混凝土拌和料中应加入一定的引气剂和木钙，同时为了提升混凝土质量及改善砂子级配，关门山水库堆石坝浇筑时加入石粉。最终设计的混凝土各性能参数为：混凝土抗冻D250、抗渗S8、强度25MPa，水泥型号为抚顺525水泥；最大骨料粒径40mm，石粉、引气剂和木钙含量25%、0.10%和0.25%，塌落度3-5cm。

关门山水库堆石坝施工过程中，每浇筑后20-25cm混凝土就要提升一次滑膜，提升距离为30-40cm，正常施工时提升速度为每20-300min一次。由于混凝土在滑膜提升时还不具有强度，混凝土强度利用常规的贯用阻力法难以确定。因此，混凝土振捣完成后基本上可以满足提升要求。入仓过程中应确保混凝土同层下料的均匀性，若出现不下料的情况应摊平此层料。此外，应配备合适的振捣器，工程中宜用小功率振捣器满足滑膜和止附近的振捣要求。该工程选用的振捣器规格为直径100mm、70mm两种类型，振捣时插入混凝土的深度以不超过5cm为宜，为避免靠近模板时振捣插入滑膜下面，应保持滑膜前混凝土与振捣器平行[9-10]。

特殊情况下停止混凝土浇筑时，应每隔30min提升1-2个形成以防治模板与混凝土的粘结。采用挠毛法对仓面加以处理，重新浇筑时应先铺一层高一级或同标号的砂浆，较正常滑升时间此部位的滑膜提升要提前。采用抹子压平磨光滑升完的混凝土表面，遇有缺陷时应及时加以处理。统计整理关门山水库堆石坝的每块面板滑升参数及其时间，如表1所示。

表1 面板滑升时间与进度

2.2.5 混凝土养护

关门山水库堆石坝面板施工具有较快的速度，在洒水养护混凝土时面板已经滑处10m以上，夏季高温施工时混凝土表面易出现裂缝，为解决此问题采用塑料布覆盖法对混凝土加以养护。采用钻孔为3mm的钢管洒水，相邻钻孔间的间距为50mm，板块宽度与管子长度相同，提升过程中与模板保持同步。

2.2.6 异型块施工

不规则形成为板块靠近岸边的常见设计形式，为了最大程度的利用滑模功能，在座块上利用膨胀螺栓固定滑轨，然后采用相同的方法固定浇筑完成的板块B1和B2。

3 结论与建议

采用滑膜施工可以显著提升堆石坝面板的施工速度，采用该方法可以满足关门山水库各项设计要求和施工质量要求，主要结论如下：

1)关门山水库堆石坝混凝土利用皮带机运输，具有较强的运输能力和较好的连续性，但存在砂浆损失明显及夏季施工易出现裂缝等问题，为保证混凝土质量应做好防嗮措施；混凝土入仓浇筑利用滑槽运输取得了成功，该方法具有拌和物不离析、故障率低、操作方便和速度快等优点；另外，为更好的控制6m宽仓面需要完善滑槽，解决人工摆动槽子需要投入大量劳动力的问题，工程中可以将布料机设置于入仓处，由此保证均匀夏凉和降低劳动强度。

2)采用滑膜浇筑1∶1.4坝坡面板时，混凝土塌落度对滑升速度的影响较大，因此比较适宜的塌落度为4-5cm。初凝时模板与混凝土的粘结力较少，两者接触以摩擦力为主，且混凝土强度较低，因此滑升时需要的牵引力较小。1∶1.3-1∶1.4为堆石坝面板的适宜坡比，该条件下厚度较薄，混凝土浇筑的上拓力较低未发挥明显的作用，此时主要考虑构造要求合理设计滑模。