清河水库供水闸门竖井滑模施工方案及系统结构设计

杨 勇

(绥中县水利局，辽宁 葫芦岛 125200)

随着混凝土材料的不断发展，目前各行业的大型建筑都将混凝土结构作为首选，而滑模施工是为加快混凝土浇筑速度、提高浇筑质量而创立的一种施工方法，特别适用于等截面的混凝土结构。闸门作为水库大坝最核心的设备，其建筑闸门竖井必须要稳定、坚固。根据闸门竖井不同结构，要设计具体的施工方案，并且要设计对应的滑模系统，这是保证工程顺利的关键。

1 滑模施工法优点介绍

滑模施工最开始应用于高桥墩施工，较好地整合了混凝土浇筑的各个工序，类似于“流水线作业”。该施工方法有以下优点：

1) 混凝土浇筑速度快。若建筑结构无特殊形状且原料充足，最快建筑速度能达到3.0 m/d。如果在混凝土材料中加入速凝剂，速度还可进一步提高。

2) 综合成本低。滑模施工实现了在一个平台上，将各个工序紧密且有序地联系在一起，施工人员及设备数量均大幅度减少，使人工费、机械使用费显著降低。

3) 混凝土浇筑质量高。滑模是提前根据建筑结构进行“量身定制”的，模板结构严丝合缝，配合连续提升系统，混凝土浇筑面平滑工整，很少出现“麻面”问题，也从根本上杜绝了“跑偏”现象。

4) 施工安全程度高。滑模施工从设计之初就充分考虑到保障施工人员安全这一问题，将操作平台设计为封闭、稳定结构，有效解决了人员坠落、高空坠物等事故。

2 工程概况

清河水库位于铁岭市清河区，是一座以防洪、灌溉为主，兼顾城市供水、发电、养鱼和生态补水等综合利用、多年调节的大型水利枢纽工程，工程规模为大(Ⅱ)型，工程等别为Ⅱ等，最大总库容9.68×108m3，控制流域面积2 376 km2。本项目主要是对清河水库供水闸门进行拆除重建，设计结构为单孔闸室，两个边墩，中间设计3道胸墙。最大施工高度31 m，闸墩长16.9 m、宽2 m；闸墩间空距4 m，混凝土总量约2 800 m3。

3 取水闸门竖井滑模施工方案设计

3.1 闸墩滑模施工方案设计

由于本项目混凝土浇筑工程量较大，且对闸室结构稳定性和强度要求较高，在此设计使用滑模施工方式。具体为：两侧边墩和1号胸墙采用一体滑升，后期将边墩模体改造为闸墩中间胸墙滑模施工。滑模整体结构见图1[3]。

3.2 2#胸墙滑模施工方案设计

边墩滑模滑升至高程120.5 m时，在两边墩对应2#胸墙下面各埋设两个φ110PVC管，为胸墙底模铺设做准备。图2为2#胸墙模板铺设示意图。

图1 边墩滑模框架结构图

图2 2#胸墙模板铺设示意图

3.3 3#胸墙滑模施工方案设计

3#胸墙施工方法同2#胸墙。边墩滑模滑升至高程125.8 m时，在两边墩对应3#胸墙下面各埋设两个φ110PVC管，为胸墙底模铺设做准备。图3为3#胸墙模板铺设示意图[4]。

3.4 底梁滑模施工方案设计

底梁施工是在底梁下部先安装1 m×1 m的桁架作为底梁底模的支撑，安装结构见图4。

图3 3#胸墙模板铺设示意图

图4 底梁底模模板下部支撑安装示意图

4 滑模系统设计分析

4.1 滑模系统各组成结构设计

4.1.1 模板和围圈

1) 模板分为直墙段和曲线段，滑模主体结构均采用厚度为5 mm钢板焊接而成，利用角钢作为加强肋(L50×5 mm)，而且将加强肋同桁架梁焊接，以保证整个结构稳定性。

2) 围圈的主要目的是加固圆弧段模板，设计为上下两道，分别位于模板两个3等分点位置，选用14号槽钢制作而成。

4.1.2 提升系统

提升系统可以控制滑模操作平台的位置和移动速度，是整个滑模系统的核心组成。本项目的提升系统由爬杆(φ48 mm钢管)、提升架(18#槽钢和δ10 mm钢板焊制而成)和千斤顶(设置在顶部)组成，其中提升架设计为“7”型结构。

4.1.3 滑模盘(操作盘和辅助盘)

操作盘是滑模施工的操作平台，施工人员、物料、设备等均放置在该位置，所受垂直载荷较大。此外，由于刚浇筑的混凝土在重力作用下向滑模有一定的外推力，因此为保证操作盘的稳定性，本项目设计选用∠100、∠75角钢加工制作的1.0 m×1.0 m复式桁架梁。

辅助盘主要用于后期混凝土浇筑结构的养护作业平台，不承受太大载荷，因此设计为“钢架+木板”结构，在保证结构安全稳定的前提下尽量降低自重，用φ20 mm圆钢悬挂在提升架和桁架梁上。

4.1.4 辅助系统

1) 本项目设计洒水管用φ50 mm胶质软管制成，为消除混凝土结构在凝固过程中产生裂缝，洒水管沿着浇筑完成的混凝土墙壁均匀布置，保证混凝土湿度维持在一个稳定标准。

2) 为保证整体滑模结构的安全稳定性，需要时刻观测整个系统的垂直度和水平度，其中利用重垂线测定垂直偏斜度，利用水准仪测量水平偏斜度。

4.2 滑模系统力学结构承载力计算

本项目滑模液压系统选用HQ-100型千斤顶，设计承载能力为10 000 kg，计算承载能力为5 000 kg，爬升行程30 mm，液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台，并通过高压油管同千斤顶相连。

4.2.1 外模千斤顶承载力计算

4.2.1.1 载荷计算

1) 外模千斤顶所需承载的载荷主要包括：钢结构G1(1 200 kg)、施工荷载G2(总重10 400 kg，其中工作人员1 500 kg；工器具500 kg；支撑杆2 000 kg，考虑2倍动力系数及1.3倍不均匀系数)、滑升摩擦阻力G3(总重20 250 kg，附加系数1.5)，因此竖向载荷总重G=G1+G2+G3=42 650 kg。

2) 混凝土和动载荷P1对模板的侧压力P2。本项目设计采用插入式振捣器，P1计算见式(1)，算得P1=1 625 kg/m2，P2=200 kg/m2。所以P总=P1+P2=1 825 kg/m2。

P1=r·(h+0.05)

(1)

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

本项目将钢模板与混凝土摩擦系数f取0.4，则外模千斤顶总承载力F计算见式(2)，算得G′=49 275 kg。

G′=P×S×f

(2)

式中：S为模板与混凝土接触总面积，取67.5 m2。

4.2.1.2 外模千斤顶数量设计

本项目设计每个HQ-100型千斤顶承载能力为5 000 kg，因此外模千斤顶数量n计算见式(3)，得到n=18.38。考虑门槽阻力较大和混凝土浇筑整体结构存在一定的不对称性，为保证滑模滑升质量，外模设计布置20台千斤顶。

n=(G+G′)/5000

(3)

4.2.2 内模千斤顶承载力计算

4.2.2.1 载荷计算

1) 内模千斤顶所需承载的载荷主要包括：滑模结构自重G1(总重32 600 kg，包括钢结构24 800 kg；液压系统1 800 kg；花纹钢板6 000 kg)、施工载荷G2(15 600 kg)、滑升摩擦阻力G3(28 200 kg)，因此竖向载荷总重G=G1+G2+G3=76 400 kg。

2) 混凝土对模板的侧压力失稳重力换算P=20 000 kg/m2，侧压力总面积约为0.955 m2，因此该部分载荷G′=19 100 kg。

4.2.2.2 内模千斤顶数量设计

内模千斤顶数量n计算见式(4)，得到n=19.1。同样考虑到门槽阻力较大和结构不对称，为保证滑模滑升质量，内模设计布置20台千斤顶。

n=(G+G′)/5000

(4)

5 结 语

滑模施工在当前大体积混凝土浇筑中应用广泛，而且大大提高了浇筑速度和质量。清河水库供水闸门通过应用该技术，比普通施工手段节约工期约1/5，综合成本明显降低，且在施工过程中未发生一起安全事故，该项目取得圆满成功。滑模系统设计工作是成功的前提，必须根据工程各个部分实际尺寸对其进行“量身定制”，滑模系统承载力也要通过验算确定。