矩形深竖井滑模施工技术研究与应用

矩形深竖井滑模施工技术研究与应用

张攀攀

中国葛洲坝集团建设工程有限公司  云南昆明 650000

摘要：为解决传统的搭设脚手架、重复立模及入仓难度大、质量要求高的难题，通过对上、下库进/出水口闸门井结构研究，研发了一种适合闸门井结构断面的组合钢模板，利用液压千斤顶在爬杆的单项爬升来实现位移，实现矩形断面竖井一次性快速、安全的施工。

关键词：矩形  深竖井  滑模

1  工程概况

上、下库闸门井断面均为不规则多边形，采用钢筋混凝土衬砌，衬砌完成后为矩形，上库闸门井衬砌完成后断面尺寸为3m×8.2m，井深35m，下库闸门井衬砌完成后断面尺寸为2.55m×8m，井深48.2m。

2  滑模特点

（1）采用一种适合闸门井结构断面的组合钢模板，以角钢拼接的钢桁架配合钢模板，通过液压千斤顶在爬杆的单项爬升来实现位移，实现了矩形断面竖井一次性快速、安全的施工，有效的解决了传统的重复立模施工问题。

（2）避开常规的混凝土施工思路，不搭设脚手架，利用加工制作的定型钢模板，通过液压千斤顶实现自己爬升，不需要借助外力。

（3）施工速度快：日平均进度2.5米以上，不管结构体形多大，只要供料能力达到，一般都能达到这个速度，如果能控制好混凝土的初凝时间，速度可更快。

（4）工程质量有保证：滑模混凝土浇筑严格按30厘米分层控制，浇筑、振捣作业在表面进行，便于操作和控制，同时滑模施工具有连续性，减少了施工缝，体形具有可调性，防止出现体形的较大偏差或跑模。表面质量平滑，外观平整，避免出现“麻面”，错台现象。

（5）安全有保障：滑模模体结构有封闭、固定的操作平台，抹面平台设置安全兜网，可以有效防范施工人员坠落、坠物等安全事故。

3  工艺原理

竖井滑模是靠液压千斤顶在爬杆的单向爬升来实现位移，工作时爬杆固定，而千斤顶的动作分为两部份：活塞与上卡体为第一组，缸体、端盖、下卡体为第二组，两部分组件交替动作，其上升步骤为当千斤顶进油时，第一组的上卡体紧卡爬杆，锁紧在原来的位置，第二组被油液压力顶升，千斤顶即向上爬升一定行程，同时带动滑模向上移动；回油时，第二组的下卡体紧卡爬杆锁紧，一组复位。由此循环节节上升完成爬升工作。

4  滑模结构设计

滑模主要由模板组、提升架、液压爬升器、千斤顶、工作平台、辅助平台等组成，浇筑过程中溜筒设置缓降设施。

滑模模板受混凝土浇筑振捣产生的侧压力作用只产生轴力，而且上下围圈受力基本上相等，为便于提升脱模，模板按一定锥度设计，模板的上下口制成具有斜度为1.5‰～2.0‰高度的标准，相对混凝土成品尺寸，呈上口小、下口大的锥形，模板的斜度不足，混凝土会拉裂，斜度过大，产生漏浆使混凝土表面粗糙。围圈是模板的支座，用于将模板和千斤顶及提升架连成整体，以便承受和传递整个滑升模板的垂直和水平荷载，模板安装锥度通过上、下围圈进行控制。

液压提升系统包括液压千斤顶、液压泵站、爬杆。

（1）模体

模体是混凝土成型的模具，其质量（主要包括刚度、表面平滑度）的好坏直接影响着所浇混凝土的成型及外观质量。模板高度为1.5m，厚度d=4mm钢板，并焊∟50mm×5角钢作为加强肋，间距30cm～35cm，与围圈间采用直接焊接牢固。

通过对模板刚度的计算，来验证面板的稳定性。

（2）提升架

提升架是滑升模板与工作盘的联系构件，主要用于支撑模板、围圈、滑模工作平台，并且通过安装于其顶部的千斤顶支撑在支撑杆（爬杆）上，整个滑模荷载将通过提升架传递给支撑杆。

提升架采用18工字钢制作成“F”型提升架，高出模板口约50cm。

（3）工作平台

工作平台是滑模的主要受力构件之一，也是滑模施工的主要工作场地，各构件除满足强度要求外，还应有足够的刚度，也应尽可能减轻其重量。操作平台支撑在提升架的主体竖杆件上，通过提升架与模板连接成一体，并对模板起着横向支撑作用，操作平台采用桁架结构，为确保工作平台强度、刚度，经过计算，选用∟80mm×5角钢制作主肋，∟75mm×7角钢制作辅肋，∟63mm×6角钢制作斜撑，组合成轻型桁架，形成网架，台面采用马道板（5cm厚）铺设密实。

（4）辅助平台

为便于施工人员随时检查脱模后的混凝土质量，及时修补混凝土局部缺陷，扒出预埋件，以及及时对混凝土表面进行洒水养护，在工作平台下方约2.9m处悬挂一辅助平台，用Φ20圆钢悬挂于桁架和提升架下。为减少其重量，同时，为确保人员施工安全，采用悬挂式钢桁架（采用50角钢制作），将井筒断面全部封严，并密实铺满d=5mm木踩板，其外侧焊1.2m高安全护栏，采用Φ48mm钢管制作防护栏杆，下部采用木板设置踢脚板。

为进一步确保人员安全，在辅助平台下悬挂水平兜网做作为一道安全防护网。

（5）支撑杆（爬杆）

选择Φ48×3.5mm焊管作支撑杆，支撑杆的下段埋在混凝土内，采用M10的砂浆回填。上段穿过液压千斤顶的通心孔，承受整个滑模荷载，并作为竖筋的一部分存留在混凝土内，代替一根相应位置竖向钢筋，且同一截面的接头按不大于25%控制，共设置16道支撑杆，初次滑升时，爬升杆长度做成2.5m、3.0m、3.5m、4.0m 等四种规格，其目的是使爬升杆的接头能错开，在同一水平内接头数调整为不超过1/4。正常滑升后，每根爬升杆长3.0m ，所有爬升杆应平整光滑无锈渍，当千斤顶滑升至爬升杆顶端不足350mm时，加高对接爬升杆，接头处用角磨机磨平。

（6）液压系统

液压系统由液压控制台、液压千斤顶、油管及附件组成。选用HM-100型液压千斤顶，设计承载能力100KN，行程30mm，液压控制台为ZYXT-36型自动调平液压控制台。高压油管主管选用φ16mm，支管选用φ8mm，利用直管接头和六（五）通接头同控制台和千斤顶分组相连形成液压系统；组装前必须检查管路是否通畅，耐压是否符合要求，有无漏油等现象，若有异常，必须及时排除。

（7）洒水管

为使脱模的混凝土得到良好养护，在辅助平台上固定一圈洒水管（φ25mmPVC管），在此管朝混凝土壁侧打若干小孔，对混凝土进行喷水养护。

（8）测量控制

在井口两侧门槽位置投放控制点，在工作平台上吊挂两根重垂线，随时监测模体偏移及旋转情况，观察模体的水平位移，同时，在滑模体四周共布置4根重垂线进行监测脱模井壁的垂直度；水平测量利用水准管进行水平度观测。

滑模设计图

滑模现场作业

滑模混凝土效果图

5  滑模滑升

滑动模板每次滑升前应检查并排除妨碍模板滑升的障碍物，滑模滑升分为初始滑升、正常滑升和完成滑升三个阶段。初始滑升阶段，混凝土分层浇筑至60cm～70cm高度，然后开始进行模板的试滑升。正常滑升阶段时，混凝土浇筑高度控制在模板上口以下50～100mm处，并将最上一道横向钢筋留置在外，作为绑扎上一道横向钢筋的标志。

（1）初始滑升

初次滑升是滑升的重要一环，其目的在于观察混凝土强度发展情况，确定滑模时间，以便对滑升模板系统进行全面检查和调整。首批入仓的混凝土分层连续浇筑至60～70cm高后，当混凝土强度达0.2～0.3Mpa时，即用手按混凝土面，能留有1mm左右的痕迹，便开始试滑升。试滑升是为了观察混凝土的实际凝结情况，以及底部混凝土是否达到出模强度。由于初始脱模时间难于掌握，因此必须在现场进行取样试验确定。 滑模初次滑升要缓慢进行，滑升过程中对液压装置、模板结构以及有关设施的负载条件作全面检查，发现问题及时处理，并严格按以下六个步骤进行：第一层浇筑3～5cm厚的水泥砂浆（新老混凝土面能较好的结合），接着按30cm分层厚度浇筑完2层（总厚度达到65cm）后开始滑升5cm，同时检查脱模时间是否合适；第四层浇筑完成后模板滑升5cm；继续浇筑第五层，然后再滑升15～20cm；第六层浇筑后又滑升20～30cm，若无异常现象，便可转入正常滑升阶段。滑升过程中对液压装置、模板结构以及有关设施的负载条件下作全面的检查，发现问题及时处理。因全部荷载由爬杆承受，重点检查爬杆有无弯曲情况、千斤顶和油管接头有无漏油现象、模板倾斜度是否正常等。

（2）正常滑升

正常滑升时控制滑升速度为10～20cm/h，每次滑升20～30cm。采用色拉油脱模剂，滑升时，若脱模混凝土尚有流淌、坍塌或表面呈波纹状，说明混凝土脱模强度低，放慢滑升速度；若脱模混凝土表面不湿润，手按有硬感或伴有混凝土表面被拉裂现象，则说明脱模强度高，加快滑升速度。滑升过程中操作平台保持水平，提升中各千斤顶的相对高差不得大于20mm且相邻两个提升架上千斤顶的升差不得大于10mm。为了控制操作平台的水平，在滑升过程中随时进行有效的水平度的观测，以便及时采取调平措施纠正水平升差。与此同时，也随时检查和记录结构垂直度、扭转及结构截面尺寸等偏差数值，并采取相应的纠正措施。

（3）完成滑升

当模板滑升至距终止高程约1m左右时，即进入完成滑升阶段。此时放慢滑升速度，准确找平混凝土，以保证顶部高程的正确。混凝土浇筑结束后，模板继续上滑，直至混凝土与模板完全脱开为止。

6  滑模纠偏措施

滑模发生偏移主要有两种原因：一是混凝土的侧压力不均衡导致模板发生偏移；二是千斤顶不同步而造成模板产生倾斜，甚至发生扭转。为此有针对性的采取措施进行预防和纠偏；纠偏按渐变原则进行，一次纠偏不宜过大。

（1）初次滑升前，模板上口采用螺旋丝杆固定，并在模板下口内侧焊装限位挡块。松开上口丝杆，即可开始进行滑升。

（2）滑升过程中防止下料产生不均衡侧压力，并控制好下料速度和滑升速度，模板滑空高度不大于30cm。

（3）起滑段的爬杆下段与结构钢筋焊接，并在千斤顶下卡头与已浇筑混凝土面之间的爬杆中部增设φ22 拉杆。正常滑升段利用结构钢筋或锚杆焊接φ16钢筋对爬杆进行加固，φ16钢筋一端焊接φ50mm 圆环套住爬杆，并沿洞周均匀布置，每2m一圈，当模板上升到此位置时割断除掉，模板继续上升。

（4）在千斤顶上安装限位装置。安装限位器时用水准仪找平，保证模板在30cm行程中行程一致，从而使整个模板水平上升而不发生偏移。

（5）滑升过程中，发现模板有少量偏移时（一般在±1cm以内），可利用千斤顶来纠偏；如发生向一侧偏移，关闭此侧的千斤顶，滑升另一侧，即可达到纠偏目的。在纠偏过程中，要缓慢进行，不可操之过急，以免混凝土表面出现裂缝。整个滑升过程中，每班交接班时设置专人负责检查模板情况，做好观测数据记录；发现偏移及时进行纠正，防止累计出现大的偏移。

7  停滑处理

滑模停滑包括正常停滑和特殊停滑两种情况。正常停滑指滑模滑升至预定桩号停滑，特殊情况下的停滑包括出现故障、混凝土供应不及时及其他以外因素引起的停滑情况。停滑后，采取以下措施：停滑时混凝土浇筑到同一水平面上。混凝土浇筑完毕以后，模板每隔1h左右整体提升一次，每次提升20～30mm，如此连续进行4h以上，直至混凝土与模板不会粘结为止，并清理好模板上的混凝土、涂刷脱模剂。在继续施工时，对液压系统进行全面检查；因特殊情况造成的停滑，混凝土面按施工缝进行处理。

8  爬升杆弯曲和模板变形处理

爬升杆弯曲时，可在结构筋上加焊钢筋或打斜支撑进行及时纠正处理，当弯曲变形严重时切断爬升杆，重新对接，并加焊“人”字型等斜支撑件。

对模板变形较小的部位，可施加适当的外力进行复原，变形严重时，将模板拆除进行修复或更换。

9  结语

采用液压滑模施工技术，既能保证竖井混凝土连续施工，提高施工效率，又能确保混凝土浇筑质量，且安全性有保障，在类似工程施工中有较高的推广应用价值。