(水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038)

異形鋼模板在密云水庫調(diào)蓄工程泵站群施工中的應(yīng)用

吳鋼李皓劉磊

(水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038)

南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程泵站群中的第1～第7級(jí)為低揚(yáng)程、立式布置泵站，是由方變圓的肘形進(jìn)水流道及由圓變方的虹吸式出水流道組成，因其模板尺寸大、體型復(fù)雜、制作及加固困難而成為工程施工的難點(diǎn)。為保證工程質(zhì)量，滿足施工進(jìn)度，節(jié)省工程造價(jià)，泵站流道變徑段全部采用預(yù)制異形鋼模板和內(nèi)撐外壓法施工，取得了預(yù)期效果，為在北方建設(shè)類似低揚(yáng)程、立式軸流泵站積累了經(jīng)驗(yàn)。

泵站；流道；鋼模板

1 工程概況

南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程是為解決南水北調(diào)中線來水與北京市用水過程不匹配而設(shè)置的大型調(diào)蓄工程。該工程從團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池輸水至密云水庫，全長約103km，共經(jīng)9級(jí)泵站加壓提升，設(shè)計(jì)總揚(yáng)程132.85m，總裝機(jī)容量達(dá)36320kW，年運(yùn)行時(shí)間長達(dá)7000h。團(tuán)城湖調(diào)節(jié)池到懷柔水庫為全長73km的梯形明渠，經(jīng)6級(jí)泵站加壓，依次為屯佃泵站、前柳林泵站、埝頭泵站、興壽泵站、李史山泵站、西臺(tái)上泵站，設(shè)計(jì)輸水流量為20m3/s。懷柔水庫到密云水庫全長約30km，經(jīng)3級(jí)泵站加壓，依次為郭家塢泵站、雁棲泵站、溪翁泵站，其中懷柔水庫到雁棲泵站是長度約8km明渠反向輸水，雁棲泵站到密云水庫為全長約22km單排DN2600mm預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道(PCCP)。泵站等別為Ⅱ等，泵站主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，次要建筑物為3級(jí)。密云水庫調(diào)蓄工程泵站群性能參數(shù)見表1。

表1 密云水庫調(diào)蓄工程泵站群性能參數(shù)

2 泵站進(jìn)出水流道特點(diǎn)

密云水庫調(diào)蓄工程第1～第7級(jí)泵站(屯佃泵站～郭家塢泵站)為低揚(yáng)程泵站，采用立式布置，泵房內(nèi)部自下而上分為進(jìn)水流道層、水泵層、出水流道層和電機(jī)層。進(jìn)水流道為肘形，其斷面沿水流方向由矩形漸變?yōu)閳A形，由2.38m×3.5m矩形漸變?chǔ)?.42m圓形彎頭連接水泵；出水流道為虹吸式，其斷面沿水流方向由圓形漸變?yōu)榫匦?，水泵出口?.8m圓形漸變?yōu)?.247m×2.529m矩形駝峰，漸擴(kuò)至1.59m×3.5m矩形出口。泵站進(jìn)出水流道如圖1所示。

3 泵站流道混凝土模板選擇

對(duì)于低揚(yáng)程泵站異形流道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工，由方變圓的肘形進(jìn)水流道及由圓變方的虹吸式出水流道，因其模板尺寸大、體型復(fù)雜、制作及加固困難而成為工程施工的難點(diǎn)。

常規(guī)施工方法為底板澆筑后，制作木模板[1]，現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)，進(jìn)行鋼筋綁扎并澆筑混凝土。由于木模板為異形模板，制作時(shí)須經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬放樣，并由專業(yè)木模板制作工制作。但是北京地區(qū)很少使用低揚(yáng)程泵站，能夠制作流道木模板的工人極少，且制作時(shí)間較長。

圖1 泵站進(jìn)出水流道(以埝頭泵站為例)

該工程第1～第7級(jí)泵站共27套進(jìn)出水流道需同時(shí)施工，在模板制作上具有一定困難。鋼模板具備部件強(qiáng)度高、組合剛度大、制作速度快、不易變形、整體性好等特點(diǎn)[2]。鋼模板可預(yù)先加工，整體運(yùn)輸?shù)焦さ睾蟋F(xiàn)場(chǎng)吊裝，在施工上具有較大便利性。因此，該工程進(jìn)出水流道方形結(jié)構(gòu)段采用木制模板，進(jìn)出水流道變徑段，即在由方變圓的進(jìn)水流道段和由圓變方的出水流道段采用異形鋼模板、內(nèi)撐外壓法作為泵站流道鋼筋混凝土施工方法，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了工程成本。

鋼模板材料采用Q235A，壁厚采用δ5mm鋼板；內(nèi)壁采用50mm×50mm×4mm角鋼和50mm×10mm帶鋼加強(qiáng)；內(nèi)側(cè)采用φ48mm的鋼管支撐；鋼模板對(duì)接焊縫在外側(cè)焊接，焊縫打磨平順去掉毛刺。

在澆筑底板混凝土前，將支撐模板的鋼管及其他預(yù)埋件位置確定準(zhǔn)確，提前埋入，保證流道模板的支撐位置與受力位置均衡。沿模板的軸向預(yù)埋焊接12號(hào)工字鋼門架，依靠碗扣架頂托將模板固定在門架內(nèi)，不得移動(dòng)，防止混凝土澆筑過程中漸變流道模板上浮。

4 鋼模板制作及安裝

4.1 鋼模板制作

肘型流道模板制作是保證流道符合設(shè)計(jì)要求線型、滿足設(shè)計(jì)流態(tài)、減少水流阻力的重要環(huán)節(jié)，采用定型鋼模板時(shí)，應(yīng)經(jīng)過鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保其滿足流道外部尺寸要求，表面鋼板、內(nèi)部支撐具有承受相應(yīng)施工階段荷載的能力，工廠化制作、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝應(yīng)有相應(yīng)方案。

4.2 鋼模板安裝

定型鋼模板拼裝完畢后整體吊裝，吊裝前對(duì)模板進(jìn)行打磨、拋光，涂抹脫模劑。安裝過程中測(cè)量人員嚴(yán)格控制模板的高程及位置，確保澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.1 進(jìn)水流道模板

每套進(jìn)水流道模板根據(jù)長度宜分成三段，如圖2所示。每段分成三大塊、一小塊，四塊形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，塊與塊之間采用螺栓連接。為方便模板的拆除，頂部最小的模板拼接縫采用楔形拼接，如圖3所示。

圖2 進(jìn)水流道漸變段定型模板分段縱剖圖

圖3 進(jìn)水流道漸變段定型模板分段橫剖圖

進(jìn)水流道定型鋼模板安裝固定依靠底板一期混凝土φ4.8cm鋼管，鋼管上安裝碗扣件頂托，頂托上放置混凝土同標(biāo)號(hào)的墊塊，依靠調(diào)整頂托的絲杠來調(diào)整進(jìn)水口漸變流道模板的位置和高程。為保證支撐的受力位置，預(yù)埋鋼管及鋼結(jié)構(gòu)門架前，根據(jù)模板的加固受力橫肋位置埋設(shè)，保證四周支撐點(diǎn)在模板內(nèi)的鋼橫肋處受力。為防止混凝土澆筑過程中，流道模板上浮或左右位移，可在12號(hào)工字鋼固定門架上焊接φ4.8cm鋼管，在鋼管上安裝頂托，頂托支撐混凝土墊塊，仍依靠調(diào)節(jié)頂托絲杠來固定漸變流道模板的位置。模板內(nèi)部采用碗扣架鋼管十字撐進(jìn)行支護(hù)，支撐位置與流道外部支撐點(diǎn)相對(duì)。并通過環(huán)向鋼筋配合保護(hù)層墊塊對(duì)定型鋼模板再次固定，對(duì)防止混凝土澆筑時(shí)的鋼模板漂浮起到一定作用。

4.2.2 出水流道模板

出水流道漸變模板與進(jìn)水流道漸變段模板加工分段、分塊形式一致。安裝過程中測(cè)量人員嚴(yán)格控制模板的高程及位置，確保澆筑完成的混凝土結(jié)構(gòu)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

出水流道漸變段模板，與進(jìn)水流道漸變段模板同期加固，采用與進(jìn)水流道相同的支撐體系。通過流道四周環(huán)向配筋配合保護(hù)層墊塊對(duì)定型鋼模板再次固定，以防止在澆筑混凝土?xí)r鋼模板漂起,內(nèi)外支撐如圖4 所示。

圖4 出水流道模板支撐縱剖圖

4.3 模板拆除

當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行模板拆除，拆除順序：1號(hào)模板、2號(hào)模板、4號(hào)模板、3號(hào)模板。1號(hào)模板位于流道的頂部，由于是弧形結(jié)構(gòu)，考慮流道內(nèi)空間小，無法使用較大的設(shè)備，故采用20cm寬的條形鋼模板，以便拆除。拆除模板過程中，注意成品混凝土的保護(hù)。

5 混凝土澆筑

5.1 混凝土配合比

流道混凝土采用補(bǔ)償收縮混凝土，配合比見表2。

表2 補(bǔ)償收縮混凝土配合比

混凝土坍落度控制在140±20mm，水膠比0.44，小于規(guī)范值0.5，膠凝材料大于300kg/m3，滿足規(guī)范要求。

5.2 補(bǔ)償收縮性能指標(biāo)

補(bǔ)償收縮混凝土性能指標(biāo)：普通部位水中14d的限制膨脹率0.015%～0.020%，空氣中28d限制收縮率小于0.03%；膨脹加強(qiáng)帶水中14d的限制膨脹率0.025～0.045，空氣中28d限制收縮率小于0.03%。

5.3 泵站下部結(jié)構(gòu)二期混凝土施工

二期混凝土施工主要包括：進(jìn)水流道洞身及頂板混凝土；出水流道下部結(jié)構(gòu)第一層墻身及頂板混凝土。

為保證進(jìn)水流道洞身混凝土的整體性，整個(gè)洞身混凝土在二期澆筑中采用一次澆筑完畢。采用懸模支撐，并在混凝土澆筑過程中，使用較低坍落度的混凝土。為減少混凝土澆筑過程中的上泛，可暫停半個(gè)小時(shí)后再繼續(xù)進(jìn)行下層混凝土澆筑。

5.4 出水流道混凝土澆筑施工

出水流道混凝土采用商品混凝土，防止因模板變形產(chǎn)生裂縫[3]。流道混凝土澆筑時(shí)，嚴(yán)禁泵管撞擊模板。分層澆筑，每層控制在20～30cm，出水流道模板兩側(cè)均衡澆筑，避免因高度不一對(duì)模板產(chǎn)生側(cè)向壓力，使模板產(chǎn)生側(cè)向位移。采用50型插入式振搗棒，與模板保持5～10cm的距離；插入下層混凝土50～100mm；振搗時(shí)要快插慢拔，每一處振搗完畢后邊振搗邊緩慢提出振動(dòng)棒，振搗過程中避免與模板、鋼筋及其他預(yù)埋件碰撞。每棒振搗時(shí)間控制在25s左右。對(duì)每一振搗部位，必須使混凝土振搗密實(shí)、混凝土停止下沉、不再冒出氣泡、表面呈現(xiàn)平坦、泛漿為止；避免過振或漏振。

流道混凝土澆筑過程中，出水流道頂部模板不開孔，主要是為了避免開孔后，澆筑過程中混凝土面不易控制。

6 結(jié) 論

工程第1～第7級(jí)泵站使用異形鋼模板澆筑泵站進(jìn)出水流道施工，既保證工程質(zhì)量，又滿足施工進(jìn)度要求，節(jié)約了工程造價(jià)，為北方地區(qū)低揚(yáng)程、立式軸流泵等泵站施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王先山, 蘇冠魯, 沈萬和, 等. 臺(tái)兒莊泵站肘形流道施工技術(shù)[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2009, 7(6): 381-384.

[2] 朱明, 陳國威. 裝配式鋼模板在泵站肘形進(jìn)水流道中的應(yīng)用[J]. 水利建設(shè)與管理, 2016, 36(12): 1-5.

[3] 韓仕賓, 戴敬秋, 陳衛(wèi)東. 淺談泵站進(jìn)水流道大體積混凝土裂縫的預(yù)防和控制[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2008, 6(1): 295-297.

Applicationofspecial-shapedsteeltemplateinpumpingstationgroupconstructionofMiyunReservoirRegulationandStorageProject

WU Gang, LI Hao, LIU Lei

(ConstructionManagementandQualitySecurityCenter,MWR,Beijing100038,China)

Incoming water of South-to-North Water Diversion Project is dispatched into vertical layout pumping station with low head at the first to the seventh grade in pumping station group construction of Miyun Reservoir Regulation and Storage Project. It is composed of an elbow-shaped inlet conduit from square to round shape and a siphon outlet conduit from round to square. The template becomes a difficulty of project construction because of its large template size, complex shape, difficult manufacturing and reinforcement. Prefabricated special-shaped steel template and inside support outside pressure construction method are completely adopted in the pumping station conduit reducing section in order to guarantee the engineering quality, meet the construction schedule, and save project cost. Expected effects are obtained, thereby accumulating experience for constructing similar low head and vertical axial flow pumping stations in the north.

pumping station; conduit; steel template

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.010.006

TV544+9

B

1005-4774(2017)010-0023-05