毛爾蓋水電站預(yù)應(yīng)力T形屋面板施工技術(shù)

李曉琴，李明，山繼紅

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司一分局，四川都江堰611830)

1 工程概述

毛爾蓋水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi)的黑水河中游紅巖鄉(xiāng)至俄石壩河段，是黑水河流域水電規(guī)劃二庫五級(jí)開發(fā)方案中的第3個(gè)梯級(jí)電站，該電站為大(2)型引水式單一發(fā)電工程;工程主要由礫石土直心墻堆石壩、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及地面廠房組成;廠內(nèi)安裝3臺(tái)混流式發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量140 MW，總裝機(jī)容量420 MW。地面廠房為單層框架結(jié)構(gòu)，安裝間及主機(jī)間尺寸為:86.06 m×26.2 m×26.5 m(長(zhǎng)×寬×高)，發(fā)電機(jī)層高程為1 877.9 m，T形板安裝高程為1 894.9 m，安裝凈跨為24.2 m，安裝高度為17 m。

2 屋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選

設(shè)計(jì)初期比選了三種屋面設(shè)計(jì)方案:①采用現(xiàn)澆屋面大梁，然后安裝預(yù)制屋面板。由于廠房跨度大且高，因此屋面大梁的設(shè)計(jì)斷面尺寸過大，其施工的支撐結(jié)構(gòu)必將采用滿堂腳手架施工，且與機(jī)電安裝施工不能同時(shí)進(jìn)行;施工難度加大，造價(jià)高且建設(shè)工期延長(zhǎng)。②采用輕鋼屋面結(jié)構(gòu)，施工方便，快速，可以利用橋機(jī)進(jìn)行安裝，但抗外部沖擊荷載的能力較差，一般適用于小型廠房及無外部沖擊荷載的屋面結(jié)構(gòu)。③采用預(yù)應(yīng)力T形屋面板，這種梁板合一的屋面結(jié)構(gòu)預(yù)制施工方便，而且該結(jié)構(gòu)能夠承受外部荷載;預(yù)制和安裝施工不影響機(jī)電安裝，節(jié)約投資、縮短建設(shè)工期。

毛爾蓋水電站廠房后坡有一自然形成的沖溝，雖已進(jìn)行過治理，但為充分確保廠房的安全，設(shè)計(jì)考慮了1.2 t的外部沖擊荷載。因此，毛爾蓋水電站廠房屋面結(jié)構(gòu)經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全比較后，擬采用這種新型的預(yù)應(yīng)力T形板結(jié)構(gòu)形式。

毛爾蓋水電站廠房預(yù)應(yīng)力T形屋面板結(jié)構(gòu)型式見圖1。T形板共計(jì)58件，單件長(zhǎng)度為25.68 m，單件重量為26 t;混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C45，預(yù)應(yīng)力鋼筋56φp5(fptk=1 770 N/mm2)消除預(yù)應(yīng)力鋼絲，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fptk=1 770 N/mm2，張拉控制應(yīng)力σcon=0.68 fptk，超張3%。張拉端錨具為柳州歐維姆建筑機(jī)械有限公司生產(chǎn)的“OVM”型群錨;當(dāng)構(gòu)件強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方可張拉預(yù)應(yīng)力筋。構(gòu)件制作時(shí)不起拱，吊裝時(shí)將吊點(diǎn)設(shè)在距梁端50 cm處。

圖1 預(yù)應(yīng)力T形板結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

3 T形板施工技術(shù)控制的關(guān)鍵

(1)T形板為后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)混凝土質(zhì)量的要求較高。如果實(shí)際施工的混凝土達(dá)不到設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)，在設(shè)計(jì)的張拉應(yīng)力下就會(huì)出現(xiàn)“斷板”等現(xiàn)象，進(jìn)而造成費(fèi)用的增加、工期的延長(zhǎng)，降低屋面板的使用壽命。因此，混凝土施工質(zhì)量的過程控制是T形板施工技術(shù)的關(guān)鍵。

(2)預(yù)應(yīng)力T形板的翼板厚度最薄處為6 cm，澆筑成型后，由于混凝土表面水泥漿的水份蒸發(fā)而收縮以及養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等因素，使混凝土表面產(chǎn)生龜裂等現(xiàn)象，對(duì)于這種現(xiàn)象如果不加以預(yù)防，在張拉應(yīng)力作用下，裂縫會(huì)逐漸增大，甚至在其它因素共同作用下形成貫穿裂縫，從而改變T形板的受力結(jié)構(gòu)。

4 主要施工方法

4.1 T形板施工工藝

做基墩→立定型支架→關(guān)?！跣缀纬叽纭冀睢ｒ?yàn)幾何尺寸→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)→張拉→構(gòu)件吊裝。

4.1.1 施工準(zhǔn)備

由于T形板為后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，構(gòu)件未進(jìn)行張拉前不能承受荷載，場(chǎng)地發(fā)生不均勻沉降等因素都將有可能導(dǎo)致構(gòu)件開裂。因此，要保證構(gòu)件不開裂，制作場(chǎng)地必須平整密實(shí)，要求場(chǎng)內(nèi)無積水、無“彈簧土”。

廠房屋面T形板共計(jì)58件，所有構(gòu)件一次性制作完成，分兩次吊裝，場(chǎng)地面積約需3 200 m2，預(yù)制場(chǎng)地設(shè)在距安裝間150 m處，從而減少了吊裝時(shí)的運(yùn)輸距離，且現(xiàn)有場(chǎng)地能滿足一次性預(yù)制的需要。根據(jù)T形板型號(hào)以及施工進(jìn)度要求，選用3套定型支架、異型模板，滿足了連續(xù)施工要求。P.052.5水泥、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絲、砂石骨料等所有進(jìn)場(chǎng)材料均滿足相關(guān)要求。

4.1.2 模板施工

模板施工之前，先進(jìn)行支墩施工。支墩采用磚砌成240mm×240mm磚墩，縱向墩的間距為1 m，共27個(gè)支墩。做墩的具體方法:T形板制作不起拱，先做好縱向幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)墩，根據(jù)其高度分別做好基墩，用墨線拉緊壓在兩端基墩上，然后根據(jù)各標(biāo)準(zhǔn)墩相對(duì)的位置高度做好標(biāo)準(zhǔn)墩，將各墩面調(diào)整齊平，然后進(jìn)行立支架關(guān)模，將兩個(gè)配對(duì)的支架按構(gòu)件所須高度位置上好連接板，按模板長(zhǎng)度所需的支架數(shù)量編好編號(hào)，按高度畫好標(biāo)記，要求梁和邊柱同時(shí)畫，將支架正立于支墩上面，并用鋼模斜放在支架內(nèi)穩(wěn)定，以防傾倒，校直、校平、校正，隨后便可以開始關(guān)模。先關(guān)好端頭模板，端頭模與轉(zhuǎn)角模相連時(shí)，要求先將“U”型扣掛好后再敲緊，隨后即可拼連梁底模和其它轉(zhuǎn)角模。在關(guān)好端頭的同時(shí)，用墨線將梁的方向校正校平固定，使之與整個(gè)構(gòu)件中心線重合，并保證整個(gè)模板一開始就保持平直，為下一步校模打下基礎(chǔ)，然后依次拼裝，要求兩邊同時(shí)進(jìn)行，直至拼完。在關(guān)好梁底模和梁一邊側(cè)模時(shí)即可綁扎梁鋼筋，梁鋼筋扎好后關(guān)一邊側(cè)模和翼板模。

最后進(jìn)行模板校正。首先用專用水平尺端平兩端頭，按設(shè)計(jì)要求確定板的高度與寬度，并將支架固定，用墨線緊系在兩端梁在支架上標(biāo)好的標(biāo)記上標(biāo)記以支架的上口向下標(biāo)一標(biāo)準(zhǔn)尺寸，看各支架的標(biāo)記是否與廣線平齊，若齊平則用撬棍撬起或下降并用木楔調(diào)平、楔緊，使整個(gè)支架標(biāo)記與廣線成一條直線。梁校正后接著校翼板，用同樣的方法將廣線張緊，固定在兩端支架的立柱直線標(biāo)記上，用撬棍、木楔將支架上的標(biāo)記調(diào)到與廣線平齊為止，并將各支架校正楔緊固牢，使兩翼板在同一水平面上。校翼板的作用主要是保證構(gòu)件的高度、寬度和幾何尺寸，然后用卡尺卡住兩翼板，這樣操作整個(gè)構(gòu)件的幾何尺寸即符合設(shè)計(jì)尺寸。

4.1.3 鋼筋施工

鋼筋施工工藝:鋼筋下料(調(diào)直)→成形→綁扎或焊接→驗(yàn)收。

對(duì)進(jìn)場(chǎng)的鋼材嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)，每批進(jìn)場(chǎng)的鋼筋必須有出廠合格證明書并按國(guó)家規(guī)范要求抽樣試驗(yàn)合格后方能使用到工程中。鋼筋制作及綁扎必須符合《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204—2002)的要求。

鋼筋施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行下料，并在鋼筋場(chǎng)集中加工，由5 t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工現(xiàn)場(chǎng)綁扎，鋼筋的間、排距及焊接質(zhì)量必須符合設(shè)計(jì)圖紙及相關(guān)規(guī)范的要求，對(duì)板面筋的保護(hù)層必須嚴(yán)格控制，確保構(gòu)件的質(zhì)量。

4.1.4 混凝土澆筑

在模板、鋼筋工序完成并經(jīng)“三檢”合格、由監(jiān)理工程師進(jìn)行檢查驗(yàn)收合格后，即可進(jìn)行混凝土澆筑。

T形板混凝土標(biāo)號(hào)為C45，混凝土拌制時(shí)嚴(yán)格按試驗(yàn)室的配料單進(jìn)行配料，并在攪拌站集中攪拌、由混凝土罐車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，由混凝土罐車的自帶溜槽直接將混凝土料鋪勻在板面上，及時(shí)用振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，注意不得漏振及過振，特別是板梁端頭及整個(gè)梁身應(yīng)充分振搗密實(shí)，排除空氣?；炷翝仓瓿珊笫諅}面應(yīng)平整，翼緣可用鐵板或砂板拍打提漿再用平滑的鐵板進(jìn)行收光，做到無起伏，大面平整光滑，無明顯的鐵板印。將翼緣模上擋板上預(yù)埋鐵件上的混凝土水泥漿刮干凈，保證構(gòu)件的外觀質(zhì)量。

混凝土澆筑完成2～3 h后，應(yīng)一邊轉(zhuǎn)動(dòng)鋼管，一邊用自制的絞盤將鋼管拔出，并用電筒檢查塌孔現(xiàn)象，如遇塌孔，將適當(dāng)延長(zhǎng)拔管時(shí)間。混凝土澆筑完成后12 h，待混凝土終凝，表面收水，應(yīng)立即覆蓋薄膜澆水養(yǎng)護(hù)不低于14 d，使混凝土表面保持濕潤(rùn)狀態(tài)，同時(shí)防止混凝土受凍。

采用分段拆模法，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到30%時(shí)便可脫模。拆模應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)禁拋擲。拆除一段，立即做好梁上支墩，并用木楔楔緊受力;同時(shí)支撐好兩邊翼板撐子，要求只起穩(wěn)定作用且不宜過緊，一般支墩的大小取480 mm×480 mm，最大間距不得大于2.5 m，以確保構(gòu)件安全;端部支墩的位置一定要留出吊裝孔的位置，不能影響吊裝穿繩，高度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地確定。如果氣溫較低，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間。

廠房的跨度較大，T形板自重也大，加之有外部沖擊荷載的影響，因此，T形板施工的關(guān)鍵是做好混凝土施工質(zhì)量的控制，防止產(chǎn)生板面混凝土龜裂、“斷板”或降低張拉設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等現(xiàn)象，應(yīng)著重做好以下幾方面工作:①嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)禁將不合格的水泥及含泥量和石粉含量超標(biāo)的砂石骨料用于拌制層面板混凝土;拌制混凝土?xí)r，嚴(yán)格按照試驗(yàn)室經(jīng)過試驗(yàn)取得其強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求的配合比進(jìn)行配料，不得任意更改;嚴(yán)格控制水灰比，不得因施工原因改變混凝土坍落度;②入倉混凝土必須加強(qiáng)振搗，不得過振、欠振和漏振;③混凝土施工完成后，要及時(shí)做好混凝土的保溫和養(yǎng)護(hù)工作，高標(biāo)號(hào)混凝土水化熱較大，保溫和養(yǎng)護(hù)工作甚為重要;④根據(jù)氣候的變化情況，適當(dāng)延長(zhǎng)模板的拆模時(shí)間。

4.2 預(yù)應(yīng)力張拉

張拉施工工藝流程:預(yù)應(yīng)力鋼絲下料→錨固端鐓頭→穿預(yù)應(yīng)力鋼絲→張拉端裝錨具→夾片→張拉→孔道灌漿→切割端部預(yù)應(yīng)力筋→封閉端部。

4.2.1 張拉方法及計(jì)算數(shù)據(jù)

T形板內(nèi)有兩束56絲鋼絲，在施工中先張拉上束，后張拉下束，并采用雙控超張3%的工藝，即利用張拉力和伸長(zhǎng)值進(jìn)行校核。開始張拉時(shí)，先將千斤頂在空載的情況下將缸體打出100 mm左右以便排除頂內(nèi)的空氣，同時(shí)將配套的限位器先裝入鋼絲內(nèi)，并讓其緊貼錨具，裝上千斤頂，再用相配套的工具錨板及工具夾片裝入鋼絲內(nèi)，用專用工具將其敲緊并使夾片之間的距離一致，檢查油表與頂編號(hào)是否相匹配。開始啟動(dòng)油泵，在送油過程應(yīng)隨時(shí)查看工具夾片的鋼絲是否滑移，以保證鋼絲的應(yīng)力不受損失。張拉施工過程中，當(dāng)張拉到10%F實(shí)際張拉力時(shí)，讀取鋼絲伸長(zhǎng)值的初始讀數(shù)δ1，張拉至100%F實(shí)際張拉力時(shí)開始測(cè)鋼絲伸長(zhǎng)值的終讀數(shù)δ2，確定鋼絲的實(shí)際伸長(zhǎng)值=δ2－δ1，以此來校核預(yù)應(yīng)力筋的伸長(zhǎng)值并將實(shí)際伸長(zhǎng)值與理論伸長(zhǎng)值比較。實(shí)際伸長(zhǎng)值與設(shè)計(jì)計(jì)算理論伸長(zhǎng)值的相對(duì)允許偏差為±6%。若伸長(zhǎng)值不符合此項(xiàng)要求，則應(yīng)暫停張拉，找出原因，采取措施直至符合要求再繼續(xù)張拉。

張拉數(shù)據(jù)計(jì)算:預(yù)應(yīng)力鋼絲長(zhǎng)度=T形板梁長(zhǎng)+850mm;T形板預(yù)應(yīng)力鋼絲以設(shè)計(jì)為準(zhǔn)，有關(guān)張拉數(shù)據(jù)如下所示:

(1)張拉控制值Ncon。

1束(上束)筋張拉控制值Ncon1=1 4 4 5.4 2 4 k N。

2束(下束)筋張拉控制值Ncon2=1 3 6 3.1 8 3 k N。

(2)鋼筋束的理論伸長(zhǎng)值Δ p。

1束(上束)筋的理論伸長(zhǎng)值Δ P 1=1 6 7.5 5 m m。

2束(下束)筋的理論伸長(zhǎng)值Δ P 2=1 5 8.0 2 m m。

(3)Ncon作用點(diǎn)處混凝土的彈性壓縮值Δ c。

1束(上束)筋作用點(diǎn)處混凝土的彈性壓縮值Δ C1=8.2 9 m m。

2束(下束)筋作用點(diǎn)處混凝土的彈性壓縮值Δ C2=1 1.2 5 m m。

(4)油表讀數(shù):

利用《千斤頂校驗(yàn)報(bào)告》中的回歸方程:P=0.0 3 4 6 F－0.1。

(5)鋼筋束實(shí)際伸長(zhǎng)值的量測(cè)、計(jì)算及允許誤差。

10%Ncon時(shí)量得伸長(zhǎng)值δ1。

100%Ncon時(shí)量得伸長(zhǎng)值δ2。

實(shí)際伸長(zhǎng)值Δ=(δ2－δ1)/0.9－Δc

4.2.2 孔道灌漿

張拉完畢宜盡快灌漿，采用一個(gè)不小于100 L的容器，按照水灰比不大于0.45的要求，用電動(dòng)小型攪漿機(jī)將水泥漿調(diào)均。用液壓灌漿機(jī)將水泥漿從錨固端的灌漿孔灌入。灌漿機(jī)在開始灌漿前，應(yīng)先用清水將灌漿機(jī)及灌漿管濕潤(rùn)，將一個(gè)特制的灌漿嘴上在鐓頭錨板的孔內(nèi)扭緊后啟動(dòng)灌漿機(jī)，當(dāng)水泥漿從張拉端的OVM錨具中的縫隙射出水泥漿后即停止灌漿，關(guān)掉灌漿機(jī)后立即排出灌漿機(jī)內(nèi)的壓力，取出灌漿嘴并用干水泥抹在鐓頭錨板上，防止水泥漿倒流。

灌漿完畢靜置1～2 d后，將用于操作張拉的鋼絲切割，切割鋼絲采用氧割，在割每小組鋼絲時(shí)，事先用一根小水管一直沖淋著錨具內(nèi)的夾片，以降低其由于溫度過高而膨脹，導(dǎo)致鋼絲滑脫。當(dāng)鋼絲切割完畢且冷卻后，用細(xì)石混凝土封閉鐓頭錨具及OVM錨具。

4.3 T形板吊裝施工

廠房預(yù)應(yīng)力T形板共計(jì)58件，單件長(zhǎng)度為25.68 m，單件重量為26 t，翼板寬度為1.48 m，T形板高度為1.25 m，安裝采用布置在尾水平臺(tái)上的MQ600B施工門機(jī)進(jìn)行吊裝，門機(jī)最大起吊重量為30 t，根據(jù)門機(jī)的機(jī)械性能及起重特性技術(shù)參數(shù)，滿足T形板的吊裝需要。

根據(jù)施工進(jìn)度的總體安排及機(jī)電安裝的需要，T形板預(yù)制、張拉一次性完成，分兩次進(jìn)行吊裝，先吊裝安裝間及1#機(jī)屋面T形板，然后吊裝2#機(jī)和3#機(jī)屋面板。場(chǎng)內(nèi)采用一臺(tái)70 t汽車吊將T形板吊至拖車的V型支架上，拖車的V型支架待T形板就位后在兩側(cè)加以固定，然后由拖車運(yùn)輸至施工門機(jī)的吊裝區(qū)域內(nèi)進(jìn)行吊裝，當(dāng)接近屋面圈梁并略高于圈梁頂高程時(shí)，兩側(cè)用人工修正對(duì)中，控制構(gòu)件兩翼緣在同一水平線上，并在兩端翼緣下?lián)卫沃?，及時(shí)對(duì)構(gòu)件端座與托梁埋件施焊，使之與托梁連接穩(wěn)固，如此逐一進(jìn)行吊裝。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力T形屋面板在毛爾蓋水電站廠房中的成功應(yīng)用，充分體現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力T形板跨度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承受外部荷載大、抗震性能好、造型美觀、屋面防水易處理及預(yù)制、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，縮短了建設(shè)工期，節(jié)約了投資;而且通過實(shí)施技術(shù)和管理措施，防止了板面混凝土較為普遍的龜裂現(xiàn)象的產(chǎn)生，T形板混凝土按設(shè)計(jì)值張拉完成后無一產(chǎn)生裂縫及“斷板”等現(xiàn)象。因此，預(yù)應(yīng)力T形屋面板可廣泛應(yīng)用于跨度大、有外部沖擊荷載要求的地面廠房屋面結(jié)構(gòu)中。