水電站拱壩懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模技術(shù)方案淺析

常耀華 米清文

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

水電站拱壩懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模技術(shù)方案淺析

常耀華 米清文

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

介紹了水電站拱壩懸臂部位立模的多種方案,比較有代表性的如溪洛渡、構(gòu)皮灘和錦屏工程。溪洛渡與構(gòu)皮灘的懸臂結(jié)構(gòu)部位立模方案大部分一致,在導(dǎo)流底孔下游懸臂部位采用預(yù)制模板,在底孔、深孔懸臂倒懸部位采用外撐、內(nèi)拉的立模方式;錦屏工程在導(dǎo)流底孔懸臂采用了爬升大模板,其他壩身泄流孔洞倒懸部位采用內(nèi)拉立模方式,取得了成功,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

水電站大壩 泄流孔洞 懸臂結(jié)構(gòu) 倒懸模板 立模技術(shù) 淺析

1 概述

水電站拱壩由于壩身布置泄流孔洞及工作閘門、檢修閘門等,所有拱壩孔口壩段壩體布置有很多懸臂結(jié)構(gòu),這些懸臂結(jié)構(gòu)有的懸挑長(zhǎng)度達(dá)到了20余米,有的懸臂坡度緩,接近1:1.3。懸臂結(jié)構(gòu)混凝土施工的難點(diǎn)在于高空作業(yè),下部支撐難于布置,模板受力大,安裝和拆除困難,風(fēng)險(xiǎn)大。且拱壩孔口部位較多,懸臂結(jié)構(gòu)尺寸不一,難于實(shí)現(xiàn)模板和支模方式標(biāo)準(zhǔn)化。懸臂結(jié)構(gòu)不但承擔(dān)非常復(fù)雜的設(shè)計(jì)荷載,而且要承擔(dān)較大的施工荷載,保證懸臂結(jié)構(gòu)施工過程中的模板穩(wěn)定、安全是保證施工質(zhì)量、施工安全和結(jié)構(gòu)安全的主要因素,是施工方案設(shè)計(jì)最需關(guān)注和專門設(shè)計(jì)的部分。

2 水電站壩體懸臂結(jié)構(gòu)支模方案分類

在懸臂體的混凝土澆筑施工中,一般采用兩種方式固定澆筑倉(cāng)。一種采用下部支撐法,這種方式適用于懸臂體位置距離支撐基礎(chǔ)高差較小的情況。此時(shí),所需的支撐桿件相對(duì)來說較少,較經(jīng)濟(jì),而且支撐在固定基礎(chǔ)上有利于支撐體系的安全;一種是懸挑方式,對(duì)于懸臂體較高的情況,難以采用下部支撐法,適合采用懸挑方式。因懸挑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,方便加工和安裝,減少成本,此外連接點(diǎn)數(shù)量少,可降低出現(xiàn)問題的概率。對(duì)比國(guó)內(nèi)同類水電站大壩工程懸臂結(jié)構(gòu),懸挑方式支模主要有預(yù)埋鋼桁架外撐式模板、懸臂爬升模板、混凝土預(yù)制模板和內(nèi)拉式模板等支模方式。

圖1 溪洛渡水電站拱壩牛腿外撐支模方式

3 水電站壩體懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模方式分析

3.1 預(yù)埋鋼桁架外撐支模方式

懸臂結(jié)構(gòu)施工模板采用外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板,該模板在懸臂底部相應(yīng)位置按0.75米間距預(yù)埋錨固件,然后安裝角架形成施工平臺(tái),在施工平臺(tái)上安裝符合懸臂結(jié)構(gòu)體形的鋼桁架結(jié)構(gòu),再在其上設(shè)置圍柃后安裝小鋼模面板。外撐式模板三角架及桁架均在加工廠加工成型后運(yùn)輸至倉(cāng)內(nèi),采用汽車吊吊裝,待懸臂結(jié)構(gòu)混凝土施工完畢后,先用人工將小鋼模面板及圍柃拆除,再用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合汽車吊將鋼桁架及三角架拆除。詳見圖1。

外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板與傳統(tǒng)的內(nèi)拉式散模相比,取消了模板內(nèi)拉筋及支撐立柱,減少了對(duì)混凝土澆筑的干擾,每層模板均設(shè)置有操作平臺(tái),在模板拆除時(shí)安全快捷。這種模板支撐方式,在溪洛渡、構(gòu)皮灘水電站拱壩均有采用,其安全系數(shù)較大、可靠性高、施工規(guī)范、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少,后期缺陷處理工程量較少,支模系統(tǒng)整體性好,作業(yè)安全。在懸臂坡度緩的情況下可以和內(nèi)拉支模方式結(jié)合使用。

但這種支模方式存在不足:一次性投入量大,成本高;拆除需要采取專門措施;采用吊車鋼桁架拆除時(shí),下部桁架搬動(dòng)幅度太大,可能造成設(shè)備傾覆,安全隱患大;制作、安裝桁架復(fù)雜,耗時(shí)多;由于桁架重量大,本身的重量會(huì)增加錨筋尺寸和桁架構(gòu)件尺寸等。

圖2 錦屏水電站3.0m升層大倒懸液壓自爬模板爬升支模

3.2 懸臂爬升模板

懸臂爬升模板基本原理是將大壩模板作為承受混凝土自重、側(cè)壓力以及施工荷載的主要受力構(gòu)件,自動(dòng)爬架為壩模爬升提供動(dòng)力,自動(dòng)爬架爬升的同時(shí)帶動(dòng)大壩模板爬架上升并依靠導(dǎo)軌為壩模自動(dòng)重新就位。倉(cāng)內(nèi)不設(shè)內(nèi)拉條,所有荷載均由大壩模板承擔(dān)。其支模方式在錦屏一級(jí)右岸大壩4#導(dǎo)流底孔下游牛腿結(jié)構(gòu)寬度為16.2米,結(jié)構(gòu)高度約30米,倒懸角度54.50°,坡度約1:0.713,牛腿澆筑分層按照3米升層施工中成功運(yùn)用。詳見圖2。

這種模板方式技術(shù)先進(jìn),具有創(chuàng)新性,模板安裝現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量少,能保證混凝土外觀質(zhì)量,作業(yè)安全性高,較外撐模板的方式其更加科學(xué)。但首層需采用內(nèi)拉支模方式進(jìn)行澆筑,同時(shí)需設(shè)計(jì)專門的爬升模板,一般需專業(yè)模板廠家設(shè)計(jì)加工,模板周轉(zhuǎn)次數(shù)少,費(fèi)效比低,系統(tǒng)復(fù)雜,操作不夠簡(jiǎn)便,對(duì)于懸臂坡度變化要進(jìn)行專門校核。

圖3 構(gòu)皮灘水電站拱壩牛腿預(yù)制模板支模

3.3 混凝土預(yù)制模板

預(yù)制混凝土牛腿模板,是一種古老的懸臂結(jié)構(gòu)支模方式,在過去經(jīng)常采用,目前的施工組織設(shè)計(jì)專著里仍有介紹。構(gòu)皮灘水電站拱壩的表孔、中孔、底孔進(jìn)水口倒懸由于高度小,坡度陡,采用了改良的混凝土預(yù)制模板。預(yù)制模板在混凝土預(yù)制廠預(yù)制,工廠化作業(yè),預(yù)制件的模板采用定型化的組裝模塊。

安裝前按施工縫要求處理下層混凝土面,鋪砂漿找平墊實(shí),以保證模板穩(wěn)固及與下層混凝土牢固結(jié)合。按施工詳圖將預(yù)制混凝土模板安裝在指定的位置上,精確就位,確保預(yù)制模板的外露面,特別是接縫處的平整美觀;然后用砂漿封填預(yù)制混凝土模板之間及預(yù)制混凝土與建筑物間的縫隙。預(yù)制混凝土模板往往作為結(jié)構(gòu)混凝土的一部分,不再拆除。詳見圖3。

預(yù)制模板具有立?？焖?、能夠保證外觀質(zhì)量的特點(diǎn),但其制作精度要求較高,相對(duì)現(xiàn)立模板成本高,且其對(duì)于混凝土內(nèi)部裂縫、滲水點(diǎn)的判斷分析處理難度大。一般情況下,為了處理滲水點(diǎn)、裂縫,很多工程已不允許采用預(yù)制模板。同時(shí)預(yù)制混凝土面板可能跟面層鋼筋有一定沖突,需要修改面層鋼筋的布置。

3.4 內(nèi)拉式支模方式

懸臂結(jié)構(gòu)倒懸部分采用內(nèi)拉式支模方式是一種常見的支模方式,其包括前置拉筋、懸挑支撐體系(鋼構(gòu)架)、后置拉筋三部分,通過前后拉筋將模板承擔(dān)的混凝土壓力轉(zhuǎn)換為支撐構(gòu)件的壓力。一般在下層澆筑倉(cāng)面先預(yù)埋承壓立柱構(gòu)件,前置拉筋連接模板圍囹和立柱,后置拉筋連接承壓構(gòu)件和預(yù)埋在混凝土里面的插筋,立柱與模板圍檁之間的拉筋和倉(cāng)面立柱與埋設(shè)在倉(cāng)內(nèi)混凝土錨筋之間的拉筋中間均設(shè)置有可調(diào)節(jié)伸縮的法藍(lán)螺栓,以便調(diào)整模板規(guī)格,收緊拉筋。法藍(lán)螺栓均進(jìn)行專項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),制作好的法藍(lán)螺栓驗(yàn)收合格后才能使用。拉筋直徑及其與立柱的連接角度、立柱材料和規(guī)格也需進(jìn)行專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其穩(wěn)定性要滿足要求。這種支模方式一般采用的是散裝鋼模板,模板外圍囹較密,前置拉筋與圍囹采用雙蝴蝶扣和雙螺帽,或者設(shè)計(jì)專門的卡具。

一般立柱與拉筋對(duì)應(yīng),不考慮受側(cè)向拉力。為增加系統(tǒng)整體性,在立柱間再設(shè)置橫向聯(lián)系筋。這種支模方式,構(gòu)件加工簡(jiǎn)單,安裝基本不用機(jī)械,易于操作,成本不高,立模速度較快,實(shí)踐證明其具有高度的可靠性,能夠保證施工安全及后期缺陷處理的需要。適用范圍較廣,可以和外撐結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用用于倒懸坡度較緩的情況。主要缺點(diǎn)就是計(jì)算復(fù)雜,一般采用結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件計(jì)算后還要進(jìn)行人工計(jì)算進(jìn)行復(fù)核,節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格,現(xiàn)場(chǎng)焊接工程量大,拉筋和立柱埋入混凝土中不能回收,材料消耗多,模板圍囹設(shè)置較多,拉模筋要采用雙螺帽。其后置拉筋延伸較遠(yuǎn),對(duì)倉(cāng)面機(jī)械化施工有較大干擾。該支模方式在錦屏一級(jí)拱壩壩體各孔口上下游懸臂牛腿施工中得到了成功運(yùn)用。詳見圖4。

圖4 錦屏水電站拱壩表孔下游牛腿倒懸內(nèi)拉式支模

4 實(shí)施效果及結(jié)論

拱壩孔口懸臂倒懸部位施工是拱壩施工的難點(diǎn),主要體現(xiàn)在倒懸部位的立模上,采用內(nèi)拉式支模,雖然受力計(jì)算比較復(fù)雜,但其操作簡(jiǎn)便,易于加工,與周邊備倉(cāng)作業(yè)互不干擾的優(yōu)點(diǎn),施工備倉(cāng)速度較快,不局限于大型吊裝設(shè)備輔助,在一定坡度范圍使用有較大優(yōu)勢(shì)。但不同的倒懸坡度,必須進(jìn)行校核計(jì)算,采取合適的拉筋直徑和立柱型式。通過對(duì)不同工程中預(yù)制模板、外撐支模、懸臂爬升模板和內(nèi)拉支模的成功運(yùn)用比較分析,在工期緊張、倉(cāng)面面積不大,人力資源豐富的情況下建議采用內(nèi)拉式支模方式。錦屏拱壩在表孔下游倒懸坡度達(dá)到1:1.2799的情況下,采用了內(nèi)拉式的支模方式,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

常耀華,男,陜西寶雞人,2004年畢業(yè)于西安理工大學(xué),工程師,現(xiàn)任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副總工程師兼技術(shù)部主任,主要從事水利水電工程施工與管理。

米清文,男,陜西渭南人,1993年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué),教授級(jí)高級(jí)工程師,現(xiàn)任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副

局長(zhǎng)兼總工程師,主要從事土木工程施工與管理。