反吊式預(yù)制牛腿模板在藏木水電站中的設(shè)計與應(yīng)用

牟　毅，　王 永 平

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊,重慶　401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130)

反吊式預(yù)制牛腿模板在藏木水電站中的設(shè)計與應(yīng)用

牟毅1，王 永 平2

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊,重慶401320；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130)

摘要：藏木水電站左岸大壩標(biāo)1#、2#擋水壩段懸臂牛腿高5.5 m，出挑長度為5.5 m，坡比為1：1。施工過程中，采用反吊預(yù)制裝配式混凝土模板進(jìn)行施工。該模板具有結(jié)構(gòu)簡單，吊裝方便、一次性成型、無需拆除等特點(diǎn)。在實際應(yīng)用中，節(jié)省了工程造價，縮短了施工工期，降低了安全風(fēng)險，響應(yīng)了業(yè)主高外觀質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：藏木水電站；懸臂結(jié)構(gòu)；反吊式；預(yù)制混凝土牛腿模板

1工程概述

藏木水電站位于西藏自治區(qū)加查縣境內(nèi)，為雅魯藏布江干流上的第一座水電站，電站樞紐布置格局為重力壩+壩后式廠房，由左、右岸擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段、沖沙底孔壩段、壩后式地面廠房等組成。大壩共分19個壩段，其中1#、2#為左岸擋水壩段， 3#～8#壩段為溢流壩段，9#、16#為左、右沖沙底孔壩段，10#～15#壩段為廠房擋水壩段，17#、19#為右岸擋水壩段。大壩建基面高程為3 198.00m，最大壩高116m，壩頂總長度為387.5m。其中左岸大壩標(biāo)包含左岸1#、2#擋水壩段及3#～8#溢流壩段(圖1)，其中1#、2#壩 段3 305.5～3 311m高程為懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂牛腿高度為5.5m，出挑長度為5.5m，坡比為1：1。

在進(jìn)行該部位施工時，原方案采用的是裝配式懸臂模板，施工安全隱患大且混凝土養(yǎng)護(hù)成型后還需進(jìn)行模板拆除及表面消缺處理，施工程序繁瑣、工期長、外觀質(zhì)量難以保證。而采用反吊式預(yù)制混凝土模板，結(jié)合現(xiàn)代化機(jī)械吊裝設(shè)備的應(yīng)用，能較高地加快施工效率，降低安全風(fēng)險，縮短工期，確保工程質(zhì)量。

圖1　左岸大壩標(biāo)上立面圖及1#、2#壩段三維圖

2預(yù)制模板設(shè)計

2.1模板設(shè)計思路

結(jié)合現(xiàn)場實際使用需求，1#、2#壩段3 305.5～3 311m高程懸臂部位模板采用混凝土預(yù)制模板，除滿足正常模板工藝要求外，在模板的設(shè)計規(guī)劃中應(yīng)遵循以下四個原則。

(1)模板分塊標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)統(tǒng)一、規(guī)范，以便于大規(guī)模工廠化預(yù)制，降低預(yù)制難度；

(2)模板分塊尺寸應(yīng)充分考慮二次轉(zhuǎn)運(yùn)、吊運(yùn)及安裝需求，以簡便為原則；

(3)模板應(yīng)免拆除，一次性成型，混凝土成型外觀質(zhì)量要好；

(4)模板固定安裝應(yīng)簡單便捷，充分考慮現(xiàn)場作業(yè)工人的施工能力及縮短工期進(jìn)度要求。

2.2預(yù)制模板規(guī)劃

圖2　預(yù)制混凝土模板規(guī)劃布置圖(圖示尺寸除高程外，以cm計)

該工程牛腿部分長、寬均為5.5m，坡 比 為 1：1，1#、2#壩段整個預(yù)制牛腿模板區(qū)域長度為48m，寬度為7.78m，牛腿面積為48m×7.78m。因模板根部加固支撐需要，預(yù)制模板面積為48m×8.01m，模板分布及規(guī)劃布置情況見圖2。綜合考慮工程造價并結(jié)合現(xiàn)有運(yùn)輸及吊裝設(shè)備能力，將模板尺寸劃分為A、B、C及F四種類型。其中A型板尺寸為2.24m×2.4m，B型板及C型均是以A型板為基礎(chǔ)的邊坡部位拼合板，F(xiàn)型板尺寸為3.53m×2.4m。板與板之間采用預(yù)埋鋼板焊縫的連接方式牢固地將其連接為整體。 在預(yù)制模板上預(yù)留拉環(huán)，通過反吊拉條傳力至立柱上。立柱采用I14工字型鋼，錨入混凝土0.5m。反吊式預(yù)制混凝土模板傳力方式為：施工荷載→反吊式混凝土預(yù)制模板→預(yù)埋吊環(huán)→反吊拉條→立柱承壓(圖3)。

圖3　反吊式預(yù)制混凝土模板施工示意圖

2.3荷載分析

按照反吊式預(yù)制模板規(guī)劃可知，澆筑懸臂結(jié)構(gòu)混凝土分層厚度分別為1.5m、1.5m及2.5m。在進(jìn)行模板配筋及加固計算時，主要考慮的恒載為混凝土側(cè)壓力及混凝土自重、預(yù)制混凝土模板自重及相應(yīng)支撐加固系統(tǒng)自重，施工活荷載主要包含混凝土下料沖擊荷載、混凝土振搗荷載、施工機(jī)具荷載、施工人員荷載等。混凝土側(cè)壓力Fc計算公式如下。

Fc=0.22γcT0β1β2υ0.5

其中T0=200/(T+15)

式中γc為混凝土容重，取24kN/m3；T0為混凝土初凝時間，取6 h；T為混凝土澆筑溫度；β1為外加劑影響系數(shù)，該工程取1.2；β2為坍落度影響系數(shù)，該工程取1；υ為混凝土澆筑平均速度，取0.1 m/h(即3 h上升1個坯層，胚層厚度為30 cm)。

根據(jù)荷載組合原則，模板承受外荷載取最不利荷載組合進(jìn)行配筋計算。

2.4預(yù)制模板配筋

反吊式預(yù)制混凝土模板結(jié)構(gòu)計算以基于統(tǒng)計概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)應(yīng)力設(shè)計方法，按照承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)綜合考慮進(jìn)行配筋計算，以確保模板剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性均滿足模板工藝要求。通過計算機(jī)模擬計算，預(yù)制混凝土模板采用C25混凝土(一級配)，配筋采用雙層雙向配筋HRB335 φ12@200，拉環(huán)采用HPB235φ20,反吊拉條(拉桿)采用HPB235φ25。立柱采用I14工字鋼，錨入混凝土深度為0.5 m。

3預(yù)制模板施工

3.1模板預(yù)制及養(yǎng)護(hù)

反吊式預(yù)制混凝土模板采用預(yù)制場預(yù)制，加工場地的選用遵循就近的原則。

(1)鋼筋混凝土預(yù)制模板在工地預(yù)制廠預(yù)制，其施工程序如下：

安裝模板→測量模板安裝精度(合格)→鋼筋制作→鋼筋安裝→驗收→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)(等強(qiáng))。

(2)模板安裝前，先對地面進(jìn)行平整，然后按照其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行支模。模板安裝好后必須對模板進(jìn)行拋光并涂刷模油，吊裝時保證其自動脫模。

(3)模板安裝好后，必須進(jìn)行模板的測量檢查，以保證其安裝精度。

(4)模板通過檢查后，方可進(jìn)行鋼筋綁扎并預(yù)埋錨筋、錨板及工作吊環(huán)。

(5)按照三檢制進(jìn)行檢查驗收，驗收合格后進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑時必須振搗密實。

(6)澆筑完畢立即用麻袋覆蓋并進(jìn)行保溫保濕處理，以保證混凝土內(nèi)外溫差不大，8～12 h后即可進(jìn)行表面灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間必須保證在14 d以上。

3.2模板的轉(zhuǎn)運(yùn)及吊裝

3.2.1預(yù)制混凝土模板水平轉(zhuǎn)運(yùn)

預(yù)制模板在預(yù)制廠制作成型并等強(qiáng)28 d后方可進(jìn)入轉(zhuǎn)運(yùn)和吊裝，在水平運(yùn)輸轉(zhuǎn)場之前，安排人員對模板內(nèi)側(cè)進(jìn)行毛面處理。使用16 t汽車將預(yù)制模板水平運(yùn)輸至轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝平臺。為了防止面板發(fā)生裂縫和面板上預(yù)埋的拉環(huán)遭受損壞，在運(yùn)輸過程中，每層之間用兩根10 cm×10 cm方木枕墊好。

3.2.2預(yù)制混凝土垂直運(yùn)輸

汽車運(yùn)輸預(yù)制混凝土模板到垂直吊運(yùn)平臺后，應(yīng)先安排人員進(jìn)行簡單檢查，查看在運(yùn)輸過程中模板有沒有滑移，有無裂縫或損壞情況。在核對板型無誤后，根據(jù)模板規(guī)劃采用纜機(jī)進(jìn)行垂直吊運(yùn)，將預(yù)制模板吊運(yùn)至倉內(nèi)指定位置堆放，模板垂直堆疊高度不大于1 m，層間采用木方墊實。

3.2.3預(yù)制混凝土模板的安裝

反吊式預(yù)制模板支撐采用反吊內(nèi)拉法。即先在倉內(nèi)距混凝土外輪廓邊線90 cm位置預(yù)埋一排14#工字鋼，間距90 cm，再用φ25拉桿將斜面模板倒提反吊在工字鋼上。拉桿上預(yù)裝花藍(lán)扣，以便工人能在倉號內(nèi)調(diào)節(jié)模板。為增加14#工字鋼的剛度和穩(wěn)定性，采用φ48×3.5 mm鋼管和φ25鋼筋對工字鋼進(jìn)行水平和斜向加固，圖4為 反吊式預(yù)制混凝土模板吊裝示意圖。

預(yù)制模板的安裝利用16 t汽車吊將模板吊裝到位，自上而下焊好拉條后，才能放松吊機(jī)大鉤，然后用花籃調(diào)節(jié)桿調(diào)整模板的準(zhǔn)確位置和坡度，同時將兩塊模板之間的鋼板焊接成一個整體。為防止預(yù)制板縫隙在混凝土澆筑時漏漿而污染壩面，在混凝土澆筑前采用水泥砂漿進(jìn)行勾縫處理，以確保壩面平整光潔。

4牛腿部位混凝土澆筑

根據(jù)該工程特點(diǎn)，預(yù)制混凝土牛腿分為三層澆筑，層厚分別為1.5 m、1.5 m及2.5 m。為便于預(yù)制模板的安裝固定，在進(jìn)行牛腿懸臂部位施工前一倉混凝土?xí)r，預(yù)先埋設(shè)I14工字鋼，工字鋼埋入混凝土深度為0.5 m。

牛腿懸臂部位混凝土澆筑采用纜機(jī)吊6 m3吊罐入倉，卸下的混凝土料不得堆積過高并應(yīng)及時振搗攤平，入倉過程中注意控制澆筑速度，振搗器不得直接在預(yù)制模板或拉條上振搗。在預(yù)制牛腿模板處傾倒混凝土?xí)r，要注意避開拉桿焊接點(diǎn)，防止混凝土骨料的碰撞脫焊或預(yù)制模板抖動。此外，為了減少混凝土卸料對模板產(chǎn)生沖擊荷載，控制吊罐采用帶狀蛇形的方式進(jìn)行均勻布料，鋪料厚度不得超過50 cm，將澆筑振搗的密實厚度控制在30 cm以內(nèi)。分層澆筑上升速度不宜過快，應(yīng)控制3 h上升1坯層(30 cm厚)為宜，且保證在初凝前及時覆蓋。

5質(zhì)量安全保證措施

圖4　反吊式預(yù)制混凝土模板吊裝示意圖

為了確保反吊式預(yù)制牛腿模板施工質(zhì)量和安全，需制訂《反吊式預(yù)制混凝土模板施工作業(yè)指導(dǎo)書》，同時嚴(yán)格遵循以下要求：

(1)強(qiáng)化質(zhì)量過程控制，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制(操作人員自檢、施工班組交互檢、專職檢驗人員專項檢查)，確保每一道工序的施工質(zhì)量。

(2)每塊預(yù)制混凝土模板在出廠前嚴(yán)格執(zhí)行驗收評定標(biāo)準(zhǔn)，待檢驗合格后方可水平轉(zhuǎn)運(yùn)及入倉吊裝。

(3)倉面內(nèi)模板安裝完成后，經(jīng)技術(shù)、質(zhì)量、安全等部門聯(lián)合驗收合格后方能進(jìn)行下一道工序施工。

(4)逐一核實檢查各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的焊縫和變形量，嚴(yán)格控制焊縫質(zhì)量及變形指標(biāo)，確?；炷翝仓庥^質(zhì)量符合設(shè)計要求。

(5)在模板適當(dāng)位置設(shè)置變形觀測點(diǎn)，分別對每倉混凝土澆筑前、澆筑過程中、澆筑完成后進(jìn)行變形測量數(shù)據(jù)監(jiān)測并及時反饋監(jiān)測成果，確保模板各項工作指標(biāo)滿足相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及要求。

6結(jié)語

反吊式預(yù)制混凝土模板結(jié)構(gòu)可靠，利用機(jī)械化施工程度高，成型混凝土外觀質(zhì)量好，模板在澆筑前后無變形或微變形，確保了大壩結(jié)構(gòu)尺寸，縮短了施工工期。回顧反吊式預(yù)制混凝土模板施工過程具有以下幾個特點(diǎn)：

(1)反吊式預(yù)制混凝土模板的結(jié)構(gòu)形式，使懸臂混凝土施工不受懸臂高度和坡比的限制，以此類推，可以適用于多種結(jié)構(gòu)，具有推廣價值。

(2)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計有助于實現(xiàn)工廠化大規(guī)模生產(chǎn)。

(3)反吊式預(yù)制混凝土模板與常規(guī)異型模板、組合鋼模不同，使用機(jī)械化設(shè)備吊裝，拼縫焊接成一個整體，無需搭設(shè)外腳手架，施工工期短，施工干擾小，澆筑完成后模板無需拆除。

(4)對牛腿懸臂部位混凝土澆筑厚度需嚴(yán)格控制，澆筑鋪設(shè)層厚不得大于30 cm，懸臂部位拉桿拉條較多，不便于混凝土平倉振搗。

(5)反吊式預(yù)制混凝土模板根據(jù)現(xiàn)場實際需求需要提前預(yù)制，因為預(yù)制模板為混凝土結(jié)構(gòu)，等強(qiáng)時間較長，應(yīng)在實際應(yīng)用過程中加以注意。

反吊式預(yù)制混凝土模板在實際應(yīng)用過程中可充分彌補(bǔ)現(xiàn)有異型模板、組合鋼模施工帶來的費(fèi)用高、施工干擾大、工期長、外觀質(zhì)量差等缺點(diǎn)，尤其是諸如以上模板施工附帶的安全隱患和風(fēng)險，具有顯著的實用價值。

牟毅(1980-)，男，四川宣漢人，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程建設(shè)技術(shù)工作；

王永平(1968-)，男，陜西甘泉人，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0030-04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV544;TV52

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