混凝土預(yù)制模板在大型懸臂牛腿結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

朱　楠

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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混凝土預(yù)制模板在大型懸臂牛腿結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

朱楠

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】纜機(jī)將預(yù)制模板吊至安裝部位后，由人工將預(yù)制模板牽引至預(yù)留臺(tái)口，并從下往上使用花籃螺栓固定?；ɑ@螺栓一端鉤住預(yù)制模板拉環(huán)，另一端固定在工字鋼上。通過(guò)調(diào)節(jié)花籃螺栓對(duì)混凝土預(yù)制模板進(jìn)行微調(diào)，混凝土預(yù)制模板位置、坡面角度均符合設(shè)計(jì)要求后方可焊接拉條，最后拆除花籃螺栓。用混凝土預(yù)制模板代替普通模板，在混凝土澆筑完成后無(wú)須拆模。適用于特殊部位的混凝土支模澆筑。

【關(guān)鍵詞】藏木水電站；混凝土預(yù)制模板；懸臂牛腿結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

1工程概況

藏木水電站9#～19#壩段上游側(cè)壩面均布置有懸臂結(jié)構(gòu)。9#、16#～19#壩段布置一個(gè)懸臂牛腿結(jié)構(gòu)，高程為EL.3 308.50 m～EL.3 311.00 m，高度為2.5 m，坡比為1∶1，向上游外挑2.5 m。10#～15#壩段布置兩個(gè)懸臂牛腿結(jié)構(gòu)，分別為高程EL.3 274.00 m～EL.3 281.00 m，高度為7 m，坡比為1∶1，向上游外挑7 m；高程EL.3 309.50 m～EL.3 312.00 m，高度為2.5 m，坡比為1∶1，向上游外挑2.5 m。

本文以10#～15#廠房擋水壩段為例，進(jìn)行混凝土預(yù)制模板在懸臂牛腿中的應(yīng)用實(shí)例來(lái)進(jìn)行介紹。

如圖1所示，壩體共有兩個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)，高度分別為7 m和2.5 m，坡比均為1∶1。根據(jù)藏木水電站招標(biāo)技術(shù)條款，單倉(cāng)混凝土最大澆筑升層不超過(guò)3 m，故高程EL.3 274.00 m～EL.3 281.00 m的懸臂結(jié)構(gòu)需分3倉(cāng)澆筑完成，澆筑升層分別為3 m、2 m、2 m，而高程為EL.3 308.50 m～EL.3 311.00 m的懸臂結(jié)構(gòu)則一次性澆筑完成。

圖1　壩體懸臂結(jié)構(gòu)布置

2混凝土預(yù)制模板設(shè)計(jì)

由于懸臂結(jié)構(gòu)外挑7 m，采用普通的懸臂模板以及組合鋼模板對(duì)該部位立模澆筑均存在拆模困難、高處臨空作業(yè)等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算和嚴(yán)密論證，決定采用混凝土預(yù)制模板進(jìn)行懸臂牛腿混凝土澆筑。

本工程采用的混凝土預(yù)制模板分十余種規(guī)格，在1∶1坡比的懸臂牛腿澆筑過(guò)程中分別對(duì)應(yīng)3 m升層(預(yù)制板尺寸為2.5 m升層、2 m升層)。本文以3 m升層為例進(jìn)行介紹。

本工程采用的混凝土預(yù)制模板為12 cm厚的鋼筋混凝土預(yù)制板，采用C30混凝土。

在混凝土預(yù)制模板內(nèi)布置雙層鋼筋，鋼筋型號(hào)為φ12圓鋼，鋼筋間距20 cm。預(yù)制模板內(nèi)布置φ20圓鋼拉環(huán)，用于預(yù)制吊裝及立模時(shí)內(nèi)拉固定。預(yù)制模板四個(gè)邊角處預(yù)埋10 mm厚鋼板，混凝土預(yù)制模板吊裝時(shí)在鋼板上焊接鋼筋將預(yù)制模板焊接連接(圖2、圖3)。

圖2　混凝土預(yù)制模板平面布置

圖3　混凝土預(yù)制模板斷面

混凝土預(yù)制模板的設(shè)計(jì)思路為不占用壩體結(jié)構(gòu)，澆筑完成后無(wú)需拆模，因此混凝土預(yù)制模板吊裝立模時(shí)采用內(nèi)拉法固定，且需在大壩上游面部位預(yù)留臺(tái)口，使得預(yù)制模板吊裝到位后不占用壩體結(jié)構(gòu)混凝土體積。

混凝土預(yù)制模板內(nèi)力計(jì)算：懸臂部分混凝土重力為G，γ為混凝土重度，取γ=25 kN/m3。由重力計(jì)算公式G=Vγ可得出：?jiǎn)螇K混凝土預(yù)制模板G=Vγ=3×3×0.5×2.5×25=281.25 kN。

根據(jù)受力平衡原理,鋼筋所受的拉力P=Gsin45°，故得出P=Gsin45°=281.25×0.707=198.85 kN。

配筋驗(yàn)算：根據(jù)牛腿混凝土預(yù)制模板設(shè)計(jì)方案，牛腿混凝土預(yù)制模板部位采用φ20Ⅰ級(jí)鋼進(jìn)行斜拉，單塊混凝土預(yù)制板上設(shè)置12個(gè)拉環(huán)，每個(gè)拉環(huán)上斜拉一根φ20拉條，所用的φ20鋼筋共計(jì)12根，鋼筋截面總面積為：As=3.14×10×10×30=9 420 mm2。

使用Ⅰ級(jí)鋼筋，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=210N/mm2,可進(jìn)行抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算，復(fù)核單塊混凝土預(yù)制模板拉桿是否滿足抗拉強(qiáng)度要求。

最大拉應(yīng)力f=p/As=198.85×1 000/9 420=21.11 N/mm2

滿足抗拉強(qiáng)度要求。

3混凝土預(yù)制模板施工

3.1混凝土預(yù)制模板預(yù)制與運(yùn)輸

混凝土預(yù)制模板在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)預(yù)制，為確?；炷令A(yù)制模板澆筑完成后的精度與平整度，需在預(yù)制區(qū)域澆筑地坪。地坪混凝土標(biāo)號(hào)為C20，厚度為25cm。

3.1.1預(yù)制模板的預(yù)制

(1)鋼筋混凝土預(yù)制模板預(yù)制施工程序如下：安裝模板→測(cè)量模板安裝精度(合格)→鋼筋制作→鋼筋安裝→驗(yàn)收→混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)(等強(qiáng))。

(2)模板安裝前，先對(duì)地面平整，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(duì)模板進(jìn)行拋光，并涂刷模油，吊裝時(shí)保證其自動(dòng)脫模。

(3)模板安裝好后，必須進(jìn)行模板測(cè)量檢查，以保證其安裝精度。

(4)模板檢查通過(guò)后，方可進(jìn)行鋼筋綁扎，并預(yù)埋鋼板和吊環(huán)。

(5)按照三檢制度進(jìn)行驗(yàn)收。合格后進(jìn)行預(yù)制模板混凝土澆筑，采用軟軸振搗器振搗振搗密實(shí)，振搗工藝應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

(6)澆筑完畢應(yīng)立即用麻袋進(jìn)行覆蓋，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(shí)間必須保證14 d以上。

3.1.2預(yù)制模板運(yùn)輸

(1)預(yù)制模板的水平運(yùn)輸。預(yù)制模板在預(yù)制廠制作成型并等到28 d后方可進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)安裝。使用平板車將預(yù)制模板拉至纜機(jī)高線供料平臺(tái)，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(guò)程中，每層之間用兩根10 cm×10 cm方木墊好。

(2)預(yù)制模板的垂直運(yùn)輸。在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)，可使用16 t汽車吊將已制作成型的預(yù)制模板放入汽車上。汽車運(yùn)至高線供料平臺(tái)后，利用纜機(jī)將模板吊入倉(cāng)中。

3.2混凝土預(yù)制模板安裝

牛腿混凝土施工模板支撐采用內(nèi)拉法，即先在倉(cāng)內(nèi)距上游面混凝土外輪廓邊線位置向內(nèi)50 cm預(yù)埋一排Ⅰ14工字鋼，間距100 cm，再用φ20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(cāng)號(hào)內(nèi)調(diào)節(jié)模板。為增加工字鋼的剛度和穩(wěn)定性，工字鋼自下而上焊接四排φ48鋼管對(duì)工字鋼進(jìn)行水平和斜向加固(圖4、圖5)。

圖4　混凝土預(yù)制模板安裝及加固示意

圖5　外挑7 m大型懸臂牛腿混凝土預(yù)制模板分三倉(cāng)澆筑示意

吊裝施工前，混凝土預(yù)制模板內(nèi)側(cè)面必須先進(jìn)行打毛處理。利用11#、15#壩段布置的塔機(jī)將混凝土預(yù)制模板吊至安裝倉(cāng)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(shí)將兩塊混凝土預(yù)制模板邊角處預(yù)埋的鋼板焊接成一整體。為防止預(yù)制模板縫隙在混凝土澆筑時(shí)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，確保壩面平整光潔。

3.3懸臂混凝土澆筑

混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸及溫度控制必須嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行。對(duì)該牛腿部位的卸料、澆筑強(qiáng)度及振搗等重點(diǎn)控制。

混凝土卸料時(shí)要特別注意，下料時(shí)嚴(yán)禁碰撞牛腿混凝土預(yù)制模板、工字鋼、拉條，嚴(yán)禁正對(duì)混凝土預(yù)制模板下料，下料位置距預(yù)制模板不得小于1 m，以防止大骨料堆積到模板附近影響澆筑質(zhì)量。同時(shí)要嚴(yán)格控制下料高度，按照1～1.5 m控制。牛腿部位澆筑單層厚度最大不能超過(guò)50 cm，最大澆筑強(qiáng)度控制在2 h澆筑一層(50 cm厚)，并且在澆筑過(guò)程中要注意等強(qiáng)?；炷琳駬v時(shí)要求密實(shí)，對(duì)牛腿反坡面部位同時(shí)要求并監(jiān)督其進(jìn)行復(fù)振。并且振搗時(shí)注意以下事項(xiàng)：

(1)對(duì)于牛腿預(yù)制模板上部的反坡面等關(guān)鍵部位采用軟軸振搗棒進(jìn)行振搗，要求按照順序依次振搗，以防漏振。

(2)每個(gè)位置的振搗時(shí)間以混凝土不再明顯下沉、不出現(xiàn)氣泡并開(kāi)始泛漿為準(zhǔn)。同時(shí)應(yīng)避免振搗過(guò)度，出現(xiàn)過(guò)振現(xiàn)象。

(3)振搗間距為20～30 cm，對(duì)于牛腿反坡面等關(guān)鍵部位需加密振搗。振搗上層混凝土?xí)r，振搗器必須插入下層混凝土以下至少5 cm，以保障分層處的混凝土密實(shí)度。

(4)外觀面混凝土區(qū)域混凝土澆筑采用二次振搗工藝。每一層混凝土先振搗一次后，靜等30～40 min再進(jìn)行二次振搗排氣，然后再覆蓋下層混凝土，并且在復(fù)振過(guò)程中避免造成混凝土離析。

(5)振搗過(guò)程中，嚴(yán)禁振搗器直接沖擊混凝土預(yù)制模板及拉條。振搗器離模板邊距離不小于15 cm，埋件周圍采用小頻率振搗器振搗，并應(yīng)有專人看護(hù)。

4懸臂牛腿預(yù)制混凝土模板使用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

(1)本工程使用的混凝土預(yù)制模板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔科學(xué)，操作簡(jiǎn)便，混凝土預(yù)制模板不占用結(jié)構(gòu)體積，懸臂牛腿部位混凝土澆筑完成后無(wú)需拆模，具有較大的實(shí)用和推廣價(jià)值。

(2)混凝土預(yù)制模板使用纜機(jī)或塔機(jī)吊裝。纜機(jī)將預(yù)制模板吊至安裝部位后，由人工將預(yù)制模板牽引至預(yù)留臺(tái)口，并從下往上使用花籃螺栓固定。花籃螺栓一端鉤住預(yù)制模板拉環(huán)，另一端固定在工字鋼上。通過(guò)調(diào)節(jié)花籃螺栓對(duì)混凝土預(yù)制模板進(jìn)行微調(diào)，混凝土預(yù)制模板位置、坡面角度均符合設(shè)計(jì)要求后方可焊接拉條，最后拆除花籃螺栓。

(3)每塊混凝土預(yù)制模板4個(gè)邊角處都預(yù)埋有10 cm厚鋼板，混凝土預(yù)制模板安裝到位后將相鄰兩塊預(yù)制模板連接部位的鋼板焊接連接，在混凝土澆筑前使用水泥砂漿進(jìn)行勾縫處理，以防止預(yù)制模板縫隙在混凝土澆筑時(shí)漏漿而污染壩面。

(4)混凝土澆筑時(shí)，懸臂牛腿部位混凝土下料及振搗需要嚴(yán)格控制。料罐入倉(cāng)時(shí)要嚴(yán)格控制下料點(diǎn)，防止料罐碰撞到混凝土預(yù)制模板和拉條，下料點(diǎn)距離混凝土預(yù)制模板至少1 m，牛腿部位澆筑單層厚度最大不能超過(guò)50 cm，最大澆筑強(qiáng)度控制在2 h澆筑一層(50 cm厚)，并且在澆筑過(guò)程中要注意等強(qiáng)。牛腿部位采用人工振搗，振搗工人持軟軸振搗棒對(duì)牛腿反坡面進(jìn)行加密振搗。

(5)固定拉條的工字鋼和地錨需要在上一倉(cāng)混凝土澆筑時(shí)預(yù)埋。工字鋼至少埋入混凝土50 cm，地錨使用φ25螺紋鋼，插入混凝土30 cm，外露20 cm。工字鋼上焊接4排φ48鋼管對(duì)工字鋼進(jìn)行水平加固，拉條與水平面夾角應(yīng)控制在45°～60°之間。

(6)為確?；炷令A(yù)制模板內(nèi)側(cè)與新澆筑混凝土結(jié)合緊密，混凝土預(yù)制模板在預(yù)制場(chǎng)內(nèi)預(yù)制時(shí)應(yīng)對(duì)預(yù)制模板內(nèi)側(cè)進(jìn)行拉毛處理，或在混凝土預(yù)制模板安裝前對(duì)內(nèi)側(cè)面進(jìn)行鑿毛處理。

(7)進(jìn)行混凝土預(yù)制模板設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按倉(cāng)面寬度來(lái)合理設(shè)計(jì)單塊預(yù)制模板的寬度以及每個(gè)壩段配置的預(yù)制模板塊數(shù)。為確保預(yù)制混凝土模板能安裝到位，每個(gè)壩段配置的混凝土預(yù)制模板寬度之和應(yīng)比壩段寬度小10～25 cm。澆筑時(shí)預(yù)留寬度部位使用組合鋼模板或木模板立模補(bǔ)縫。

5結(jié)束語(yǔ)

藏木水電站大型懸臂結(jié)構(gòu)施工共使用了10余種規(guī)格的預(yù)制混凝土模板，各個(gè)壩段寬度不一樣，各個(gè)懸臂牛腿高度、外挑距離不一致，因此需組合使用不同規(guī)格預(yù)制混凝土模板。本工程使用的預(yù)制混凝土模板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔科學(xué)，操作簡(jiǎn)便，不僅優(yōu)化了施工方案，而且加快施工進(jìn)度，減少了懸臂牛腿部位立模、拆模時(shí)的高處臨空作業(yè)，有效降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，澆筑完成的懸臂牛腿混凝土精度、外觀均滿足設(shè)計(jì)要求，具有較大的實(shí)用和推廣價(jià)值，值得同類施工項(xiàng)目借鑒。

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[作者簡(jiǎn)介]朱楠(1989～)，男，學(xué)士，助理工程師，主要從事水利水電施工技術(shù)管理。

【中圖分類號(hào)】TU755.2+2

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2015-11-17