液壓自動(dòng)爬升模板在向家壩升船機(jī)施工中的應(yīng)用

滕 飛， 黃 小 丹， 秦 武， 張 懷 仁

(1. 中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局，四川 成都 610042；2.四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091；3.水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 鄭州 450045)

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液壓自動(dòng)爬升模板在向家壩升船機(jī)施工中的應(yīng)用

滕 飛1， 黃 小 丹2， 秦 武1， 張 懷 仁3

(1. 中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司機(jī)電工程局，四川 成都 610042；2.四川省紫坪鋪開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091；3.水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，河南 鄭州 450045)

向家壩升船機(jī)船廂室段主要承重結(jié)構(gòu)為高聳薄壁筒體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工高度大、精度要求高、模板用量大，故模板型式的選擇是保證筒體結(jié)構(gòu)混凝土施工質(zhì)量和安全的關(guān)鍵因素。經(jīng)綜合對(duì)比分析，筒體結(jié)構(gòu)施工采用了液壓自動(dòng)爬升式模板，通過(guò)實(shí)踐證明該模板在保證施工質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，可提高施工功效，是大型高聳混凝土結(jié)構(gòu)比較有效的施工措施和技術(shù)手段。

向家壩；升船機(jī)；設(shè)計(jì)布置；應(yīng)用效果

11 概 述

向家壩水電站通航建筑物型式采用一級(jí)全平衡齒輪齒條爬升螺母柱保安式垂直升船機(jī)，由上游引航道、上閘首(包括擋水壩段和渡槽段)、船廂室段、下閘首和下游引航道(含輔助閘室與輔助閘首)等五部分組成，全長(zhǎng)約1 530 m。升船機(jī)按Ⅳ級(jí)航道設(shè)計(jì)，最大過(guò)壩船隊(duì)為2×500 t級(jí)一頂二駁船隊(duì)，最大過(guò)壩單船為1 000 t級(jí)機(jī)動(dòng)貨船，最大提升高度114.2 m。

升船機(jī)主要金屬結(jié)構(gòu)及船廂設(shè)備布置于船廂室段，船廂室段位于升船機(jī)上、下閘首之間，船廂室段由四個(gè)高138 m(高程255～296 m為筒體結(jié)構(gòu)與大體積擋水結(jié)構(gòu)相結(jié)合，高程296～393 m為純筒體結(jié)構(gòu))的筒體作為承重結(jié)構(gòu)，四個(gè)筒體結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置在船廂室兩側(cè)，每個(gè)筒體結(jié)構(gòu)順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)47.2 m，垂直水流方向?qū)?4 m(高程296 m以上)，上、下游兩個(gè)筒體結(jié)構(gòu)間距19.6 m。在筒體結(jié)構(gòu)上安裝有齒條、螺母柱、縱導(dǎo)向、對(duì)接鎖定及平衡重等金屬結(jié)構(gòu)埋件及設(shè)備，這些金屬結(jié)構(gòu)埋件及設(shè)備均沿筒體高程方向安裝。升船機(jī)筒體結(jié)構(gòu)為1～2 m厚薄壁型混凝土墻體結(jié)構(gòu)，鋼筋密集，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工高度大、精度要求高、難度大，模板用量大，故模板型式的選擇是保證筒體結(jié)構(gòu)混凝土高質(zhì)量、安全、快速施工的關(guān)鍵因素。

2 模板的選取

升船機(jī)筒體結(jié)構(gòu)要達(dá)到美觀、精確、快速施工的目的，宜采用整體大型模板施工。大型模板主要有整體滑模、大型懸臂模板和自動(dòng)爬升式模板三種模板方案。

2.1 整體滑模

滑模施工與常規(guī)施工方法相比具有施工速度快、自動(dòng)化程度高、上升不需起重設(shè)備、節(jié)省大量的模板和搭設(shè)腳手架所需材料、可不停歇地澆筑至設(shè)計(jì)高程等特點(diǎn)。因此，對(duì)混凝土拌和、運(yùn)輸能力和入倉(cāng)強(qiáng)度要求高，強(qiáng)調(diào)施工過(guò)程的連續(xù)性，避免中途停歇而造成混凝土初凝與模板粘結(jié)等事故。滑模主要適用于高度較大，豎直方向結(jié)構(gòu)形狀規(guī)則及結(jié)構(gòu)斷面尺寸變化小的建筑物，如豎井、墩柱等。

整體滑模施工的優(yōu)點(diǎn)主要是上升速度快、結(jié)構(gòu)表面平整光滑、外觀質(zhì)量好，一次立模可澆筑至設(shè)計(jì)高程。筒體結(jié)構(gòu)施工采用整體滑模施工的缺點(diǎn)：

(1)船廂室筒體結(jié)構(gòu)內(nèi)大量的鋼筋綁扎、預(yù)埋件的安裝、后澆筑樓板凹槽的設(shè)置，制約了滑模的連續(xù)上升，混凝土無(wú)法連續(xù)上升；

(2)筒體結(jié)構(gòu)平面尺寸大，滑模需設(shè)置較多的支承桿和頂升液壓設(shè)備，且頂升同步性要求高，筒體結(jié)構(gòu)高精度要求，施工將難以控制；

(3)筒體結(jié)構(gòu)倉(cāng)面面積大，高度高，混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度大、不間斷施工時(shí)間長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，難以保證施工的連續(xù)性；

(4)滑模施工過(guò)程中，一旦發(fā)生支承桿失穩(wěn)等技術(shù)故障，將會(huì)發(fā)生混凝土初凝、模板粘結(jié)阻滑現(xiàn)象，致使整個(gè)倉(cāng)位停頓，且事故處理耗時(shí)長(zhǎng)，處理困難；

(5)起始滑模安裝工作量大，對(duì)施工組織和施工管理有較高的要求等。

2.2 大型懸臂模板

懸臂模板施工的優(yōu)點(diǎn)有：

(1) 采取措施后，可適應(yīng)有一期埋件和超出結(jié)構(gòu)邊線埋件的施工工況；

(2)筒體結(jié)構(gòu)上升過(guò)程中可以逐層消除施工誤差，整體上升精度相對(duì)有保證；

(3)混凝土沒(méi)有連續(xù)上升的強(qiáng)度壓力。

筒體結(jié)構(gòu)采用懸臂模板施工的缺點(diǎn)：

(1) 模板安裝工作量大，每層澆筑完成后需起重設(shè)備起吊輔助安裝，并占用一定直線工期，本工程布置的設(shè)備起吊能力在鋼筋起吊、預(yù)埋件安裝以及后期金結(jié)安裝已經(jīng)達(dá)到飽和，沒(méi)有足夠的起吊設(shè)備分配給模板；

(2)增加每層結(jié)合面處理工序，平均上升速度慢；

(3)埋件部位需采用專門(mén)加工制作的模板；

(4)層面結(jié)合處建筑物外觀稍差，對(duì)外觀質(zhì)量有影響。

2.3 自動(dòng)爬升式模板

自動(dòng)爬升式模板是依靠自身的提升機(jī)構(gòu)上升，結(jié)合了大型懸臂模板和滑模工藝及施工特點(diǎn)，具有懸臂模板和滑模共同的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用狹小場(chǎng)地超高層建筑物的施工。

采用自動(dòng)爬升式模板施工主要優(yōu)點(diǎn)為：

(1) 采取一定措施后，可適應(yīng)有一期埋件和超出結(jié)構(gòu)邊線埋件的施工工況；

(2) 筒體結(jié)構(gòu)上升過(guò)程中可以逐層消除施工誤差，施工精度有保證；

(3)可群體分段或單獨(dú)自行上升，完全獨(dú)立于起重設(shè)備施工，減少了吊車(chē)工作壓力；(4)筒體結(jié)構(gòu)模板分組爬升，各層平臺(tái)始終處于封閉空間，安全性能非常好。

其主要缺點(diǎn)為：

(1)模板初期安裝工作量較大；

(2)模板造價(jià)較高。

三種模板特點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 三種模板特點(diǎn)比較

通過(guò)對(duì)這三種模板施工的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械配置、施工進(jìn)度要求、施工質(zhì)量安全等各因素的全面綜合評(píng)估，最終確定選用世界上最大的專業(yè)模板制造商之一奧地利多卡模板有限公司生產(chǎn)的SKE50型液壓自動(dòng)爬模作為筒體結(jié)構(gòu)薄壁墻體施工專用模板。該模板在施工階段始終依附在建筑物結(jié)構(gòu)面上，依靠自身的液壓系統(tǒng)自動(dòng)爬升，完全獨(dú)立于垂直吊裝設(shè)備施工。

3 模板設(shè)計(jì)與布置

3.1 模板的設(shè)計(jì)

SKE50型液壓自動(dòng)爬模系統(tǒng)由四大部分組成：模板系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、工作平臺(tái)，如圖1所示：

模板面板系統(tǒng)選用TOP50大面積模板系統(tǒng)，混凝土標(biāo)準(zhǔn)層高度H=3.5 m設(shè)計(jì)，面板設(shè)計(jì)高度為3.65 m。面板寬度按模數(shù)設(shè)計(jì)，最寬可達(dá)6 m。該爬模主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 SKE50型液壓自動(dòng)爬模主要技術(shù)指標(biāo)

圖1 SKE50型液壓自動(dòng)爬模示意圖

3.2 模板的改進(jìn)

根據(jù)以往現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)和施工需要，向家壩升船機(jī)筒體結(jié)構(gòu)自升模板在廠家模板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)：

(1)加大水平鋼圍令剛度，由原廠家設(shè)計(jì)的10#槽鋼加大為12#槽鋼，并在模板頂口增加一道鋼圍令，空設(shè)一層對(duì)拉桿，并配置軸桿裝置，方便模板頂口立模精度調(diào)整，進(jìn)一步提高筒體成形精度。

(2)增加膠合板開(kāi)孔部位保護(hù)，配置專門(mén)的孔口保護(hù)件，延長(zhǎng)膠合板使用周期。

(3)平臺(tái)靠近混凝土面設(shè)置翻轉(zhuǎn)蓋板，爬升就位后蓋板翻下，平臺(tái)與混凝土墻面完全密封。

3.3 模板的布置

升船機(jī)筒體結(jié)構(gòu)的液壓自動(dòng)爬模平面布置圖見(jiàn)圖2。

圖2 液壓自動(dòng)爬模平面布置圖

4 應(yīng)用效果

向家壩升船機(jī)船廂室段高程296～393 m筒體結(jié)構(gòu)混凝土總量為7.1萬(wàn)m3，鋼筋制安量為1.3萬(wàn)t，混凝土每倉(cāng)厚度一般為3.5 m(最高兩層因布置有連系梁，故厚為3 m)，每個(gè)筒體結(jié)構(gòu)為28層，四個(gè)筒體結(jié)構(gòu)同時(shí)施工，基本保持同步上升，單個(gè)筒體結(jié)構(gòu)平均每倉(cāng)循環(huán)時(shí)間為13 d，最短為8 d。使用該液壓自動(dòng)爬升模板，達(dá)到了以下效果：

(1)選用的TOP50型大面積模板，最大寬度6 m，各標(biāo)準(zhǔn)模板通過(guò)連接件的連接，使各面墻體模板最終形成一塊完整的大模板，消除模板之間拼縫，極大改善了混凝土外觀質(zhì)量，澆筑出的混凝土外觀光滑平整，顏色均勻一致，很少出現(xiàn)氣泡、麻面，無(wú)掛簾、錯(cuò)臺(tái)等瑕疵，達(dá)到免裝修級(jí)別。同時(shí)，該模板體系組成簡(jiǎn)單，組裝、拆卸快捷方便，在保證具有大鋼模體系足夠剛度與強(qiáng)度的前提下，最大化地減少了自身重量，以利于現(xiàn)場(chǎng)安裝和搬運(yùn)。

(2)模板和爬架始終錨固在混凝土結(jié)構(gòu)上，施工各階段具有很高的安全性。同時(shí)，寬敞的施工平臺(tái)為施工人員提供了一個(gè)安全而舒適的施工環(huán)境，模板的拆除和安裝均在安全的平臺(tái)上進(jìn)行，保證了施工全過(guò)程的安全性。

(3)模板的上升是依靠自身的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)爬升，控制簡(jiǎn)單、安全可靠，操作方便，爬升速度快，縮短施工周期，大大提高了施工效率。立模、鋼筋綁扎等不同的工作在不同的工作平臺(tái)上同時(shí)展開(kāi)，更大程度地節(jié)省了工作時(shí)間。

(4)混凝土分層澆筑，模板逐層爬升，誤差逐層調(diào)整，故其垂直度和平整度易于調(diào)整和控制，可避免施工誤差的積累，施工精度較高。

(5)自動(dòng)液壓爬升裝置免受天氣及氣候的干擾，風(fēng)速不超過(guò)70 km/h，可安全進(jìn)行爬升。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在向家壩升船機(jī)筒體結(jié)構(gòu)應(yīng)用液壓自動(dòng)爬升模板的實(shí)踐表明, 該模板施工工藝符合高聳建筑施工中先豎向結(jié)構(gòu)、后水平結(jié)構(gòu)的常規(guī)做法, 并使立面結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化和程序化,減少了按常規(guī)施工所需的大量反復(fù)裝拆、吊運(yùn)和更換模板工序, 能使塔吊有更多的時(shí)間來(lái)進(jìn)行鋼筋和其它周轉(zhuǎn)材料的運(yùn)輸,有效的解決了常規(guī)施工工藝造成的時(shí)間消耗和成本損失問(wèn)題，大大提高了施工功效，同時(shí)可以有效保證混凝土澆筑質(zhì)量以及施工安全，是大型高聳混凝土結(jié)構(gòu)比較有效的施工措施和技術(shù)手段。

(責(zé)任編輯：卓政昌)

2016-11-05

[TM622]；TU755.2+1；U642

B

1001-2184(2016)06-0101-03

滕 飛(1982-)，男，天津人，高級(jí)工程師，碩士研究生，從事水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作；

黃小丹(1982-)，女，四川成都人，工程師，碩士研究生，從事水庫(kù)調(diào)度研究和管理工作；

秦 武(1984-)，男，湖北十堰人，工程師，碩士研究生，從事水利水電工程建設(shè)項(xiàng)目管理工作；

張懷仁(1984-)，男，河南許昌人，高級(jí)工程師，碩士研究生，從事工程測(cè)量工作.