后傾式懸臂模板在邕寧水利樞紐工程閘墩施工中的應用

宋欣欣

【摘要】后傾式懸臂模板在邕寧水利樞紐工程閘墩施工中的大規(guī)模應用，在墩身、牛腿、后傾部位的施工中效果顯著，具有模板安拆方便、受力合理，低成本、高功效等顯著的優(yōu)點。

【關鍵詞】后傾式懸臂模板；水利樞紐工程；閘墩

1、工程概況

南寧市邕寧水利樞紐工程位于郁江干流南寧邕江河段下游仙葫開發(fā)區(qū)牛灣半島處，是一座改善城市環(huán)境、水景觀、航運為主，兼顧水力發(fā)電及其他的綜合性水利樞紐工程。主要建設內(nèi)容有：攔河壩、船閘、13孔閘壩、發(fā)電廠房；正常蓄水位67m，總庫容7.1億m3，電站裝機容量57.6MW，為燈泡式貫流機組，通航標準2000噸級。

泄水閘壩工程由13孔閘壩組成，其中1#～10#為WES實用堰開敞式弧形門泄水閘壩，11#～13#孔為平底堰，孔口尺寸20.0m×12.5m（寬×高）；其中一區(qū)（左側）設4孔，二區(qū)（右側）設9孔。除5#閘墩墩身寬6m外，其余墩身寬均為3m。單孔閘墩長41.7m。

閘墩上游迎水面▽48.0m～▽73.0m高程為直線上升段，▽73.0m～▽78.0m高程為后仰45°上升，▽78.0m～▽81.8m高程為直線上升段。

閘墩下游迎水面▽46.0m～▽76.3m高程為直線上升段，▽76.3m～▽78.3m高程為后仰45°上升，▽78.3m～▽81.8m高程為直線上升段。

閘墩側面為直線上升段，在▽46.0m～▽55.0m設置WES實用堰，上游側設置有寬2.2m、深0.8的檢修門槽及寬0.9m、深0.4m的弧形閘門槽。閘墩下游設置有長4.5m、寬36m、下傾35°、突出側面1.6m的牛腿。閘墩結構圖見圖1。

2、模板的選擇

根據(jù)邕寧水利樞紐工程閘墩施工的實際情況，對模板的選擇有以下要求。

2.1 最大澆筑層厚3m，門機或履帶條吊運6m3料罐入倉。

2.2 滿足相關質量要求。模板面板整體剛度好，滿足墩身直立段、后傾段、牛腿等多部位施工的要求，面板不設拉筋孔，外觀平整。

2.3 單塊模板可全方位調(diào)節(jié)。模板的面板系統(tǒng)可以上下、左右調(diào)整，支、拆模方便，同時可以隨時調(diào)整模板的垂直度。經(jīng)過項目部實地考察、研討和論證，確定閘墩施工采用后傾式懸臂鋼模板及門槽部位采用木模板相結合的模板拼接方式。

2.4 后傾式懸臂鋼模板結構。后傾式懸臂鋼模板由面板系統(tǒng)、懸臂支架、操作平臺組成，整體最大尺寸3.0m×7.297m×2.225m（寬×高×厚）（含操作系統(tǒng)），總重量1624kg。

模板面板設計規(guī)格3.0m×3.15m（寬×高），面板由4塊1215標準模板和2塊07515標準模板組裝而成，上、下設置2排共4個孔作為預留螺栓安裝孔，以確保螺栓位置預埋準確。面板采用Q235鋼，δ=6mm。長背肋采用[10槽鋼，單根長3m，間距0.3m，豎圍楞采用][16槽鋼，每塊模板設置2道，間距1.5m。

懸臂支架主要有模板連接器、主三角架、錨固系統(tǒng)、模板位置調(diào)整系統(tǒng)、保險機構等部分組成。

3、后傾式懸臂模板受力驗算

懸臂模板的強度、剛度及穩(wěn)定性直接影響到閘墩施工的安全和質量，因此，懸臂模板的受力驗算至關重要。其中，大鋼模板、主三角架、及錨固系統(tǒng)的驗算尤為關鍵。

根據(jù)閘墩的設計形式，在施工上游▽73.0m～▽78.0m高程及下游▽76.3m～▽78.3m高程時為傾斜45°支立模板，其余均為直立狀態(tài)，在后傾45°時，模板既受水平荷載作用，又受豎直荷載作用，此時模板受到的綜合荷載較垂直狀態(tài)時大得多，為施工過程中的最不利狀態(tài)。因此，按模板45°支立時為最不利工況進行驗算。

3.1 荷載計算。大模板承受的主要豎向荷載包括模板及支架自重（qm=1.65kg×10÷5m÷3m=1.75KN/m2），新澆混凝土自重（Gh=24KN/m3），鋼筋自重（Gj=1.1KN/m3）施工人員及設備荷載（qs=2.5KN/m2），振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載（qzs=4.0KN/m2），水平荷載主要包括振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載（qz=2.0KN/m2），新澆混凝土對模板的側壓力（qc）和傾倒混凝土時產(chǎn)生的水平荷載（qcs=4.0KN/m2）。

3.2 模板面板的強度、剛度驗算。驗算時，簡化為跨度為50cm兩端固定板，承受綜合荷載q'=（q21+q22）1/2=76.61KN/m2，經(jīng)計算，當模板后仰45°支立時，模板面板承受的最大彎曲應力為：σmax=M/W=（q'l2/8）/（bh2/6）=143.64N/mm2<215N/mm2，滿足要求。

面板撓度W=q'l4/384EI=0.013mm<30cm×1/4=0.075mm滿足要求。

3.3 橫肋受力驗算。驗算時，每根橫肋承受0.3m高面板傳遞的水平荷載，按均布荷載進行考慮，其荷載值為q=（q21+q22）1/2×0.3m=22.98KN/m。

Mmax=ql2/8，fmax=ql4（5-24λ2）/384EI，懸臂模板長背肋采用[10槽鋼，截面積A=12.74cm2，截面慣性矩Ix=198.3cm4，截面抵抗矩Wx=39.7cm3，模板面板橫承受的最大彎曲應力為σmax=M/W=162.8N/mm2<215N/mm2，滿足要求。

撓度驗算fmax=ql4（5-24λ2）/384EI=0.076cm<150cm×1/4=0.375cm，滿足要求。

3.4 主三角架受力驗算。模板每榀桁架承受1.5m寬的水平荷載，懸臂模板承受荷載如圖2所示。

根據(jù)靜力平衡公式，∑FDx=0，∑FDy=0，MD=0得支座反力FDx=380.67KN，F(xiàn)Dy=205.58KN，F(xiàn)Ax=175.08KN。

4、后傾式懸臂模板的施工工藝

4.1 施工順序：清理模板→安裝懸臂模板面板，不安裝懸臂支架（第一層）→按設計位置安裝預留錨筋→模板校正，澆筑砼→拆除模板，安裝懸臂支架→整體吊裝懸臂模板→錨固懸臂模板→安裝下一層砼預留錨筋→模板校正→澆筑→下一循環(huán)。

4.2 在施工第一層混凝土時，不安裝懸臂支架，僅在頂部預埋錨筋，自第二層砼開始，組裝懸臂支架，以后各層不再拆裝模板，整體吊裝使用。

4.3 錨筋錨固點混凝土強度最小要求超過10Mpa時，方可進行下一層模板施工。

4.4 模板安裝前，在上一層澆筑的混凝土頂部貼雙面膠，以防止接縫處漏漿，每層澆筑砼表面應平整，下一層模板安裝時，模板下口要壓住混凝土高度不小于10cm。

4.5 混凝土澆筑到預埋件附近時，要采用軟軸振搗器振搗，防止預埋件發(fā)生位移。

4.6 模板安裝后，通過可調(diào)絲桿調(diào)整模板的垂直度，在澆筑混凝土的過程中，安排專人對垂直度適時符合，如有偏差可及時進行調(diào)整。

5、模板的應用效果

后傾式懸臂模板在南寧邕寧水利樞紐工程閘墩施工中的應用情況如下。

5.1 模板面板整體剛度好，不需要設置對拉桿，傳統(tǒng)模板加固時需設置大量的對拉桿和頂筋，比傳統(tǒng)模板施工節(jié)約大量的鋼材，且澆筑后外觀質量明顯高于傳統(tǒng)模板工藝。

5.2 模板安裝方便，費用低。模板吊裝采用自制葫蘆提升架提升，提升時間短、速度快。與傳統(tǒng)模板相比，安拆難度小，節(jié)約人工費用和機械臺班費用。

5.3 在近模板側搭設安全爬梯，在上部與懸臂模板連接，整體性好、安全度高。

5.4 模板上設置上、中、下三層操作平臺，便于進行模板位置調(diào)節(jié)、澆筑后砼表面修飾等各項輔助作業(yè)，施工方便。同時，施工平臺隨模板整體提升，減少了安全防護的費用。

5.5 面板可前后、上下自由調(diào)節(jié)，同時后傾坡度也能調(diào)節(jié)，克服了傳統(tǒng)模板傾斜支模難度大的問題，懸臂支架與混凝土連接牢固，同時也可作為混凝土懸臂施工時的支架，在墩身牛腿施工及上部傾斜段施工時得到了較好的應用。

結語

通過后傾式懸臂模板在邕寧水利樞紐工程閘墩施工中的應用，大大的加快了施工進度，提高了施工質量，降低了人工消耗，節(jié)約了鋼管架、對拉桿、頂筋等材料，同時通過配合使用自制葫蘆提升系統(tǒng)，減少了大型機械設備的使用，同時在閘墩牛腿、墩身上部傾斜部位施工中得到了很好的應用。實踐證明，后傾式懸臂模板在水工建筑物中，特別是閘墩的施工中，具有安全、方便、優(yōu)質、高效、低成本的特點，值得進行推廣使用。