懸臂式鋼架塑料大模板在大壩混凝土澆筑中的應(yīng)用

(安徽惠農(nóng)建設(shè)集團(tuán)有限公司，安徽 六安 237000)

1 工程慨況

硃砂沖水庫(kù)地處硃砂沖河上游，位于安徽省六安市金安區(qū)毛坦廠鎮(zhèn)東南方向4km硃砂沖村，控制流域面積3km2，總庫(kù)容580萬m3。水庫(kù)設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)30年一遇，校核防洪標(biāo)準(zhǔn)300年一遇,設(shè)計(jì)洪水位215.80m，校核洪水位216.80m。水庫(kù)由大壩、溢洪道、引水涵管等組成。主壩為混凝土重力壩，最大壩高39.80m，壩頂高程216.80m,壩頂寬4m，壩頂線長(zhǎng)146m。正常溢洪道設(shè)在大壩中間位置，泄洪方式采用壩身表孔自由溢流，為1孔20m寬的溢流堰，堰頂高程215.00m，溢流總凈寬20m，最大下泄流量75.10m3/s，堰體采用WES型堰面。泄洪洞位于大壩左側(cè)4號(hào)壩段，為1孔1m×1m閘門控制直徑1m圓形壓力鋼管，進(jìn)口底高程185.50m，洞長(zhǎng)38.83m，設(shè)計(jì)流量14.52m3/s。發(fā)電輸水涵洞位于大壩3號(hào)壩段位置，為1.50m×1.20m閘門控制內(nèi)徑1m的圓形壓力鋼管，進(jìn)口底高程185.50m，洞長(zhǎng)38.83m，最大流量14.52m3/s。硃砂沖水庫(kù)保護(hù)著六市金安區(qū)毛坦廠鎮(zhèn)6萬人，6萬畝農(nóng)田，G105國(guó)道、S258省道公路的安全。硃砂沖水庫(kù)是一座以城鎮(zhèn)供水為主，兼顧改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境等綜合利用功能的小(1)型IV等水庫(kù)。

硃砂沖水庫(kù)2016年3月正式開工建設(shè),2017年4月關(guān)閘蓄水,2017年12月竣工驗(yàn)收。

2 傳統(tǒng)模板形式

目前，混凝土壩面澆筑常用模板形式主要有三種：采用對(duì)拉螺栓將鋼模板組合連接而成的半懸臂形式、翻轉(zhuǎn)(升)模板的全懸臂形式、多卡模板的全懸臂形式。

半懸臂模板和翻轉(zhuǎn)模板在每層模板上均設(shè)有預(yù)埋螺栓(或拉筋)。使用時(shí)，上下層模板連接，下層模板依靠預(yù)埋的螺栓承擔(dān)上層模板的作用力。澆筑完成后，將下層模板翻轉(zhuǎn)到上部，變?yōu)樯蠈幽０?，而原來的上層模板則在下部發(fā)揮原下層模板的作用。其技術(shù)工藝較為傳統(tǒng)，安裝工藝簡(jiǎn)便，但需要使用上下兩層模板，模板投入量較大。

多卡模板上部結(jié)構(gòu)為模板部分，下部為支腿部分。安裝時(shí)，于固定位置預(yù)埋螺栓，通過卡式結(jié)構(gòu)將下部固定到混凝土壁上，承受模板的側(cè)壓力，固定和松模均采用楔塊敲擊。其技術(shù)較為先進(jìn)，安裝速度快，但各種構(gòu)件造價(jià)較昂貴，并且工藝稍顯復(fù)雜。

3 懸臂式鋼架塑料大模板施工工藝原理

砂沖水庫(kù)工程大壩為常態(tài)混凝土重力壩。根據(jù)本工程特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)模板缺點(diǎn)改造后，研發(fā)了一種新的懸臂模板——懸臂式鋼架塑料大模板。

懸臂式鋼架塑料大模板施工工藝原理為：

a.上部結(jié)構(gòu)為模板部分，下部為支腿部分，將上下兩部分整合為整體結(jié)構(gòu)，增加結(jié)構(gòu)剛度。模板鋼架與防護(hù)架設(shè)計(jì)為整體鋼結(jié)構(gòu)，塑料面板用螺釘加環(huán)氧樹脂膠固定在整體鋼結(jié)構(gòu)上。

b.在基礎(chǔ)混凝土澆筑完成并預(yù)埋高強(qiáng)螺栓和錐形螺母后，塔吊機(jī)吊起已組裝好的模板(預(yù)埋螺栓預(yù)先固定在上部結(jié)構(gòu)的預(yù)定位置)，利用卡式結(jié)構(gòu)將下部鋼架(梁系)通過螺栓固定到預(yù)埋在混凝土壁錐形螺母上。此時(shí)，高強(qiáng)螺栓承受模板傳來的混凝土側(cè)壓力、工作荷載和模板自重。

c.安裝和拆卸時(shí)，用校正絲桿調(diào)節(jié)模板傾斜度或松模。此模板防護(hù)架拆除后顛倒過來，用普通模板加固方法進(jìn)行加固后，可用來澆筑基礎(chǔ)混凝土。本層混凝土澆筑完成36小時(shí)后，將本倉(cāng)模板逐一拆除，用塔吊機(jī)提升一個(gè)升層，逐一安裝，依次循環(huán)。

4 模板構(gòu)成

懸臂式鋼架塑料大模板由塑料面板、鋼架(包括支腿)、防護(hù)架(含走道板、爬梯、欄桿、防護(hù)網(wǎng)等)、承力螺栓、校正絲桿等構(gòu)成(模板結(jié)構(gòu)分別見圖1～圖3)。承力螺栓部分，除預(yù)埋螺栓外，其他部件均可拆卸周轉(zhuǎn)使用，而且螺栓分節(jié)安裝，適應(yīng)模板提升與受力的不同階段。

圖1 垂直面模板結(jié)構(gòu)圖注 1—水庫(kù)大壩；2—受力主梁；3—防護(hù)板；4—防護(hù)架；5—預(yù)埋高強(qiáng)螺栓；6—校正絲桿；7—橫向次梁和固定模板收縮緊固裝置

圖2 斜面模板結(jié)構(gòu)圖注 1—水庫(kù)大壩；2—受力主梁；3—防護(hù)板；4—防護(hù)架；5—預(yù)埋高強(qiáng)螺栓；6—校正絲桿；7—橫向次梁和固定模板收縮緊固裝置

圖3 梁系布置圖注 2——邊梁；6——校正絲桿孔；7——緊固螺栓孔；8——受力主梁

4.1 面板

本工程大壩上游面鉛直，下游面坡度為1∶0.75，整個(gè)升層水平上升。確定混凝土上、下游面升層高度和垂直高度均為1.50m，單塊模板水平寬度為2m。幅面：上游為2m×1.60m，下游為2m×1.875m。模板面采用15mm厚的高強(qiáng)度PVC發(fā)泡塑料板制作(PVC發(fā)泡板是雙面結(jié)膜中心發(fā)泡的新型板，板厚15mm，具有板質(zhì)輕、剛度高、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn))。同時(shí)，在鋼架上模板四周焊制鋼板條框架，形成嵌入式面板和獨(dú)特的分縫線，以保護(hù)模板，減少混凝土漏漿，便于模板提升對(duì)位，提高混凝土外觀質(zhì)量。

4.2 鋼架

塑料面板背面主梁采用2根L型80×8及6根80×60×8方鋼(間距280mm)焊接形成，次梁為鋼架背面2根[型140×53背靠背橫梁。

4.3 防護(hù)架

模板鋼架外側(cè)用方鋼、角鋼焊制爬梯、欄桿，并鋪設(shè)走道板組成工作防護(hù)架。防護(hù)架內(nèi)設(shè)上下兩層操作平臺(tái)，底部桿件微傾，上部欄桿水平，鋪設(shè)走道多層板，便于安裝拆卸承力螺栓。

4.4 承力螺栓

承力螺栓為組合形式，由預(yù)埋螺栓、錐形螺栓、承力雙槽鋼(橫向次梁)和緊固螺栓等部件組成，如圖4所示。

圖4 承力螺栓組合圖

4.4.1 預(yù)埋螺栓

預(yù)埋螺栓的不可拆卸部分，預(yù)埋于混凝土中，是承力螺栓固定的部分，包括貓爪和螺栓兩部分。預(yù)埋螺栓均采用直徑25mm高強(qiáng)鋼筋，長(zhǎng)89cm。上游面采用1排2φ25@1000鋼筋，貓爪是1φ16鋼筋(每根長(zhǎng)0.5m)，間距1000mm(兩端500mm)；下游面采用1排2φ25@1000鋼筋，貓爪是1φ16鋼筋(每根長(zhǎng)0.5m)，間距1000mm(兩端500mm)。預(yù)埋高度在預(yù)澆筑混凝土面下300mm。

4.4.2 錐形螺栓

錐形螺栓是承力部件和活動(dòng)部件的連接桿，包括錐面和退栓卡槽。其錐頭與預(yù)埋螺栓的栓桿栓接，尾部與承力雙槽鋼栓接。混凝土澆筑完成36小時(shí)后，將緊固螺栓從承力雙槽鋼旋出，用工具卡通過退栓卡槽將錐形螺母旋出，以重復(fù)利用。

4.4.3 緊固螺栓

緊固螺栓是承力螺栓的鎖定緊固部分，包括φ25高強(qiáng)螺栓、鋼板墊片(厚15mm)和螺母，將模板傳遞來的拉力傳遞到承力螺栓。

4.4.4 校正(脫模)絲桿

撐桿螺栓設(shè)于支腿下部，其作用是拆模時(shí)旋進(jìn)螺栓將模板脫離混凝土面。另外，通過脫模絲桿的旋進(jìn)旋出，可調(diào)整模板傾斜度。校正絲桿采用φ22圓鋼開絲加工而成。

4.5 附屬結(jié)構(gòu)

附屬結(jié)構(gòu)主要是模板爬梯、走道板、欄桿、安全網(wǎng)等，是方便施工、安全操作的需要。模板走道板設(shè)兩層，即底層和上層。兩層走道板均采用木多層板，既方便施工行走，又可當(dāng)防護(hù)網(wǎng)。上層走道板開進(jìn)人孔。上游模板單塊質(zhì)量1.1t，下游模板單塊質(zhì)量1.22t。

5 結(jié) 語

懸臂式鋼架塑料大模板為懸臂模板的創(chuàng)新，考慮了傳統(tǒng)懸臂模板和多卡模板的特點(diǎn),綜合了翻轉(zhuǎn)模板和多卡模板的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將面板改用高強(qiáng)的PVC發(fā)泡塑料板材料，進(jìn)行必要改進(jìn)而來，具有如下特點(diǎn)。

5.1 在水利工程施工中引入環(huán)保材料

模板的面板材料采用高強(qiáng)PVC發(fā)泡塑料板，既方便使用(輕便)、維修和更換、可回收再利用、綠色環(huán)保，又節(jié)省單方造價(jià)。

5.2 懸臂結(jié)構(gòu)省工省料

采用懸臂結(jié)構(gòu)，利用模板自帶鋼架(梁系)和承力螺栓體系，將新澆筑層的混凝土側(cè)壓力和模板自重等荷載傳至已澆48小時(shí)的混凝土上，無需使用其他材料(如鋼筋、鋼管、型鋼等)搭設(shè)支架、腳手架等設(shè)施；每個(gè)施工單元(500～700m3)只需4人(1個(gè)起重工，2個(gè)安裝工，1個(gè)信號(hào)工)，完成拆、裝、校正只需8～10小時(shí)，達(dá)到了省工、省料、節(jié)約造價(jià)的目的。

5.3 結(jié)構(gòu)安全可靠且利用率高

預(yù)埋螺栓垂直于水平受力槽鋼，且預(yù)埋螺栓的一端嵌入大壩內(nèi)，另一端通過緊固螺母和錐形螺母夾持在水平受力槽鋼上，安全可靠。預(yù)埋筋為全絲T牙高強(qiáng)螺紋桿結(jié)構(gòu)，寬絲牙能提高螺栓絲牙的抗剪強(qiáng)度。錐形螺母為全鋼內(nèi)絲螺母，中部設(shè)定位銷，保證兩端螺栓旋入位置準(zhǔn)確均衡，確保模板的整體安全性。錐形螺母可以使用專用工具拆除多次使用，緊固螺桿、螺母及墊片均可拆除多次使用，重復(fù)利用率高。

5.4 操作安全可靠

結(jié)構(gòu)鋼架外設(shè)安全防護(hù)架，外罩安全網(wǎng)。同時(shí)，為加強(qiáng)塔吊機(jī)操作工與安裝工間的溝通，在塔吊機(jī)上配備了成套的音視頻設(shè)備，減少塔吊機(jī)操作盲目性，確保模板安裝、拆卸操作安全。

懸臂式鋼架塑料大模板在六安市金安區(qū)硃砂沖水庫(kù)工程和太平水庫(kù)工程中進(jìn)行了成功應(yīng)用，取得了良好的質(zhì)量效果和經(jīng)濟(jì)效益，可在水利、交通、市政和建設(shè)工程等高大混凝土工程施工中推廣應(yīng)用。