老撾南歐江二級水電站尾水流道模板的設(shè)計(jì)與研究

龍 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南歐江二級水電站位于老撾人民民主共和國中北部的瑯勃拉邦省境內(nèi)，電站廠房布置在右岸主河床中，為河床式廠房，內(nèi)裝3臺、單機(jī)容量為40 MW的燈泡貫流式機(jī)組。

廠房進(jìn)水口壩橫D.T.0+007.222～壩橫D.T.0+013.922段胸墻底部為四分之一橢圓，流道底部高程288.265 m，兩側(cè)墻之間的間距由寬變窄；壩橫D.T.0+013.922～壩橫D.T.0+015.776段為矩形斷面；壩橫D.T.0+015.776～壩橫D.T.0+020.52段流道斷面由方變圓；壩橫D.T.0+020.52～壩橫D.T.0+028.3段為管型座及尾水管鋼襯段，該段留有二期混凝土；壩橫D.T.0+028.3～壩橫D.T.0+056.38段流道斷面由圓變方，壩橫D.T.0+056.38～壩橫D.T.0+059.075段流道斷面為矩形標(biāo)準(zhǔn)斷面。

尾水閘墩與尾水管流道相連，尾水流道斷面不規(guī)則，進(jìn)口為喇叭口，繼而流道斷面由方變圓，中間部位為鋼襯段，尾水管鋼襯段下游流道斷面由圓再變方，體態(tài)較不規(guī)則，承重頂板支撐較為復(fù)雜。據(jù)此，項(xiàng)目部進(jìn)行了鋼桁架排架方案和鋼管扣件排架方案的比較：

(1)如果頂部采用定型鋼桁架梁排架支撐，當(dāng)鋼桁架梁封頂時(shí)，安裝及拆除均為高處懸空作業(yè)，施工難度大且在襯砌完成后，頂部鋼桁架無法采用吊裝設(shè)備拆除，只能由人工拆除，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

(2)如果采用鋼管扣件排架支撐，由于普通鋼管為單管定位，能夠較好地適應(yīng)變斷面的結(jié)構(gòu)，安裝及拆除施工方便。

經(jīng)分析比較后，項(xiàng)目部決定采用鋼桁架與鋼管扣件排架相結(jié)合的方案，即底板圓弧段采用定型鋼桁架結(jié)構(gòu)，其余采用φ48×3.5 mm的鋼管扣件排架作為支撐。該方案具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

(1)底部圓弧段采用定型鋼桁架支撐模板，安裝時(shí)有吊裝設(shè)備供使用，便于定位和安裝，拆除時(shí)混凝土已澆筑完成，在地面操作施工難度相對較小。

(2)整體性較好，在設(shè)計(jì)荷載內(nèi)，變形??；

(3)操作簡單。由于該方案使用普遍，工人操作的熟練程度較高，質(zhì)量能夠得到保證；

(4)鋼管和扣件的生產(chǎn)均有相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，施工設(shè)計(jì)和施工作業(yè)均有相關(guān)的國家施工規(guī)范、規(guī)定可循；

(5)普通鋼管排架在水工建筑物的施工中均運(yùn)用的非常普遍。

2 模板設(shè)計(jì)

依據(jù)《水電水利工程模板施工規(guī)范》DL/T5110-2000(以下簡稱模板規(guī)范)[1]和《建筑施工扣件或鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2001(以下簡稱腳手架規(guī)范)[2]的有關(guān)內(nèi)容，為保證混凝土澆筑質(zhì)量、減小混凝土澆筑施工對排架的壓力，廠房尾水流道封頂層澆筑層厚2.15 m，實(shí)際超過尾水管頂高程299.75 m的混凝土厚度為0.65 m，其荷載相對較小，與模板支撐體系相適應(yīng)。排架立桿采用對接扣件連接，橫桿與立桿之間采用十字扣件連接，剪刀撐與立桿采用旋轉(zhuǎn)扣件連接。立桿的底腳支撐在已澆筑完成的底?；蚧炷撩嫔?，立桿立在弧面上時(shí)，可以利用底部弧線段上的鋼桁架及拉模筋進(jìn)行固定。立桿底腳采用掃地桿連接，水平橫桿與混凝土面之間加木楔頂緊。

流道模板兩側(cè)直線段及頂部直線段采用組合鋼模板及5 cm×10 cm的木方拼裝，兩塊3015模板之間夾一塊5 cm×10 cm的木方，以便于開孔穿拉模筋，其余圓弧曲線不規(guī)則部分采用5 cm×10 cm的木方拼裝[3]。模板安裝完成后，鋪設(shè)一層3 mm厚的保麗板，以保證過流面的平整。

底板的圓弧曲線段采用定型模板制作，進(jìn)水口流道圓弧段的定型模板長度為1.52 m和1.525 m，尾水流道圓弧段的定型模板長度主要為2 m，高度根據(jù)圓弧確定，流道底板直線段不關(guān)模板，人工收面。頂部圓弧曲線段模板采用φ25鋼筋加工的圓弧支撐、現(xiàn)場拼裝成型。木方拼裝時(shí)，木方鋸口，然后用鐵絲將其綁扎在φ25鋼筋上，固定一塊木方后，在其余木方拼裝時(shí)，用鐵釘相互固定。3 mm厚的保麗板均用鐵釘固定在木方上，以保證混凝土澆筑時(shí)不跑位、不變形。為保證過流面平整，在木方拼裝前，刨平木方，拼裝圓弧曲線時(shí)，對木方實(shí)施倒角，以保證兩塊木方之間接縫緊密。

模板固定的拉條按照0.75 m的間距、0.7 m的排距布置，在適當(dāng)?shù)奈恢脩?yīng)根據(jù)實(shí)際情況增加拉條，以滿足加固模板的需要。為保證過流面的質(zhì)量要求，所有過流面拉條均設(shè)計(jì)為埋設(shè)鋼管套筒，在鋼管套筒上焊接拉模筋，待過流面澆筑完成、排架拆除后將套筒上部拉條的頭卸掉，對過流面上的孔洞采用M25砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、表面抹光處理。

3 排架設(shè)計(jì)

通過對排架的受力情況進(jìn)行分析得知：廠房各機(jī)組段的流道斷面除鋼襯段外，進(jìn)水口及出口段流道底部均為平段，排架只受向下的壓力。為了滿足排架立桿的抗壓穩(wěn)定和排架的整體穩(wěn)定性，并對施工中不確定因素進(jìn)行了充分估計(jì)，將尾水流道排架的立桿順流向間距確定為0.9 m，橫向0.6 m，最大步距1.2 m，立桿頂端伸出段長約0.2 m，進(jìn)水口方變圓段流道排架的立桿順流向間距為0.6 m，橫向0.6 m，最大步距0.9 m，立桿頂端伸出段長約0.2 m，左、右方向的橫桿兩端頂緊混凝土壁面或側(cè)墻模板桁架。對于排架立柱在弧形部位的底部固定形式，在側(cè)墻上按立柱布置位置預(yù)埋鋼管，在鋼管內(nèi)上套螺桿伸出混凝土表面，以供側(cè)墻模板拉條施工和排架立柱基礎(chǔ)角鋼的固定使用。套筒的結(jié)構(gòu)形式與翻轉(zhuǎn)大模板類似，立柱之間設(shè)置掃地桿，通過扣件將立柱連成整體(圖1)。

4 模板支撐腳手架的受力計(jì)算

4.1 尾水流道支撐腳手架的受力計(jì)算

(1)模板：Q1=0.5 kN/m2；

(2)新澆混凝土自重為25 kN/m3，0.65 m厚混凝土荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q2=16.25 kN/m2；

(3)施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q3=2.5 kN/m2；

(4)澆筑和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q4=2 kN/m2；

(5)縱橫木楞自重：7.5 kN/m3。

豎向荷載效應(yīng)組合為：

N=1.2∑NGK+1.4∑NQK

式中 ∑NGK為模板及新澆鋼筋混凝土自重產(chǎn)生的軸向力總和(忽略支架自重)；∑NQK為施工人員及施工設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力總和[4]。

頂板模板情況見圖2。

圖1 底部圓弧定型桁架支撐模板典型斷面圖

圖2 頂板模板示意圖

以厚度為0.65 m的頂板為例進(jìn)行了荷載組合分析。腳手架橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.9 m，布距為1.2 m。

4.2 進(jìn)水口方變圓流道支撐腳手架的受力計(jì)算

(1)模板：Q1=0.5 kN/m2；

(2)新澆混凝土自重為25 kN/m3，1 m厚混凝土荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q2=25 kN/m2；

(3)施工人員及設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q3=2.5 kN/m2；

(4)澆筑和振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值Q4=2 kN/m2；

(5)縱橫木楞自重為7.5 kN/m3；每m2立桿所承受的方木重量為：

Q5=0.05×0.1×7.5×3+0.1×0.1×7.5×2

=0.26(kN)

圖3 尾水流道排架支撐典型斷面圖

按照3根5 cm×10 cm次楞和2根10 cm×10 cm主楞考慮。

豎向荷載效應(yīng)組合為：

N=1.2∑NGK+1.4∑NQK

式中 ∑NGK為模板及新澆鋼筋混凝土自重產(chǎn)生的軸向力總和(忽略支架自重)；∑NQK為施工人員及施工設(shè)備荷載標(biāo)準(zhǔn)值、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的軸向力總和[4]。

頂板模板情況見圖4。

圖4 頂部模板示意圖

以厚度為1 m的頂板為例進(jìn)行了荷載組合分析。腳手架橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.6m，布距為0.9 m。

5 施工采用的吊裝設(shè)備

主要考慮的因素是模板、鋼筋等材料和部分混凝土吊運(yùn)。廠房壩段采用的吊裝設(shè)備為上下游門機(jī)，安裝完成并已投入使用，滿足吊裝需求。

6 流道模板的加工及安裝

根據(jù)廠房流道斷面的實(shí)際情況將其分為3部分：第一部分為進(jìn)水口段，包括上游胸腔和方變圓段；第二部分為鋼襯段；第三部分尾水流道段為圓變方段。

圓變方及方變圓段的底部圓弧需加工定型模板。鋼襯段因留有二期混凝土，故只需要平直模板，該方案中暫不考慮胸腔模板，胸腔施工措施另行編制。

根據(jù)各設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行木模板的加工：

(1)原材料：定型模板的支撐采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，流道斷面圓弧采用φ25鋼筋制作定型圓弧，其余支撐部分采用φ48鋼管焊接。模板采用5 cm×10 cm的木方拼裝，模板的面板采用3 mm厚的保麗板。

(2)現(xiàn)場拼裝的異性模板主要為頂拱圓弧模板，頂拱圓弧模板仍采用木方拼裝，但需要加工圓弧定型鋼筋，圓弧鋼筋的現(xiàn)場定位主要利用搭設(shè)的支撐腳手架。

(3)半成品：要求圓弧加工直徑滿足要求，鋼管、木材無裂縫、無變形。

(4)成品：各種尺寸滿足設(shè)計(jì)要求，將面板定位尺寸誤差控制在±4 mm以內(nèi)。

根據(jù)施工需要，為加快施工進(jìn)度，流道底模需加工2臺機(jī)組的流道底模模板，以滿足施工需求。

6.1 流道桁架的下料與制作

先根據(jù)流道模板的設(shè)計(jì)圖紙，按照各圓弧半徑先加工出φ25圓弧鋼筋，在模板加工廠按1∶1的比例放出圓弧大樣，并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行φ48鋼筋下料。對照圖紙認(rèn)真檢查復(fù)核無誤后，采用φ48鋼管焊接圓弧，使圓弧鋼筋尺寸定位，形成標(biāo)準(zhǔn)斷面的桁架。

在模板加工場內(nèi)放樣，將桁架按設(shè)計(jì)間排距排列成型。先檢查桁架的斷面尺寸是否滿足設(shè)計(jì)要求，檢查無誤后將模板的4榀桁架按照設(shè)計(jì)斷面位置臨時(shí)加固為整體成型，然后在桁架的圓弧鋼筋上分出模板拼裝的位置。面板采用拋光、取直的5 cm×10 cm的木方拼裝，10 cm 寬度方向?yàn)槊姘?，每塊模板在安裝前進(jìn)行預(yù)拼裝，對木方接縫進(jìn)行處理并保證接縫緊密且兩塊木方接縫面平整、不錯(cuò)臺[5]。

第一塊木方拼裝時(shí)，采用5 cm×0.5 cm的扁鐵做模板圓弧圍柃，扁鐵開孔與木方之間采用螺栓連接，在木方上開槽0.5 cm，將扁鐵壓入木方內(nèi)。對于木方面板穿螺栓的位置，將螺栓帽置于木方內(nèi)并保證面板平整。第一塊木方固定后，以后的拼裝木方主要采用8 cm長的鐵釘將相鄰的兩塊木方固定在一起。每隔1 m用螺栓將木方與扁鐵固定。扁鐵和φ25鋼筋圍柃上分別焊接短角鋼，角鋼上穿孔，用螺栓連接，使模板與桁架結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體，便于吊裝與拆卸。

木方拼裝完成后，檢查整個(gè)大面平整度是否滿足設(shè)計(jì)要求。待其滿足設(shè)計(jì)要求后，面層鋪裝一層3 mm厚的保麗板，用5 cm長的鐵釘釘在木方上。

6.2 流道模板的運(yùn)輸及安裝

(1)模板的運(yùn)輸。鑒于模板結(jié)構(gòu)尺寸較大(單塊寬度最大達(dá)3.288 m，最大高度達(dá)1.15 m)，最終采用平板車運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)的擺放方向?yàn)楣羌芊较蚱叫衅囬L度方向擺放，要求模板重心盡可能居中。同時(shí)，在模板起吊裝車前，先在車箱底板放置方木，然后再用鋼繩將模板與汽車?yán)o固定。

(2)模板的安裝。流道定型模板的安裝主要采用門機(jī)吊裝，門機(jī)將模板吊至安裝工作面，在混凝土上設(shè)置支撐架，人工輔助門機(jī)將模板精確定位在支撐架上并確保模板穩(wěn)固、不移位[5]。模板安裝完成后，用φ48鋼管將兩側(cè)模板的桁架連接成為一個(gè)整體。在桁架內(nèi)穿φ48鋼管做鋼管圍柃，用拉模筋將模板固定。拉模筋的布置方式與翻轉(zhuǎn)大模板類似。模板調(diào)整就位后，支撐要及時(shí)加固，抄楔要及時(shí)固定。

6.3 模板的拆除

拆模時(shí)，根據(jù)錨固情況分批拆除錨固連接件，防止大片模板墜落。拆模應(yīng)使用專用工具，以減少混凝土及模板的損傷。對于拆下的模板、支架及配件應(yīng)及時(shí)清理、維修并分類堆存，妥善保管。

7 模板質(zhì)量的控制及保證措施

(1)經(jīng)驗(yàn)收合格的模板才能出廠。

(2)進(jìn)行運(yùn)輸、安裝前，由現(xiàn)場施工管理人員進(jìn)行技術(shù)交底，使現(xiàn)場安裝人員熟知運(yùn)輸、安裝要求并進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控。

(3)模板在運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場后，需由安裝人員先檢查模板在運(yùn)輸過程中是否出現(xiàn)連接件松動(dòng)及運(yùn)輸損傷，如出現(xiàn)連接件松動(dòng)及運(yùn)輸損傷應(yīng)及時(shí)修復(fù)，然后進(jìn)行翻面安裝。

(4)安裝時(shí)，做到起重工、木工、測量人員等各工種間的密切配合，確保安裝的精度。

(5)模板就位后及時(shí)設(shè)置拉筋，防止滑動(dòng)或傾倒。

(6)安裝過程中要求測量人員密切配合，對模板在安裝過程中的位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，模板安裝過程中的位置調(diào)整可利用千斤頂或門機(jī)配合，待其位置符合設(shè)計(jì)要求后要及時(shí)固定支撐、抄楔等。

(7)模板安裝完成后，要求測量隊(duì)根據(jù)廠房流道單線圖所提供的斷面參數(shù)進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核合格后報(bào)請測量監(jiān)理進(jìn)行驗(yàn)收簽證。

(8)鋼筋接頭分散布置，采用焊接連接，配置在同一截面的受力鋼筋其焊接接頭截面積占受力鋼筋總截面積的百分比不超過50%。

(9)樣架和模板必須經(jīng)測量組驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行下一道工序的施工。

8 結(jié) 語

在南歐江二級水電站尾水閘墩及尾水流道施工中，采用定型鋼桁架模板和排架滿堂支撐配合施工工藝，在施工中取得了良好的效果。不僅可以節(jié)約人力、物力，而且解決了尾水流道斷面不規(guī)則造成的施工困難，確保了流道流水面的施工質(zhì)量。同時(shí)，采用定型鋼桁架模板和排架滿堂支撐施工工藝，提高了施工速度，為南歐江二級水電站提前四個(gè)月發(fā)電提供了有力的保證。