一種懸臂液壓爬升式模板在白鶴灘水電站進(jìn)水塔混凝土施工中的設(shè)計與應(yīng)用

姜萬齊

中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，中國·廣東 深圳 518100

懸臂液壓爬升模板被廣泛應(yīng)用于索塔、高墩、高層建筑工程和橋梁工程等，但在特大型水利水電工程屬首次運用。與傳統(tǒng)的懸臂大模板相比，液壓爬升模板系具有操作簡潔、施工速度快、結(jié)構(gòu)面成形好、安全問題少等特點，可有效地減少人員配置及塔吊等起重設(shè)備的使用，從而降低施工成本，大大提高了施工效率。通過液壓爬升模板在水電工程中的實際應(yīng)用，總結(jié)得出相關(guān)技術(shù)參數(shù)和施工經(jīng)驗成果。

懸臂液壓爬升模板；水電站進(jìn)水塔；混凝土施工；設(shè)計與應(yīng)用

1 引言

白鶴灘水電站塔體及攔污柵外圍模板采用的是大型懸臂液壓爬升模板，大型懸臂液壓爬升模板具有結(jié)構(gòu)面成形好、安全問題少、垂直方向自行爬升，大大降低了模板在倉面循環(huán)安拆中起吊設(shè)備的使用量。大型懸臂液壓爬升模板利用門機(jī)進(jìn)行吊裝，每循環(huán)澆筑完成后利用自帶的液壓爬升系統(tǒng)自行爬升。

2 工程概況

2.1 總體概況

左岸進(jìn)水口位于拱壩軸線上游230 ～490m 范圍，進(jìn)水口方位角N20°E。進(jìn)水口采用岸塔式分層取水設(shè)計，8 個進(jìn)水塔一字排開，單個塔體寬度33．2m，進(jìn)水口底板高程736．00m，塔基高程731．00m，塔頂高程同大壩壩頂高程834．00m，塔體最大高度103．0m。各進(jìn)水塔均為獨立結(jié)構(gòu)，之間設(shè)結(jié)構(gòu)縫。

2.2 進(jìn)水塔概況

單個進(jìn)水塔混凝土分為背坡混凝土（澆筑一區(qū)）、閘門井塔體混凝土（澆筑二區(qū)）、攔污柵混凝土（澆筑三區(qū)）以及兩側(cè)回填混凝土。背坡混凝土、兩側(cè)回填混凝土按每3m 一層、最后一層根據(jù)現(xiàn)場實際剩余高度施工，背坡混凝土共計分為10 層[5]。閘門井塔體、攔污柵混凝土分塊以單個機(jī)組結(jié)構(gòu)縫為界，共劃分為8 個機(jī)組段，單個機(jī)組塔體與攔污柵以預(yù)留梁窩的方式分別進(jìn)行澆筑，一共分39 層澆筑，分層高度采用3m、2．5m、2m 的形式，局部特殊部位采用短分層的方式澆筑[1-2]。攔污柵分層僅有3m、2．5m、2m 三種不同層高；進(jìn)水塔除有3m、2．5m、2m 層高外，還有1m、1．2m、2．3m、2．7m 等層高。

1#機(jī)攔污柵及8#機(jī)攔污柵邊墩隨閘門井塔體混凝土一起澆筑，分層分塊詳見圖1、2所示。

圖1 左岸進(jìn)水塔分塊示意圖

圖2 左岸進(jìn)水塔分層分塊示意圖

表1 進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)豎向分層施工高度對照表：（單位：m）

表2 攔污柵結(jié)構(gòu)豎向分層施工高度對照表：（單位：m）

進(jìn)水塔單機(jī)結(jié)構(gòu)見下圖：

圖3 3-8 層進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)平面圖

圖4 9-24 層進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)平面圖

圖5 25-28 層進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)平面圖

圖6 進(jìn)水塔與攔污柵分塊分層澆筑效果圖

2.3 爬模平臺設(shè)置及設(shè)計荷載要求

爬模平臺設(shè)計需充分考慮施工需要，滿足施工工序要求，平臺設(shè)計荷載如下：爬模上平臺3KN/m2，爬升施工考慮7級風(fēng)風(fēng)荷載，非爬升狀態(tài)考慮9 級風(fēng)風(fēng)荷載，停工狀態(tài)考慮12 級風(fēng)風(fēng)荷載。

2.4 其它相關(guān)設(shè)計要求

根據(jù)施工組織設(shè)計要求，進(jìn)水塔塔體結(jié)構(gòu)先行，攔污柵結(jié)構(gòu)滯后與塔體施工；必須保證爬模架體整體爬升的同步性以免造成架體扭轉(zhuǎn)、破壞；模板在遇到結(jié)構(gòu)變化時候拆改量盡量減少；墻體模板后移距離不小于500mm，滿足爬模爬升的條件。

3 液壓爬模設(shè)計方案

3.1 液壓爬模平面設(shè)計

本工程2#、4#、6#、8#進(jìn)水塔單機(jī)共布置36 個液壓爬模機(jī)位及72 個懸臂模板支架；1#、3#、5#、7#進(jìn)水塔單機(jī)共布置6 個液壓爬模機(jī)位以及12 個懸臂模板支架。單個液壓爬模機(jī)位的設(shè)計頂升力為10 噸（含自重），每個機(jī)位設(shè)置一套液壓油缸，每兩個機(jī)位一組使用一個動力單元系統(tǒng)；迎水面處每榀爬模獨立爬升，其余面單面整體爬升。整個爬模系統(tǒng)在作業(yè)面形成一個封閉、安全并可獨立向上施工的操作空間。進(jìn)水塔液壓爬模及平臺平面布置見下圖。

圖7 進(jìn)水塔3-8 層爬模平面布置圖

圖8 進(jìn)水塔第8 層以上爬模平面布置圖

圖9 攔污柵爬模平面布置圖

圖10 1#、3#、5#、7#攔污柵爬模平面布置圖

3.2 液壓爬模架體立面設(shè)計

平臺設(shè)計如圖11所示：

圖11 單側(cè)懸臂液壓爬模立面總裝圖

根據(jù)現(xiàn)場混凝土施工要求，為滿足現(xiàn)場施工時鋼筋綁扎及混凝土澆筑所需平臺高度需求，液壓自爬模架體共設(shè)置3層操作平臺；①平臺為上平臺，供施工時放置鋼筋等材料使用；②平臺為主平臺，供模板后移等操作使用；③平臺為液壓操作平臺，爬模爬升時進(jìn)行液壓系統(tǒng)操作使用兼做主要人員通道。根據(jù)JGJ195-2010 要求，爬模處于施工工況時，爬模上平臺荷載為3KN/m2，模板操作平臺施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1．0kN/m2；液壓操作平臺和吊平臺施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1．0kN/m2，但不參與爬模荷載設(shè)計組合。爬模處于爬升工況時，上平臺不允許堆載，主平臺施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1．0kN/m2，液壓操作平臺施工荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1．0kN/m2。按照J(rèn)GJ195-2010 要求，爬模處于施工工況和爬升工況時，按7 級風(fēng)力進(jìn)行安全計算；爬模處于停工工況時，按9 級風(fēng)力進(jìn)行安全計算[6]。

架體設(shè)計總高度為9．45 米。架體立面詳見圖11。

EL．751m 處進(jìn)水口處結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，需對液壓爬模重新進(jìn)行吊裝換位，并在原來的4 榀基礎(chǔ)上增加1 榀V 型架體共5 榀；即在澆筑第10 層時爬模變?yōu)? 榀。吊裝變換爬模前需將鋼管架拆至低于11m。爬模變化示意見下圖。

圖12 進(jìn)水口處爬模變換前正視圖

圖13 進(jìn)水口處爬模變換后正視圖

進(jìn)水塔第9 層澆筑完畢變換架體后，由于進(jìn)水口處為弧形，導(dǎo)致爬模下部附墻撐無法與結(jié)構(gòu)充分接觸，故需臨時在附墻撐上焊接楔形墊塊以確保附墻撐與結(jié)構(gòu)充分接觸[4]。

圖14 附墻撐與進(jìn)水口弧形結(jié)構(gòu)面接觸處處理措施

為避免架體爬升時與結(jié)構(gòu)沖突，爬模平臺板與混凝土墻面間留有250mm 的間隙；同時為防止高空墜物，在架體與混凝土墻面之間的空隙處設(shè)置翻板，當(dāng)架體提升時將翻板翻開，架體提升到位后，應(yīng)立即將翻板鋪好。為全面做好安全防護(hù)工作，我們在導(dǎo)軌與平臺跳板之間的縫隙處同樣設(shè)置蓋板[8]。做法參見下圖：

圖15 架體與結(jié)構(gòu)間縫隙翻板

為保證高空作業(yè)時施工人員的安全，架體外防護(hù)設(shè)計采用鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)擋風(fēng)系數(shù)為0．2[7]。外圍護(hù)鐵絲網(wǎng)在保證外圍護(hù)的抗沖擊性、安全性、耐用性以及采光要求的同時，追求外立面形象美觀、整潔。

爬模共設(shè)置3 層平臺，各層平臺板均采用為50mm 折彎花紋鋼跳板，局部采用鋼板填補；花紋鋼跳板具有防火、防滑、耐腐蝕的作用?；y鋼跳板效果見下圖：

圖16 平臺鋼板效果圖

各層平臺之間均設(shè)上下人洞，層與層之間設(shè)置鋼制梯；上平臺與主平臺之間設(shè)置斜梯[3]，主平臺與吊平臺之間設(shè)置直梯；兩種梯子材料規(guī)格一致且通用。洞口處設(shè)置有翻蓋，蓋上后可正常通行。

圖17 平臺間通道洞口處理

3.3 液壓爬模面板設(shè)計

3．3．1 鋼模板設(shè)計

進(jìn)水塔外圍爬模位置混凝土澆筑均采用鋼模板。鋼模板的重量約為100kg/m2，鋼模板面板厚度為5mm，橫肋為115?50?5mm 折彎鋼板，間距不大于300mm，邊肋為115?10帶鋼；鋼模板設(shè)計高度為3．15m，下包100mm，上挑50mm；相鄰鋼模板之間均采用M8?30 螺栓連接，模板通過背楞扣件與爬模上懸臂支架后移主背楞連接，并隨爬模爬升而提升至下一作業(yè)層。

根據(jù)設(shè)計需求，架體部位模板上設(shè)有4 層爬錐孔及4 層懸臂爬錐孔，分別對應(yīng)1．2m、2．0m、2．5m 及3m 層高；懸臂爬錐孔孔徑為26mm，液壓爬模爬錐孔孔徑為38mm；模板孔位在出廠前均已開設(shè)完畢，澆筑混凝土前需對暫時不用的孔位用鋼片進(jìn)行封堵。出廠前已對每塊模板編號，模板到場后根據(jù)設(shè)計圖紙拼裝模板，模板編號應(yīng)方便現(xiàn)場模板查找和拼裝。封堵效果見下圖：

圖18 模板立面示意圖

3．3．2 模板平面設(shè)計

模板從第3 層混凝土澆筑開始使用，并配置有EL．758 以上連接墻變?yōu)榭v撐處模板。進(jìn)水塔單機(jī)模板平面布置見下圖：

圖19 進(jìn)水塔3-8 層模板平面布置圖

圖20 進(jìn)水塔9-24 層模板平面布置圖

圖21 進(jìn)水塔25-28 層模板平面布置圖

圖22 攔污柵3-39 層模板平面布置圖

圖23 1#、3#、5#、7#攔污柵3-39 層模板平面布置圖

3．3．3 模板節(jié)點設(shè)計

模板的陽角部位采用增加連接角鋼并使用螺栓與大模板連接的方式。詳見下圖：

圖24 陽角連接示意圖

3.4 預(yù)埋件設(shè)計

鋼模板采用背楞扣件與后移裝置連接，模板可利用后移裝置進(jìn)行合模拆模，亦可利用后移裝置上的調(diào)節(jié)座對垂直方向高度進(jìn)行微調(diào)。預(yù)埋件通過受力螺栓固定在鋼模板上，退模前將安裝螺栓拆除。預(yù)埋件節(jié)點見下圖。

圖25 預(yù)埋件及模板連接示意圖

蛇形埋件桿直徑為32mm，單根長度為800mm，螺紋規(guī)格為M30，材料為二級鋼。埋件在使用前應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行抗拔試驗，抗拔力達(dá)280KN 以上即可滿足受力需求。

安裝預(yù)埋件時使用安裝螺栓，退模安裝掛座時換為受力螺栓，受力螺栓規(guī)格為M36?90，螺栓等級為10．9 級。

為便于爬錐拆卸，安裝前應(yīng)先涂抹黃油再用膠帶包裹。

鋼模板上開設(shè)有4 層爬錐孔，分別對應(yīng)不同澆筑層高，不同層高埋件安裝位置見下圖：

圖26 進(jìn)水塔1m 層高處澆筑流程圖

圖27 不同層高埋件高度布置圖

由于進(jìn)水塔迎水面第3層澆筑時，第2層底板已澆筑完畢，模板需落在底板上，此處埋件無法正常設(shè)置，故此處需埋設(shè)地腳螺栓，地腳螺栓需在澆筑第2 層底板前設(shè)置，地腳螺栓可與第2 層鋼筋焊接，布置間距為1100mm/1200mm/1300mm，地腳螺栓露出地面處與迎水面墻體間距為280mm。

4 施工工藝流程及技術(shù)要求

4.1 爬模安裝工藝流程及技術(shù)要求

4．1．1 安裝工藝流程

本工程從第2 層混凝土澆筑完畢后開始安裝架體，安裝具體流程如下。

（1）進(jìn)水塔及攔污柵側(cè)面爬模安裝

預(yù)埋M36/M30 爬錐，現(xiàn)場使用木模板澆筑第2 層混凝土→安裝埋件轉(zhuǎn)換座，現(xiàn)場搭設(shè)支撐架，支撐架需滿足單個支架后坐力153KN 的承載需求，整體吊裝已組拼好的懸臂模板→安裝懸臂埋件及爬模埋件，合模澆筑第3 層混凝土→混凝土達(dá)到強(qiáng)度，吊走懸臂模板架體，安裝埋件掛座，拆除埋件轉(zhuǎn)換座及支撐架→吊裝已組拼好的爬模下架體→將吊走的懸臂模板底部首澆底梁拆除，剩余部分與已在地面上組裝好的主平臺連接→吊裝懸臂模板，并與爬模連接成整體，安裝懸臂模板下三角架斜撐及立桿→懸臂模板安裝到位，安裝主平臺維護(hù)以及懸臂模板、爬模埋件，安裝外連桿及螺母，合模澆筑第4 層混凝土→第4 層混凝土澆筑完畢，退模，安裝埋件掛座以及液壓系統(tǒng)，吊裝導(dǎo)軌→導(dǎo)軌安裝到位，單懸臂液壓爬模整體安裝完畢，進(jìn)行液壓調(diào)試并爬升至下一層；安裝翻板、側(cè)維護(hù)、梯子等。

進(jìn)水塔及攔污柵側(cè)面爬模安裝流程見下圖：

圖28 進(jìn)水塔及攔污柵側(cè)面爬模安裝流程圖

（2）進(jìn)水塔迎水面爬模安裝

進(jìn)水塔迎水面爬模安裝流程見下圖：

圖29 進(jìn)水塔迎水面爬模安裝流程圖

澆筑第2 層混凝土?xí)r預(yù)埋地腳螺栓，地腳螺栓可焊在第2 層鋼筋上，地腳螺栓露出混凝土面距離迎水面墻面為280mm →安裝模板及懸臂模板上支架，在模板上安裝懸臂埋件，澆筑第3 層混凝土→混凝土達(dá)到強(qiáng)度，吊走懸臂支架及模板，現(xiàn)場搭設(shè)支撐架，支撐架搭設(shè)需滿足單榀支架后方153KN 的壓力受力需求→將吊走的懸臂模板底部首澆底梁拆除，剩余部分與已在地面上組裝好的主平臺連接，并整體吊裝至支撐架上，安裝懸臂下三角架→安裝主平臺維護(hù)，安裝懸臂及爬模埋件，合模澆筑第4 層混凝土→混凝土達(dá)到強(qiáng)度，退模，拆除懸臂下三角架立桿與斜桿連接銷，整體吊走懸臂模板→安裝埋件掛座，拆除支撐架，吊走已整體組拼好的爬模下架體→爬模安裝到位，整體吊裝之前吊走的懸臂模板架體；吊裝到位后插上下三角架立桿與斜桿的連接銷→合模澆筑第5 層混凝土，安裝液壓系統(tǒng)，翻板及側(cè)防護(hù)、梯子等→退模，安裝掛座，吊裝導(dǎo)軌，爬?？蛇M(jìn)行爬升。

（3）攔污柵墩頭爬模安裝

預(yù)埋M36/M30 爬錐，現(xiàn)場使用木模板澆筑第2 層混凝土→安裝埋件轉(zhuǎn)換座，現(xiàn)場搭設(shè)支撐架，支撐架需滿足單個支架后坐力153KN 的承載需求，整體吊裝已組拼好的懸臂模板→安裝懸臂埋件及爬模埋件，現(xiàn)場散支底部曲面處模板，合模澆筑第3 層混凝土→混凝土達(dá)到強(qiáng)度，吊走懸臂模板架體，安裝埋件掛座，拆除埋件轉(zhuǎn)換座及支撐架→吊裝已組拼好的爬模下架體→將吊走的懸臂模板底部首澆底梁拆除，剩余部分與已在地面上組裝好的主平臺連接→吊裝懸臂模板，并與爬模連接成整體，安裝懸臂模板下三角架斜撐及立桿→懸臂模板安裝到位，安裝主平臺維護(hù)以及懸臂模板、爬模埋件，安裝外連桿及螺母，合模澆筑第4 層混凝土→第4 層混凝土澆筑完畢，退模，安裝埋件掛座以及液壓系統(tǒng)，吊裝導(dǎo)軌→導(dǎo)軌安裝到位，單懸臂液壓爬模整體安裝完畢，進(jìn)行液壓調(diào)試并爬升至下一層；安裝翻板、側(cè)維護(hù)、梯子等。

攔污柵墩頭爬模安裝流程見下圖：

圖30 攔污柵墩頭爬模安裝流程圖

4．1．2 安裝技術(shù)要求

（1）安裝前的準(zhǔn)備工作主要為：對預(yù)埋件的中心標(biāo)高和模板底標(biāo)高應(yīng)進(jìn)行抄平確認(rèn)；標(biāo)準(zhǔn)層高懸臂模板預(yù)埋件距混凝土上表面400mm，爬模預(yù)埋件距離混凝土上表面1100mm。

（2）安裝三角架時，必須使用鋼管對架體單元進(jìn)行連接，做好剪刀撐，使架體形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

（3）安裝預(yù)埋件時，爬錐孔內(nèi)抹黃油擰入埋件桿，保證混凝土不流進(jìn)爬錐螺紋內(nèi)，爬錐外面用膠帶及黃油包裹以便于拆卸。

（4）確保預(yù)埋件位置的正確。預(yù)埋時須依據(jù)“預(yù)埋定位圖”中平面預(yù)埋位置及立面預(yù)埋位置進(jìn)行逐點放線預(yù)埋。預(yù)埋尺寸應(yīng)滿足下表要求：

項目 尺寸要求臨近兩層預(yù)埋孔垂直偏差 小于5mm同一層預(yù)埋孔水平偏差 小于10mm同一預(yù)埋層兩孔水平偏差 小于5mm

4.2 爬模施工工藝流程及技術(shù)要求

4．2．1 施工工藝流程

混凝土澆筑完成→模板拆模后移→安裝埋件掛座→提升導(dǎo)軌→拆除下部掛座→爬升架體→模板清理刷脫模劑→預(yù)埋件固定在模板上→合?！鷿仓炷痢Ｅ郎h(huán)施工流程圖 如下所示[9]。

圖31 爬模循環(huán)流程圖

4．2．2 施工技術(shù)要求

（1）合模前將模板清理干凈，刷好脫模劑，裝好埋件系統(tǒng)，測量模板預(yù)埋件的位置，是否與鋼筋沖突，埋件、預(yù)埋件如和鋼筋有沖突時，將鋼筋適當(dāng)移位處理后再進(jìn)行合模[10-11]。

（2）用線墜或儀器校正調(diào)整模板垂直度。

（3）混凝土振搗時嚴(yán)禁振搗棒碰撞預(yù)埋件。

（4）上層混凝土強(qiáng)度達(dá)到10MPa 時，由項目部開據(jù)提升通知單，爬模技術(shù)指導(dǎo)與施工方安全員共同對架體系統(tǒng)（包括架體上的雜物，各連接部位的連接，及液壓控制系統(tǒng)等）進(jìn)行檢查并填寫提升前檢查記錄表，清理架體雜物，符合要求后方可提升。提升時現(xiàn)場在相應(yīng)樓層準(zhǔn)備臨時電箱[12]。

（5）爬升架體或提升導(dǎo)軌時液壓控制臺應(yīng)有專人操作，每榀架子設(shè)專人看管是否同步，發(fā)現(xiàn)不同步，可調(diào)節(jié)液壓閥門進(jìn)行控制。

（6）拆模時，先拔出插銷，扳動后移裝置將模板后移；后移到位后，再插上插銷。

（7）維護(hù)、檢修的內(nèi)容：檢查架體系統(tǒng)的連接部位和防護(hù)是否符合要求，否則及時整改，對電氣控制系統(tǒng)要定期調(diào)試，及時更換易損件。

4.3 爬模拆除工藝流程及技術(shù)要求

4．3．1 拆除順序

按照規(guī)定要求，爬模裝置拆除前應(yīng)明確平面和豎向拆除順序，按照現(xiàn)場門吊起重力矩要求，將爬模按照一定順序逐個單元拆除。

4．3．2 拆除流程

①澆筑完最后一層→②拆除懸臂下三角架斜桿與立桿連接銷→③退模，整體吊走懸臂模板架體及模板→④拆除導(dǎo)軌、下部埋件掛座及液壓系統(tǒng)→⑤拆除爬模架體及掛座→⑥塔吊吊至地面后解體。

4．3．3 拆除技術(shù)要求

（1）整體起吊懸臂支架時吊點必須設(shè)置在懸臂支架主背楞的吊鉤上，嚴(yán)禁設(shè)置在模板上。

（2）進(jìn)行拆除作業(yè)時需拉設(shè)警戒線，下方嚴(yán)禁站人。

（3）整體吊裝至地面解體時需做好臨時加固措施，確保架體擺放穩(wěn)固。

（4）拆除的材料分類碼放。

5 結(jié)語

懸臂液壓爬升板模的使用貫穿于混凝土施工中的全部工序，即設(shè)計、安裝、澆筑、提升、拆除等，它的使用對于電站進(jìn)水塔混凝土來說確實帶來了施工效益，同時也存在一定的風(fēng)險。因此，在大型懸臂液壓爬升模板的設(shè)計與應(yīng)用中需要注意以下幾點：

（1）設(shè)計荷載必須滿足要求。（2）安裝、使用、提升、拆除過程每一道工序必須要有風(fēng)險分析及突發(fā)應(yīng)急預(yù)案，如：安拆過程中突遇大風(fēng)天氣；爬升過程中液壓油缸無法正常工作，安裝時預(yù)埋件與模板空位無法對應(yīng)等。