預(yù)制混凝土模板在清油河大壩懸挑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

董秋絨

（中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

清油河水庫樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的商洛市重點水源工程,屬Ⅳ等?。?）型工程。樞紐主要建筑物為重力式碾壓混凝土壩和庫區(qū)淹沒公路；重力式碾壓混凝土壩,總庫容983 萬m3。水庫大壩壩型為碾壓砼重力壩,由碾壓混凝土壩身、開敞式溢流表孔、泄洪排沙底孔及引水管等組成。

溢流表孔布設(shè)在壩體中部的7#和8#壩段,垂直于壩軸線布置,樁號為壩右0+160~壩右0+193,總長33 m。溢流壩段共布設(shè)3 孔,單孔凈寬7 m,總溢流寬度21 m。溢流堰頂高程645 m,挑流鼻坎高程611 m,懸挑部位砼采用鋼筋砼預(yù)制模板澆筑。

2 懸挑結(jié)構(gòu)施工難點及常見施工方法

2.1 懸挑結(jié)構(gòu)施工難點

（1）清油河大壩設(shè)計懸挑結(jié)構(gòu)均位于壩軸線的上游部位,總高度14 m,高程627.5 m~641.5 m 采用預(yù)制鋼筋砼懸挑模板,分10 層模板,每層高度1.43 m,上游面斜長1.6 m,與壩體砼同倉澆筑,澆筑完成后預(yù)制鋼筋砼模板不予拆除。大壩壩體結(jié)構(gòu)以外屬于高空懸挑結(jié)構(gòu),跨度難度大,懸空的距離高,如何保證施工安全是施工的難點。

（2）清油河大壩設(shè)計懸挑部位均屬水工鋼筋混凝土承重結(jié)構(gòu),需承載上部結(jié)構(gòu)物的重力荷載,而懸挑部位鋼筋混凝土施工荷載大,如果按常規(guī)施工方法模板支撐體系是施工的難點。

2.2 懸挑結(jié)構(gòu)常見施工方法

（1）常規(guī)模板的施工方法是搭設(shè)滿堂架支撐,搭設(shè)方法比較簡單,因此可布設(shè)在懸空高度小、施工作業(yè)面寬闊的作業(yè)場地。對于懸空高度大、場地局限性大及工期緊張的作業(yè)面,它存在材料消耗量大、人工費時費力、施工進度慢等問題,所以進行必要的技術(shù)經(jīng)濟性方案比對優(yōu)選方案實施綜合評選是可行的方案,從而確保工程質(zhì)量優(yōu)良。

（2）在高空作業(yè)中,對懸挑部位以下的支撐體系采用懸挑式腳手架相比現(xiàn)在懸挑式腳手架在設(shè)計計算理論方面還有些不足之處。以前現(xiàn)場施工技術(shù)人員通過自己多年來總結(jié)的經(jīng)驗對懸挑腳手架計算進行理論推演,未通過現(xiàn)場實地考察,存在施工中材料消耗、技術(shù)人員操作不熟悉、施工方法的簡單、環(huán)境及荷載變化等諸多問題的影響,所以要進行荷載較大的懸空結(jié)構(gòu)采用懸挑式腳手架要進行多方理論計算方可確保施工正常。

3 預(yù)制鋼筋混凝土模板方案的選取

根據(jù)工程大壩懸挑部位結(jié)構(gòu)特點通過對搭設(shè)滿堂支架支撐常規(guī)模板工藝與預(yù)制鋼筋混凝土模板方案進行比選,選擇預(yù)制鋼筋混凝土模板施工方案有如下優(yōu)點：

（1）采用預(yù)制混凝土模板作為澆筑混凝土支撐,既解決了鋼模板的安裝,又節(jié)省了滿堂支撐架的搭設(shè),既加快了施工工期,又保障了混凝土澆筑穩(wěn)定性。

（2）清油河水庫工程溢流壩段懸挑部位混凝土澆筑,與壩體混凝土澆筑同步進行,若采用滿堂支撐架,總費用12.7 萬元。若采用預(yù)制混凝土模板施工,需要預(yù)制3 m×1.6 m×0.12 m 鋼筋混凝土模板77 塊,費用7.5 萬元。節(jié)約費用5.2 萬元。

（3）滿堂架及懸挑部位模板的搭設(shè)加固,需要等到壩體達到懸挑部位高程,并拆除壩體模板后進行,需要搭設(shè)平均高28 m 的滿堂架6800 m3和370 m2的鋼模板,采用預(yù)制混凝土懸挑模板施工,則可以節(jié)省滿堂架及鋼模板搭設(shè)工期28天。

（4）上下游側(cè)懸挑出壩體部分的底面模板是將預(yù)制成型的鋼筋混凝土模板在施工作業(yè)面拼裝后采用內(nèi)拉固定不需要外部支撐體,模板也不用拆除,因此在澆筑完大壩混凝土后無需拆除而且也不占用壩體結(jié)構(gòu)部分,相對于一般方法按照先搭設(shè)承重腳手架,再安裝鋼木模板,最后澆筑混凝土后拆除模板和腳手架等方案,最大限度避免和消除高空搭設(shè)腳手架時將存在的安全隱患。

（5）施工中繪制三維立體圖的目的是提前查找出懸挑部位與壩體的相貫線,從而對鋼筋混凝土模板預(yù)制進行現(xiàn)場拼裝,經(jīng)過多次拼裝結(jié)果表明模板與壩體之間拼縫嚴密,結(jié)構(gòu)尺寸符合標準規(guī)范要求,外觀能夠達到規(guī)范要求。通過在技術(shù)、安全等方面對比,預(yù)制鋼筋混凝土模板方案相對于滿堂支架搭設(shè)一般模板方法優(yōu)點多,最終選擇預(yù)制鋼筋混凝土模板方案對大壩懸挑部位進行施工。

4 懸挑模板結(jié)構(gòu)設(shè)計及受力驗算

4.1 懸挑模板結(jié)構(gòu)設(shè)計

以鋼筋混凝土預(yù)制板作為混凝土澆筑模板,采用拉錨鋼筋將模板與預(yù)埋在主體結(jié)構(gòu)中的工字鋼連接,用以錨固模板,進行混凝土澆筑,澆筑完成后,混凝土預(yù)制模板不予拆除,成為結(jié)構(gòu)體的一部分。懸挑結(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土模板,只要模板有可以錨固的結(jié)構(gòu),均可適用。模板具體結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土板,四周采用角鋼包邊,板中配置鋼筋,并預(yù)埋拉錨筋,混凝土板厚度、配筋拉錨間距等參數(shù),根據(jù)實際情況靈活設(shè)計。預(yù)制模板采用汽車吊或塔式起重機安裝。

（1）溢流壩段總長33 m,按3 m 長度制作模板,每層共需11 塊,每塊模板制作2.99 m。懸挑模板采用C25 鋼筋混凝土預(yù)制板,每塊尺寸為長×寬×厚=1.6 m×2.99 m×0.12 m,板中配筋為C12 熱軋帶肋鋼筋,間排距10 cm,鋼筋端頭與角鋼點焊連接。

（2）混凝土板外側(cè)四周埋設(shè)12 號角鋼包邊,在短邊一側(cè)埋設(shè)12 號角鋼接縫,接縫角鋼一半埋入混凝土與鋼筋網(wǎng)焊接牢固,另一半留5 cm 外露,作為上層模板的支撐,永久外露的角鋼噴涂防銹漆。

（3）預(yù)制模板內(nèi)預(yù)埋φ12 熱軋光圓錨筋。錨筋勾上板內(nèi)鋼筋網(wǎng),長度30 cm,布置間排距0.7 m。錨筋外露部分與拉錨筋雙面焊接,并焊接連接在預(yù)埋的20 a 工字鋼上。預(yù)制板內(nèi)預(yù)埋4 個φ12 熱軋光圓吊環(huán)。詳細結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 懸挑模板詳細結(jié)構(gòu)圖

4.2 懸挑模板受力驗算

（1）預(yù)制模板自重

懸挑模板自重：2.5×0.12×1.6×2.99=1.44 t。

（2）壩體混凝土重量

懸挑模板上部混凝土重量：2.4×0.716×1.431×0.5×3=3.7 t

（3）受力分析

模板承受的重量為1.44+3.7=5.14 t,分解為垂直于模板的力為5.14×0.716/1.431=2.57 t。每塊模板15 根拉錨,單個拉錨承受的力為2.57/15=0.17 t=1680 N。φ12 熱軋光圓鋼筋單根抗拉力為300×3.14×62=3912 N ＞1560 N,滿足要求。

5 施工方法

（1）模板預(yù)制

懸挑模板在預(yù)制場預(yù)制澆筑。預(yù)制場基礎(chǔ)采用C15 混凝土整平硬化,預(yù)制場底模采用3 m×3 m 鋼模板拼接,平整度滿足要求,在澆筑混凝土前涂刷油脂等脫模劑。鋼筋及預(yù)埋角鋼、吊環(huán)在加工廠加工成型,采用10 t 載重汽車運輸至預(yù)制場安裝,模板采用定型鋼模板。C25 混凝土在拌和站集中拌制,10 m3混凝土攪拌運輸車運輸至預(yù)制場,采用平板振搗器振搗,表面拉毛處理。澆筑完成后及時采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護28 天。

懸挑模板強度達到75%時可以移動堆存,達到100%時方可調(diào)運安裝。預(yù)制模板在分層堆存時,層間采用方木支撐。

（2）模板安裝

懸挑模板預(yù)制混凝土強度達到100%時,采用40 t 平板車運輸,運輸時采用方木固定牢靠。預(yù)制模板在下層混凝土澆筑完成后,再進行上一層模板安裝,不合格的模板不得進場安裝。每塊模板重量4.8 t,采用25 t 吊車安裝,人工配合。模板吊裝就位后,采用φ12 光圓拉錨筋焊接連接吊環(huán)與預(yù)埋在壩體內(nèi)的工字鋼。安裝時采用全站儀檢查校正,平整度需滿足規(guī)范及設(shè)計要求。

預(yù)制模板采用預(yù)埋在混凝土壩體內(nèi)的工字鋼拉錨固定,工字鋼插入下層壩體0.5 m,頂部高出本次混凝土澆筑面0.1 m,工字鋼頂部與下層工字鋼頂部采用C16 熱軋帶肋鋼筋焊接連接。預(yù)制模板與工字鋼采用φ12 光圓拉錨筋焊接。工字鋼距離預(yù)制模板底部1 m,工字鋼布置間距1.43 m。模板安裝結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 模板安裝結(jié)構(gòu)圖

（3）預(yù)制懸挑部位混凝土的入倉澆筑

大壩設(shè)計懸挑部位都在壩軸線的上游側(cè),每層混凝土澆筑前,對基礎(chǔ)面進行沖毛、清洗,按設(shè)計要求鋪設(shè)C20@20鋼筋網(wǎng)?；炷劣砂韬驼炯邪柚?混凝土攪拌運輸車或其他設(shè)備運輸至工作面后,按攤鋪厚度50 cm,采用φ100插入式振搗器振搗。本層混凝土澆筑完成后,混凝土強度達到2.5 MPa 以上后,進行下一層施工,施工時與大壩混凝土澆筑分開,單獨作為一個作業(yè)面與大壩碾壓混凝土工序相錯開,做到同步施工。

為解決混凝土澆筑入倉困難問題,將一臺CAT320C 反鏟進行改裝,配備了臂長18 m、斗容0.4 m3的加長臂,同時補加適當?shù)呐渲剡M行懸挑部位常態(tài)混凝土入倉澆筑。經(jīng)現(xiàn)場實地應(yīng)用,其使用效率高且方便靈活,解決了入倉難題。

6 結(jié)語

懸挑式預(yù)制混凝土模板在商南縣清油河水庫工程成功應(yīng)用,安全順利完成施工任務(wù)。為類似工程提供了技術(shù)和經(jīng)驗,有很好很廣闊的推廣使用價值。該施工技術(shù)應(yīng)用于本工程壩體混凝土澆筑,技術(shù)方法成熟可靠,安全高效。

該施工技術(shù)適用于滿堂架、吊籃等難以施工的結(jié)構(gòu)施工,只要有可錨固模板的結(jié)構(gòu)部位,均可采用該施工技術(shù)進行施工,對混凝土結(jié)構(gòu)施工具有廣泛的應(yīng)用前景。