多卡懸臂模板技術(shù)在引淮供水灌溉工程中的應(yīng)用

摘要：為深入探究多卡懸臂模板技術(shù)在水利工程水閘等大體積混凝土施工中的應(yīng)用效果，以大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉樞紐工程為例，采用受力計(jì)算軟件分析、實(shí)驗(yàn)研究和工程實(shí)踐等手段，全面評(píng)估多卡懸臂模板技術(shù)在水閘施工應(yīng)用中的可行性與經(jīng)濟(jì)性，分析其在提高施工效率、降低成本及保障工程質(zhì)量和工期等方面的優(yōu)勢(shì)。結(jié)果表明：多卡懸臂模板在水利工程高擋水進(jìn)水口、高墩類混凝土結(jié)構(gòu)模板施工中具有快速、高效、安全、適用、周轉(zhuǎn)率高的特點(diǎn)。該技術(shù)可為水閘等大體積混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量、總體質(zhì)量的提高等提供有力保障。

關(guān)鍵詞：多卡懸臂模板； 混凝土澆筑； 質(zhì)量控制； 進(jìn)度控制； 引淮供水樞紐工程

中圖法分類號(hào)：TV544

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S1.008

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S1-0023-04

0 引 言

水利工程建設(shè)中，高擋水建筑物施工占據(jù)了很大一部分比例，而在高擋水建筑物混凝土施工中，模板的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方案又是混凝土工程施工的重點(diǎn)，影響著混凝土的施工質(zhì)量、安全及施工進(jìn)度。隨著施工技術(shù)進(jìn)步及計(jì)算機(jī)軟件三維計(jì)算模型的普及，大升層多卡懸臂模板已經(jīng)逐步在大壩、橋墩、混凝土擋土墻和進(jìn)水塔中應(yīng)用。該模板系統(tǒng)的混凝土側(cè)壓力全部由預(yù)埋件承擔(dān)，不設(shè)置拉模筋，確?；炷翝仓瓿珊蟮谋砻婀鉂嵠秸嵘嘶炷镣庥^質(zhì)量，是一種理想的墻體模板支撐系統(tǒng)。在大別山引淮樞紐節(jié)制閘施工過程中，通過引入該套模板系統(tǒng)，提高了混凝土的外觀質(zhì)量、加快了施工進(jìn)度，為水利工程高擋水混凝土建筑物施工提供了有力的技術(shù)保障。

1 工程概況

大別山引淮供水樞紐工程是河南省大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程的核心，工程建于淮河息縣水文站下游約6.7 km處，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200 a一遇。樞紐節(jié)制閘由閘室、左右岸翼墻、上游鋪蓋、護(hù)底、下游消力池、海漫、上下游拋石防沖槽、左右側(cè)導(dǎo)流堤、上下游引河等組成。

節(jié)制閘閘室每孔凈寬15.0 m，共26孔，總凈寬390.0 m，總寬469.5 m，閘底板頂高程29.0 m。閘室采用鋼筋混凝土開敞式結(jié)構(gòu)，二孔一聯(lián)整體式底板，閘墩分縫，底板厚3.0 m；閘室順?biāo)鞣较蜷L31.0 m；閘墩頂高程47.30 m，中墩厚2.50 m，縫墩厚3.6 m，邊墩厚1.80 m。

由于傳統(tǒng)的升層懸臂模板不能滿足大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程樞紐節(jié)制閘混凝土澆筑施工進(jìn)度的需要，為確保在4個(gè)月的非汛期內(nèi)能夠?qū)㈤l墩47.5 m高程以下的部分全部施工完成，同時(shí)滿足混凝土外觀工程質(zhì)量要求，經(jīng)參建各方研究決定采用4.5 m大升層混凝土澆筑方法進(jìn)行26個(gè)閘墩混凝土的施工，其中模板采用多卡懸臂模板系統(tǒng)。

2 多卡懸臂模板原理及特點(diǎn)

閘墩規(guī)劃采用4.5 m澆筑升層施工，模板采用多卡懸臂模板施工，模板總體荷載較大，因此，模板錨固系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)尤為重要，須滿足高升層、大荷載條件下施工安全和模板變形控制要求［1］。采用SAP2000三維結(jié)構(gòu)整體性能分析與設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，按最不利荷載組合理論計(jì)算模型分析多卡懸臂模板結(jié)構(gòu)體系軸力、剪力、彎矩、變形，根據(jù)軟件輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析驗(yàn)證，提供理論技術(shù)支撐。

多卡懸臂模板錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“M36定位錐+D25高強(qiáng)蛇形筋（≥450 mm）+高強(qiáng)螺栓”，使用強(qiáng)度等級(jí)為10.9級(jí)的高強(qiáng)螺栓及蛇形筋。經(jīng)計(jì)算，混凝土澆筑工況下，錨固系統(tǒng)均具有較大安全系數(shù)。為進(jìn)一步確保施工安全，實(shí)施前先進(jìn)行了模擬狀態(tài)錨固系統(tǒng)拉拔力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明該方案可滿足模板錨固系統(tǒng)受力計(jì)算2倍安全系數(shù)的要求。

閘墩多卡懸臂模板設(shè)計(jì)、制作整套模板由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成，具體結(jié)構(gòu)示意見圖1。

（1） 面板系統(tǒng)。多卡懸臂模板主要為3.0 m×4.6 m規(guī)格，共307塊，其余規(guī)格及數(shù)量詳見表1。多卡模板的面板采用整體式面板，在加工場(chǎng)內(nèi)加工成型，制作面板所使用的鋼板厚度為5 mm，邊框和肋板采用6 mm鋼板。豎圍檁與面板通過D15加長鉤頭螺栓裝配，各模板單元間通過標(biāo)準(zhǔn)件連接。

（2） 支撐系統(tǒng)。支撐部分選用D22支撐系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括懸臂支架、圍檁支撐、軸桿支撐、連接模件、懸桿及旋入架等部分。懸臂支架的水平架、斜壓桿、豎直桿間通過高強(qiáng)螺栓連接成整體，也可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要拆分使用。懸臂支架與下部懸桿間采用螺栓連接，均可拆開單獨(dú)使用，其余各部件由軸銷和螺栓連為一體，通過錨固部分的約束和塔吊的配合，可安全、便捷地實(shí)現(xiàn)模板作業(yè)［1］。

（3） 錨固系統(tǒng)。錨固部分包括爬升錐、B7螺栓、預(yù)埋錨筋、密封殼。其中，預(yù)埋錨筋和密封殼為一次性消耗件，每套模板每澆筑層高需消耗兩套，其他部件為重復(fù)使用件。① 高強(qiáng)螺栓M36力學(xué)性能參數(shù)：強(qiáng)度等級(jí)10.9級(jí)，抗拉強(qiáng)度σb≥1 000 MPa，屈服強(qiáng)度σs≥900 MPa。② 蛇形筋D25（≥450 mm）力學(xué)性能：強(qiáng)度等級(jí)10.9級(jí)，σb≥1 000 MPa，σs≥900 MPa。③ 定位錐M36/D25力學(xué)性能：σb≥600 MPa，σs≥400 MPa。

（4） 輔助系統(tǒng)。輔助部分主要有鋼板網(wǎng)工作平臺(tái)、組裝鋼管、組裝扣件等部件，通過螺栓與支撐部分連為一體，組裝穩(wěn)固的空間受力桁架。上、中兩層工作平臺(tái)可為清理修整模板面板、調(diào)整模板、安裝配件、修整混凝土表面及混凝土施工作業(yè)提供足夠的安全作業(yè)空間［2］。

3 多卡懸臂模板系統(tǒng)施工

3.1 多卡懸臂模板施工規(guī)劃

按照大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程節(jié)制閘閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，為確保閘墩混凝土施工質(zhì)量，保證混凝土澆筑后結(jié)構(gòu)物外部尺寸、輪廓線、平整度、垂直度、整體外觀符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，結(jié)合施工進(jìn)度計(jì)劃，對(duì)閘墩模板進(jìn)行總體規(guī)劃。

按照9個(gè)閘墩進(jìn)行閘墩模板配置，根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃要求，1～5號(hào)、10～13號(hào)閘室閘墩先進(jìn)行施工，6號(hào)閘室模板由2號(hào)閘室模板周轉(zhuǎn)、7號(hào)閘室模板由3號(hào)閘室模板周轉(zhuǎn)、8號(hào)閘室模板由11號(hào)閘室模板周轉(zhuǎn)、9號(hào)閘室模板由12號(hào)閘室模板周轉(zhuǎn)。具體模板數(shù)量配置詳見表1。

3.2 多卡懸臂模板施工過程

首倉無腿模板拆模后，將多卡模板在空閑位置組裝完成，準(zhǔn)備多卡模板施工。

3.2.1 模板初次懸掛

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃澆筑混凝土的倉位平面圖確定多卡模板配板圖及預(yù)埋錨筋布置圖，底部首倉混凝土澆筑時(shí)提前預(yù)埋定位錐、錨筋及B7型號(hào)螺栓，確定好第一層懸掛錨固點(diǎn)。

根據(jù)多卡模板配板圖將依次拼裝好的多卡模板固定到測(cè)量放樣模板位置。首層模板立模固定時(shí)，使用水平儀、鉛垂線等測(cè)量設(shè)備精確校準(zhǔn)，以確保底部立模時(shí)多卡模板位置準(zhǔn)確。

3.2.2 模板調(diào)節(jié)

（1） 多卡模板懸掛固定牢固后，根據(jù)測(cè)量放樣點(diǎn)，調(diào)節(jié)軸桿控制模板的傾斜度，并用高度調(diào)節(jié)件進(jìn)行豎向位置調(diào)整，同時(shí)用錘子敲打固定楔塊，使模板和混凝土面貼緊，按照以上方法校正多卡模板就位，模板標(biāo)準(zhǔn)單元之間采用標(biāo)準(zhǔn)卡扣件連接固定，多卡模板中間縫隙部位粘貼雙面膠，確保密封。

（2） 將中部及頂部對(duì)拉拉條依次加固，同時(shí)測(cè)量檢查校核多卡模板內(nèi)部凈空尺寸。

（3） 模板第一次立模時(shí)，多卡模板緊貼在已經(jīng)澆筑的混凝土面上，模板面板涂刷脫模劑，安裝好定位錐和預(yù)埋錨筋，調(diào)整固定抗傾裝置，全面檢查多卡模板系統(tǒng)并驗(yàn)收合格后，準(zhǔn)備開倉混凝土澆筑。

3.2.3 混凝土澆筑

混凝土澆筑過程中加強(qiáng)巡視、檢查模板各部件的工作情況、受力移動(dòng)變形等情況，注意避免對(duì)模板產(chǎn)生振動(dòng)沖擊。

3.2.4 模板提升

第二層澆筑完成后，拆模、提升模板并依次懸掛在第三層懸掛錨固點(diǎn)上。

（1）拆除模板面板上的B7螺栓，并拆除模板面板之間的U型卡，依次拆除三角楔塊，將其插入連接模件另一孔中，用錘子敲打，使模板底部脫離混凝土面，調(diào)節(jié)軸桿，使面板后傾后徹底脫離混凝土面，將B7螺栓旋入定位錐（第二個(gè)懸掛錨固點(diǎn)）。

（2） 用塔吊起重吊鉤鉤住豎圍檁專用起吊點(diǎn)（起吊角度小于60°），將模板懸掛到第二個(gè)懸掛錨固點(diǎn)上，松開安全銷，起吊整套模板單元。

（3） 固定安全銷，松開吊鉤，松開連接模件插銷，操作軸桿，模板向后傾斜，清理干凈模板表面后，同樣按以上步驟調(diào)節(jié)固定模板，測(cè)量校準(zhǔn)檢查后，完成倉面準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備澆筑第三層混凝土。

按此工藝依次進(jìn)行各層塊混凝土澆筑，并按以上程序操作，逐步澆筑混凝土上升至設(shè)計(jì)高程位置。

3.3 多卡懸臂模板使用注意事項(xiàng)

（1） 在錘子敲擊三角楔塊和調(diào)節(jié)模板傾斜度時(shí)，兩頭操作人員應(yīng)同步進(jìn)行，同時(shí)全程配合觀測(cè)檢查模板的位置。

（2） 預(yù)埋定位錐中心偏差±1.5 mm，同排保持在同一水平線上，定位錐內(nèi)應(yīng)涂抹黃，預(yù)埋錨筋至混凝土表面距離不應(yīng)小于300 mm。涂刷多卡模板脫模劑時(shí)，嚴(yán)禁污染預(yù)埋錨筋，保證預(yù)埋錨筋錨固力滿足要求［3］，同時(shí)預(yù)埋錨筋和B7螺栓，每次安裝必須旋緊到位，要求預(yù)埋錨筋旋入定位錐長度為70 mm，B7螺栓旋入定位錐長度為40 mm。

（3） 模板周轉(zhuǎn)達(dá)到5次情況下，應(yīng)認(rèn)真檢查清理模板絲桿調(diào)節(jié)件（即軸桿，高度調(diào)節(jié)件，定位錐及螺栓等），并涂抹潤滑油一次。同時(shí)施工過程中經(jīng)常注意檢查螺栓、標(biāo)準(zhǔn)件等的緊固情況，避免其出現(xiàn)松動(dòng)脫落。通常模板的使用周期達(dá)到30次時(shí)，必須對(duì)模板進(jìn)行整體維修保養(yǎng)［4］，必要時(shí)更換系統(tǒng)。

3.4 安全注意事項(xiàng)

模板安裝加固完成后，在模板背面及背架上布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，澆筑前進(jìn)行測(cè)量，記錄初始值，混凝土澆筑完成后再次復(fù)測(cè)，為下倉混凝土的體型變形提供參考預(yù)傾值。

閘墩混凝土澆筑過程中，派專人監(jiān)控多卡模板體系各部件有無松動(dòng)、彎曲、變形、位移等情況。檢查發(fā)現(xiàn)架體及構(gòu)配件等存在異常情況，應(yīng)及時(shí)匯報(bào)，并立即停止施工作業(yè)，將人員緊急撤離至安全區(qū)域，問題處理后方可進(jìn)行混凝土澆筑等施工作業(yè)。

4 多卡懸臂模板系統(tǒng)使用效果

該模板系統(tǒng)在大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程樞紐節(jié)制閘混凝土澆筑中投入使用，至2021年5月底，26孔節(jié)制閘閘墩高程47.5 m以下混凝土全部澆筑完成，累計(jì)澆筑混凝土8.8萬m3，成功實(shí)現(xiàn)了批量施工、安全高效的混凝土施工要求。由于減少了傳統(tǒng)小型模板拼縫數(shù)量，拆模后混凝土表面整體平整光潔、線型平順，錯(cuò)臺(tái)、吊腳、掛簾等傳統(tǒng)混凝土質(zhì)量通病情況顯著減少，外觀質(zhì)量提升明顯，且在施工過程中模板變形小，調(diào)節(jié)靈活方便。多卡懸臂模板系統(tǒng)設(shè)置有上、中、下工作平臺(tái)，下層工作平臺(tái)用于作業(yè)人員拆除埋件和拆模后的混凝土缺陷處理等，作業(yè)人員操作安全方便。

對(duì)比以往的常規(guī)普通小型拼裝模板，大升層多卡懸臂模板系統(tǒng)的工藝參數(shù)性能、實(shí)用性及安全性等優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1） 采用4.5 m大升層多卡懸臂模板進(jìn)行大體積混凝土的澆筑，替代了傳統(tǒng)小型拼裝模板需要設(shè)置內(nèi)部拉模筋和搭設(shè)腳手架支撐等方式，減少了拉模筋的施工流程，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)功效［5］，大幅度縮短了立模時(shí)間，減少了拉模筋和腳手架搭設(shè)的投入成本，加快了混凝土澆筑速度，在保障大升層多卡懸臂模板三層工作平臺(tái)作業(yè)人員人身安全的前提下，使整個(gè)混凝土澆筑的進(jìn)度提前。

（2） 懸臂模板部分相對(duì)支撐架部分可上下左右調(diào)節(jié)，使用靈活方便，各連接件工廠加工標(biāo)準(zhǔn)化程度高，通用性強(qiáng)，組裝件為拼裝連接，連接靈活可靠，組裝方便，懸臂支架的斜撐可方便調(diào)整模板的垂直度，模板外側(cè)設(shè)置作業(yè)平臺(tái)，在確保作業(yè)人員安全的情況下進(jìn)行埋件拆除、加固和混凝土處理。

5 結(jié) 語

大升層多卡懸臂模板在大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程的應(yīng)用，驗(yàn)證了其具有快速、經(jīng)濟(jì)、方便、高效、大批量施工、周轉(zhuǎn)率高的特點(diǎn)。隨著水利水電工程項(xiàng)目的快速發(fā)展，工程建設(shè)工期進(jìn)度要求越來越高，在確保質(zhì)量和安全雙控的前提下要提高混凝土工程各工序施工作業(yè)效率、合理加快混凝土工程施工進(jìn)度，對(duì)模板功能的要求也越來越高，模板施工工程量大，施工難度較高。大升層多卡懸臂模板在大別山革命老區(qū)引淮供水灌溉工程中的應(yīng)用，將高擋水、高墩類混凝土結(jié)構(gòu)大批量澆筑的施工分層高度進(jìn)一步加大，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件及受力原理進(jìn)行安全穩(wěn)定性分析驗(yàn)算，提高了混凝土澆筑模板支撐系統(tǒng)技術(shù)施工效率，在高擋水、高墩類混凝土工程施工中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 張傳虎，余文飛，商永紅，等.雙曲拱壩混凝土液壓自爬升模板施工技術(shù)［J］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2020（12）：21-26.

［2］ 商永紅.烏東德水電站特高拱壩模板設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2021（12）：7-13，19.

［3］ 薛建軍.多卡模板在茶坑水庫工程施工中的應(yīng)用［J］.山西水利，2021，37（1）：39-44.

［4］ 張錦.多卡懸臂模板在汝陽石柱溝水庫碾壓混凝土大壩工程的運(yùn)用［J］.建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（19）：506.

［5］ 劉超.4.5 m升層懸臂大型模板的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.水利水電施工，2011（4）：29-31.