水電站拱壩懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模技術(shù)方案淺析

常耀華 米清文

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

水電站拱壩懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模技術(shù)方案淺析

常耀華 米清文

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

介紹了水電站拱壩懸臂部位立模的多種方案,比較有代表性的如溪洛渡、構(gòu)皮灘和錦屏工程。溪洛渡與構(gòu)皮灘的懸臂結(jié)構(gòu)部位立模方案大部分一致,在導(dǎo)流底孔下游懸臂部位采用預(yù)制模板,在底孔、深孔懸臂倒懸部位采用外撐、內(nèi)拉的立模方式;錦屏工程在導(dǎo)流底孔懸臂采用了爬升大模板,其他壩身泄流孔洞倒懸部位采用內(nèi)拉立模方式,取得了成功,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

水電站大壩 泄流孔洞 懸臂結(jié)構(gòu) 倒懸模板 立模技術(shù) 淺析

1 概述

水電站拱壩由于壩身布置泄流孔洞及工作閘門、檢修閘門等,所有拱壩孔口壩段壩體布置有很多懸臂結(jié)構(gòu),這些懸臂結(jié)構(gòu)有的懸挑長度達(dá)到了20余米,有的懸臂坡度緩,接近1:1.3。懸臂結(jié)構(gòu)混凝土施工的難點在于高空作業(yè),下部支撐難于布置,模板受力大,安裝和拆除困難,風(fēng)險大。且拱壩孔口部位較多,懸臂結(jié)構(gòu)尺寸不一,難于實現(xiàn)模板和支模方式標(biāo)準(zhǔn)化。懸臂結(jié)構(gòu)不但承擔(dān)非常復(fù)雜的設(shè)計荷載,而且要承擔(dān)較大的施工荷載,保證懸臂結(jié)構(gòu)施工過程中的模板穩(wěn)定、安全是保證施工質(zhì)量、施工安全和結(jié)構(gòu)安全的主要因素,是施工方案設(shè)計最需關(guān)注和專門設(shè)計的部分。

2 水電站壩體懸臂結(jié)構(gòu)支模方案分類

在懸臂體的混凝土澆筑施工中,一般采用兩種方式固定澆筑倉。一種采用下部支撐法,這種方式適用于懸臂體位置距離支撐基礎(chǔ)高差較小的情況。此時,所需的支撐桿件相對來說較少,較經(jīng)濟(jì),而且支撐在固定基礎(chǔ)上有利于支撐體系的安全;一種是懸挑方式,對于懸臂體較高的情況,難以采用下部支撐法,適合采用懸挑方式。因懸挑結(jié)構(gòu)簡單,方便加工和安裝,減少成本,此外連接點數(shù)量少,可降低出現(xiàn)問題的概率。對比國內(nèi)同類水電站大壩工程懸臂結(jié)構(gòu),懸挑方式支模主要有預(yù)埋鋼桁架外撐式模板、懸臂爬升模板、混凝土預(yù)制模板和內(nèi)拉式模板等支模方式。

圖1 溪洛渡水電站拱壩牛腿外撐支模方式

3 水電站壩體懸臂結(jié)構(gòu)懸挑支模方式分析

3.1 預(yù)埋鋼桁架外撐支模方式

懸臂結(jié)構(gòu)施工模板采用外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板,該模板在懸臂底部相應(yīng)位置按0.75米間距預(yù)埋錨固件,然后安裝角架形成施工平臺,在施工平臺上安裝符合懸臂結(jié)構(gòu)體形的鋼桁架結(jié)構(gòu),再在其上設(shè)置圍柃后安裝小鋼模面板。外撐式模板三角架及桁架均在加工廠加工成型后運輸至倉內(nèi),采用汽車吊吊裝,待懸臂結(jié)構(gòu)混凝土施工完畢后,先用人工將小鋼模面板及圍柃拆除,再用卷揚機(jī)配合汽車吊將鋼桁架及三角架拆除。詳見圖1。

外撐裝配式鋼結(jié)構(gòu)模板與傳統(tǒng)的內(nèi)拉式散模相比,取消了模板內(nèi)拉筋及支撐立柱,減少了對混凝土澆筑的干擾,每層模板均設(shè)置有操作平臺,在模板拆除時安全快捷。這種模板支撐方式,在溪洛渡、構(gòu)皮灘水電站拱壩均有采用,其安全系數(shù)較大、可靠性高、施工規(guī)范、現(xiàn)場作業(yè)量少,后期缺陷處理工程量較少,支模系統(tǒng)整體性好,作業(yè)安全。在懸臂坡度緩的情況下可以和內(nèi)拉支模方式結(jié)合使用。

但這種支模方式存在不足:一次性投入量大,成本高;拆除需要采取專門措施;采用吊車鋼桁架拆除時,下部桁架搬動幅度太大,可能造成設(shè)備傾覆,安全隱患大;制作、安裝桁架復(fù)雜,耗時多;由于桁架重量大,本身的重量會增加錨筋尺寸和桁架構(gòu)件尺寸等。

圖2 錦屏水電站3.0m升層大倒懸液壓自爬模板爬升支模

3.2 懸臂爬升模板

懸臂爬升模板基本原理是將大壩模板作為承受混凝土自重、側(cè)壓力以及施工荷載的主要受力構(gòu)件,自動爬架為壩模爬升提供動力,自動爬架爬升的同時帶動大壩模板爬架上升并依靠導(dǎo)軌為壩模自動重新就位。倉內(nèi)不設(shè)內(nèi)拉條,所有荷載均由大壩模板承擔(dān)。其支模方式在錦屏一級右岸大壩4#導(dǎo)流底孔下游牛腿結(jié)構(gòu)寬度為16.2米,結(jié)構(gòu)高度約30米,倒懸角度54.50°,坡度約1:0.713,牛腿澆筑分層按照3米升層施工中成功運用。詳見圖2。

這種模板方式技術(shù)先進(jìn),具有創(chuàng)新性,模板安裝現(xiàn)場作業(yè)量少,能保證混凝土外觀質(zhì)量,作業(yè)安全性高,較外撐模板的方式其更加科學(xué)。但首層需采用內(nèi)拉支模方式進(jìn)行澆筑,同時需設(shè)計專門的爬升模板,一般需專業(yè)模板廠家設(shè)計加工,模板周轉(zhuǎn)次數(shù)少,費效比低,系統(tǒng)復(fù)雜,操作不夠簡便,對于懸臂坡度變化要進(jìn)行專門校核。

圖3 構(gòu)皮灘水電站拱壩牛腿預(yù)制模板支模

3.3 混凝土預(yù)制模板

預(yù)制混凝土牛腿模板,是一種古老的懸臂結(jié)構(gòu)支模方式,在過去經(jīng)常采用,目前的施工組織設(shè)計專著里仍有介紹。構(gòu)皮灘水電站拱壩的表孔、中孔、底孔進(jìn)水口倒懸由于高度小,坡度陡,采用了改良的混凝土預(yù)制模板。預(yù)制模板在混凝土預(yù)制廠預(yù)制,工廠化作業(yè),預(yù)制件的模板采用定型化的組裝模塊。

安裝前按施工縫要求處理下層混凝土面,鋪砂漿找平墊實,以保證模板穩(wěn)固及與下層混凝土牢固結(jié)合。按施工詳圖將預(yù)制混凝土模板安裝在指定的位置上,精確就位,確保預(yù)制模板的外露面,特別是接縫處的平整美觀;然后用砂漿封填預(yù)制混凝土模板之間及預(yù)制混凝土與建筑物間的縫隙。預(yù)制混凝土模板往往作為結(jié)構(gòu)混凝土的一部分,不再拆除。詳見圖3。

預(yù)制模板具有立?？焖?、能夠保證外觀質(zhì)量的特點,但其制作精度要求較高,相對現(xiàn)立模板成本高,且其對于混凝土內(nèi)部裂縫、滲水點的判斷分析處理難度大。一般情況下,為了處理滲水點、裂縫,很多工程已不允許采用預(yù)制模板。同時預(yù)制混凝土面板可能跟面層鋼筋有一定沖突,需要修改面層鋼筋的布置。

3.4 內(nèi)拉式支模方式

懸臂結(jié)構(gòu)倒懸部分采用內(nèi)拉式支模方式是一種常見的支模方式,其包括前置拉筋、懸挑支撐體系(鋼構(gòu)架)、后置拉筋三部分,通過前后拉筋將模板承擔(dān)的混凝土壓力轉(zhuǎn)換為支撐構(gòu)件的壓力。一般在下層澆筑倉面先預(yù)埋承壓立柱構(gòu)件,前置拉筋連接模板圍囹和立柱,后置拉筋連接承壓構(gòu)件和預(yù)埋在混凝土里面的插筋,立柱與模板圍檁之間的拉筋和倉面立柱與埋設(shè)在倉內(nèi)混凝土錨筋之間的拉筋中間均設(shè)置有可調(diào)節(jié)伸縮的法藍(lán)螺栓,以便調(diào)整模板規(guī)格,收緊拉筋。法藍(lán)螺栓均進(jìn)行專項結(jié)構(gòu)設(shè)計,制作好的法藍(lán)螺栓驗收合格后才能使用。拉筋直徑及其與立柱的連接角度、立柱材料和規(guī)格也需進(jìn)行專門的結(jié)構(gòu)設(shè)計,其穩(wěn)定性要滿足要求。這種支模方式一般采用的是散裝鋼模板,模板外圍囹較密,前置拉筋與圍囹采用雙蝴蝶扣和雙螺帽,或者設(shè)計專門的卡具。

一般立柱與拉筋對應(yīng),不考慮受側(cè)向拉力。為增加系統(tǒng)整體性,在立柱間再設(shè)置橫向聯(lián)系筋。這種支模方式,構(gòu)件加工簡單,安裝基本不用機(jī)械,易于操作,成本不高,立模速度較快,實踐證明其具有高度的可靠性,能夠保證施工安全及后期缺陷處理的需要。適用范圍較廣,可以和外撐結(jié)構(gòu)聯(lián)合作用用于倒懸坡度較緩的情況。主要缺點就是計算復(fù)雜,一般采用結(jié)構(gòu)力學(xué)軟件計算后還要進(jìn)行人工計算進(jìn)行復(fù)核,節(jié)點焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格,現(xiàn)場焊接工程量大,拉筋和立柱埋入混凝土中不能回收,材料消耗多,模板圍囹設(shè)置較多,拉模筋要采用雙螺帽。其后置拉筋延伸較遠(yuǎn),對倉面機(jī)械化施工有較大干擾。該支模方式在錦屏一級拱壩壩體各孔口上下游懸臂牛腿施工中得到了成功運用。詳見圖4。

圖4 錦屏水電站拱壩表孔下游牛腿倒懸內(nèi)拉式支模

4 實施效果及結(jié)論

拱壩孔口懸臂倒懸部位施工是拱壩施工的難點,主要體現(xiàn)在倒懸部位的立模上,采用內(nèi)拉式支模,雖然受力計算比較復(fù)雜,但其操作簡便,易于加工,與周邊備倉作業(yè)互不干擾的優(yōu)點,施工備倉速度較快,不局限于大型吊裝設(shè)備輔助,在一定坡度范圍使用有較大優(yōu)勢。但不同的倒懸坡度,必須進(jìn)行校核計算,采取合適的拉筋直徑和立柱型式。通過對不同工程中預(yù)制模板、外撐支模、懸臂爬升模板和內(nèi)拉支模的成功運用比較分析,在工期緊張、倉面面積不大,人力資源豐富的情況下建議采用內(nèi)拉式支模方式。錦屏拱壩在表孔下游倒懸坡度達(dá)到1:1.2799的情況下,采用了內(nèi)拉式的支模方式,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

常耀華,男,陜西寶雞人,2004年畢業(yè)于西安理工大學(xué),工程師,現(xiàn)任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副總工程師兼技術(shù)部主任,主要從事水利水電工程施工與管理。

米清文,男,陜西渭南人,1993年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué),教授級高級工程師,現(xiàn)任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副

局長兼總工程師,主要從事土木工程施工與管理。