向家壩水電站泄水壩段長陡過流面模板設計及應用

李國建,王 科

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北省宜昌市 443002)

文章編號：1006—2610(2015)01—0042—04

向家壩水電站泄水壩段長陡過流面模板設計及應用

李國建,王 科

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北省宜昌市 443002)

向家壩水電站二期工程泄水壩段中表孔過流面面積大、坡度較陡、需要大倉位澆筑，并且施工速度及施工質量要求高。施工中采用一種可連續安裝或拆卸的長陡過流面模板，操作方便、成本低、周轉利用率高，實現了大面積長陡過流面的快速、高質量施工，其模板技術值得推廣。

泄水壩段；長陡過流面；表孔；模板；向家壩水電站

1 工程概況

向家壩水電站二期工程泄水壩段位于河床主河槽中部略靠右側，共分13個壩段，下游接大壩消力池，右側與右非壩段相連，前緣總長248 m，標準泄水壩段寬20 m，設計建基面高程240.00 m，壩頂高程384.00 m。泄洪大壩采用溢流表孔與泄水中孔間隔布置型式，高低坎底流消能，共設置有12個表孔，10個中孔，泄水壩段典型剖面見圖1。

圖1 泄水壩段典型剖面圖 單位：m

泄水壩段溢流表孔堰頂高程354.00 m，孔口寬8 m，閘墩寬12 m，表孔跨相鄰壩段橫縫布置，表孔中心線與橫縫重合。表孔閘墩下部分別布置10個壩身泄水中孔，進口底板高程305.00 m，出口控制斷面孔口尺寸6.0 m×9.6 m(寬×高)。溢流表孔孔口尺寸8 m×26 m(寬×高)，最大高差93 m，過流面長度超過166 m，最大坡比1∶0.8。坡面長度長、面積大、坡度陡，模板施工難度大，且對混凝土澆筑質量要求高，澆筑時需要大倉位快速澆筑。

為滿足泄水壩段溢流表孔長陡過流底面混凝土快速、高質量澆筑的要求，設計了一種可連續安裝或拆卸的過流斜坡面混凝土模板，對長陡過流底面進行施工。

2 模板施工方案比較

2.1 傳統斜坡部位拉模施工

(1) 在對斜坡部位的混凝土澆筑施工中，常常使用拉模的施工方式，這種方式過流底面混凝土需分2期澆筑：一期預留臺階形坡面；二期抗沖磨混凝土為薄層澆筑。易產生表面裂縫，影響過流面澆筑質量。

(2) 采用拉模施工，需待相鄰兩個壩段大體積混凝土均澆筑到表孔堰頂高程354.00 m，且一期臺階形坡面混凝土溫度降至19～21 ℃以下，才可進行二期抗沖磨混凝土施工，嚴重影響表孔過流面施工工期。

(3) 拉模施工需安裝、拆除拉模軌道及牽引裝置，費時費力。

采用拉模的方式對泄水壩段表孔過流底面混凝土澆筑，難以滿足施工進度及施工質量的要求。

2.2 可快速安拆模板施工

表孔底板采用散裝模板拼裝成可快速安拆模板，模板系統主要包括面板和單節可拆卸圍檁組成，采用內拉內撐形式固定。

(1) 順流向一次立模板6塊，面板覆蓋混凝土高度約94 cm，相當于2個澆筑坯層的厚度，在第3個坯層澆筑之前，可完成第1坯層對應3塊高度的模板拆除、移裝，不影響混凝土澆筑速度。解決了拉模施工中，因脫模時間影響澆筑速度的問題。

(2) 溢流表孔過流底面混凝土與側墻同步整體澆筑，無需預留坡面表層混凝土。解決了拉模施工中澆筑二期薄層混凝土易產生裂縫的問題。

(3) 無需安裝、拆除模板軌道及牽引裝置，簡化施工工序，節省資源投入，同時還能提高施工質量。

(4) 模板采用內拉內撐的形式安裝固定，不受坡面坡比影響，可適應任何坡度坡面施工，且模板加工量小，可重復使用，節約成本。

因此，泄水壩段溢流表孔過流底面混凝土選用了可快速安拆模板進行施工。

可快速安拆模板施工簡圖見圖2。

圖2 模板施工簡圖

3 模板設計

3.1 模板結構設計

可連續安裝或拆卸的長陡過流面模板采用厚度2.5 mm的鋼板制作，單塊模板尺寸1.88 m×0.2 m(2.1 m×0.2 m)，模板背面設置有6.0 cm高縱橫向筋板。相鄰模板之間采用U形卡連接固定。

因左右墩墻與過流底面整體澆筑上升，墩墻與底板銜接部位側模采用異形整體模板施工，在該模板底部縱橫向筋板上焊接平行于面板的連接板。底面模板端板與墩墻側模底部連接板采用U形卡連接固定。

采用2寸鋼管做圍囹，將模板在順水流連接為整體。鋼管圍囹一側端頭設有螺孔，另一側端頭設有與其它圍囹端部的螺孔相配合連接的連接桿。在底板結構鋼筋上固定架安螺桿，架安螺桿頂部通過節安螺帽連接有拉條螺桿，拉條螺桿頂部設有緊固螺母，拉條螺桿穿過模板預留孔洞，模板背部交叉設有鋼管圍囹，圍囹上設有與模板上預留孔洞相對應的鉆孔，拉條螺桿穿過第一鉆孔和第二鉆孔，再采用螺帽對模板及鋼管圍囹進行緊固。

模板、連接件及圍囹結構見圖3～5。

3.2 模板支撐設計

3.2.1 內撐校核

(1) 承載力校核

圖3 模板結構圖 單位：mm

圖4連接件結構圖

考慮1人/m2作業，即1.2 kN/m2，模板及圍囹自重標準值0.344 kN/m2，面層鋼筋自重標準值0.631 kN/m2，內撐荷載標準值為F=2.175 kN/m2，單根內撐荷載Q=2.4F=5.22 kN，小于單根內撐鋼筋軸心承載能力164.87 kN。

(2) 穩定性校核

圖5圍囹結構圖

式中：φ為穩定性系數； i為鋼筋回轉半徑；k為計算長度附加系數，取1.0；μ為計算長度系數，取1.6。

內撐允許長度7.6m,大于最大升層高度3.5m。則利用結構鋼筋做內撐滿足要求。

3.2.2 內拉設計

(1) 新澆混凝土側壓力計算

F1=0.22γct0β1β2v1/2；

F2=γcH；F3= min(F1，F2)

(1)

式中：F為新澆混凝土對模板的最大側壓力，kN/m2；γc為新澆混凝土的重力密度，kN/m3,取值25kN/m3；t0為新澆混凝土的初凝時間，h，可按實測確定。當缺乏試驗資料時，可采用t=200/(T+15)計算；T為混凝土的溫度，℃，取20 ℃；H為混凝土側壓力計算位置至新澆混凝土頂面時的高度,m，取3m；β1為外加劑影響修正系數，不摻外加劑時取1.0，摻具有緩凝作用的外加劑時取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數，坍落度小于30mm，取0.85；50～90mm，取1.0；110～150mm，取1.15；v為混凝土的澆筑速度，取0.4m/h。

則,新澆混凝土側壓力:

F3=min(F1，F2)=27.43 kN/m2

(2) 新澆混凝土上浮力計算

新澆混凝土考慮其完全流動性，上浮力：

F3=γcV

(2)

式中：γc為新澆混凝土的重力密度,kN/m3,取值25kN/m3；V為單位面積模板排開混凝土體積，取0.5×0.8 H2；H為新澆混凝土澆筑厚度，取3m。

則，新澆混凝土上浮力：

F4=γcV=3.6 kN/m2

(3) 新澆混凝土對模板的作用力

(3)

模板法向受力：Fσ=Fsinα=23.67kN/m2

模板切向受力： Fτ=Fcosα=14.32kN/m2

4 可快速安拆模板實施與應用

泄水壩段大體積混凝土總體施工工序為：縫面處理→鋼筋施工→埋件施工→模板安裝→混凝土澆筑→模板拆除→養護。

4.1 模板安拆施工工藝

4.1.1 模板安裝

(1) 待澆筑倉內結構鋼筋綁扎完畢且埋件施工完成后，用拉條將面層結構鋼筋的主筋與基礎面上設置的插筋焊接牢固。

(2) 將多個節安螺帽的架安螺桿的一端焊接在結構鋼筋上，焊接時保持架安螺桿的間距、方向與圍囹上鉆孔間距、方向吻合一致，然后調整所有節安螺帽的頂面與設計混凝土表面齊平。

(3) 按照從低往高的順序架立模板，單塊模板之間采用U形卡連接，然后在模板的外側使用鋼管圍囹對架立的模板加固。

(4) 將底面模板端板與墩墻側模底部連接板采用U形卡連接固定。

(5) 模板頂部用封頭模板封住，進行收倉。調整鋼管圍囹上的鉆孔與模板上的鉆孔對齊，然后插入拉條螺桿與節安螺帽螺旋連接，最后在拉條螺桿露頭外側使用螺帽將模板固定。

模板具體安裝形式見圖6～8。

圖6 模板安裝側視圖 單位：mm

4.1.2 模板拆除

當混凝土澆筑至一定的高度、底層混凝土初凝后，即可拆模對其進行抹面施工。拆模時，先將拉條螺桿從節安螺帽中旋出，再退出單節鋼管圍囹，然后卸下對應部位模板。進行抹面施工前，可將混凝土表層內的節安螺帽旋出，以保證抹面質量，并節約材料成本。

由于單塊模板及單節圍囹均單獨連接固定在對應部位的結構鋼筋上，通過U形卡和連接桿進行加長，當拆除單節圍囹及對應模板時，對其它部位模板不影響，模板結構安全可靠。

圖7 模板安裝俯視圖

圖8 底模、側模連接圖 單位：mm

4.2 模板質量控制

泄水壩段溢流表孔為過流面，對混凝土澆筑質量要求高，特別是過流面平整度及底板與側墻連接部位的澆筑質量。因此，在模板施工過程中需嚴格控制模板施工質量。

(1) 嚴格按照圖紙加工模板、圍囹等部件，模板面板鉆孔與圍囹鉆孔間距相等，保證拉條螺桿能夠準確安裝。

(2) 準確焊接節安螺桿，確保模板的精確安裝，防止模板安裝錯位出現板間縫隙或面板錯臺，影響混凝土澆筑質量。

(3) 拉條及節安螺桿焊接完成后應進行嚴格檢查，確保焊點牢靠，并對節安螺桿、節安螺帽、拉條螺桿絲口進行檢查，確保模板在混凝土澆筑過程中穩定安全。

(4) 模板安裝完成后，對模板安裝精度進行雙向校正，保證模板垂直度、平整度，確保外觀體型尺寸。

4.3 實施效果

向家壩水電站泄水壩段2012年5月所有壩塊達到或超過高程340.00 m，滿足汛期壩體攔截100年一遇的洪水條件。2012年10月底壩體全線達到高程368.00 m，滿足右岸地下電站首臺機組蓄水發電條件。

泄水壩段混凝土澆筑外觀驗收合格率100%，優良率91.4%；模板施工優良率91.6%；過流面不平整度檢測最大值不超過8 mm，符合率93.3%；坡比檢測均符合設計要求。

2012年12月至2013年6月對中表孔進行了檢修，泄水壩段溢流表孔過流面未見明顯表面裂縫，整體情況良好。

5 結 語

向家壩水電站泄水壩段溢流表孔底板施工，成功應用了可連續安裝或拆卸的長陡過流面模板，解決了長陡過流面大面積混凝土快速、高質量施工中的各項技術問題，實現了過流底面與墩墻混凝土整體連續澆筑，提高了長陡過流面混凝土模板施工水平；保證了施工效率，節約了施工成本，為類似工程提供了成功技術經驗，值得推廣應用。

[1] 唐偉杰,鄭祥,韓金濤.溪洛渡水電站泄洪洞龍落尾摻氣坎過流面散裝鋼模板一次成型澆筑施工技術[J].四川水力發電,2013,32(5)：24-26.

[2] 鄒龍生.小灣雙曲拱壩2號導流底孔底板過流面施工[J].水力發電，2009,25(2)：55-59.

[3] 張開廣,商永紅,盛信平,等.可連續安裝或拆卸的斜坡混凝土模板中國,CN201120562245.5[P].2012.

[4] SL191-2008，水工混凝土結構設計規范[S].北京：中國水利水電出版社,2008.

[5] 建筑施工手冊編委會.建筑施工手冊[S].5版.北京：中國建筑工業出版社,2012.

[6] GB50214-2001,組合鋼模板技術規范[S].北京：中國計劃出版社,2001.

Design and Application of Formworks for Long and Steep Outlet Dam Section,Xiangjiaba Hydropower Project

LI Guo-jian, WANG Ke

(China Gezhouba Group Three Gorges Construction Engineering Co., Ltd., Yichang 443002,China)

The surface outlet for flow at the outlet dam section of Xiangjiaba Hydropower Project, Phase II, features large area and great steep. Therefore, mass concrete is required. Meanwhile, both construction speed and quality are highly required. During construction, one kind of the formworks which can be installed and dismantled continuously for the long and steep surface for flow is applied. It is convenient to operate, lower in cost and high utilization rate. It materializes the speedy and quality construction of the long and steep surface outlet for flow. The formworks are worth of developing for application.

outlet dam section; long and steep section for flow; surface outlet; formwork; Xiangjiaba Hydropower Project

2014-08-12

李國建(1974- )，男，湖北省宜昌市人，高級工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

TV652.1

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.01.011