河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺高立柱模板選型分析

徐俠松，王 杰，張松華，江 巍，王從鋒

（1.湖北省送變電工程公司，湖北 武漢 430063 2.三峽地區(qū)地質災害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002）

0 引言

在河網(wǎng)區(qū)域的特高壓輸變電線路工程建設中，大型承臺的圓形高立柱混凝土澆筑必不可少，其中模板型式的選擇對于高立柱工程的施工進度、施工安全和施工質量有著非常重要的影響。圓形高立柱混凝土的施工在道橋工程、房建工程等領域經(jīng)常遇到，除了已經(jīng)在《建筑施工模板安全技術規(guī)范（JGJ162-2008）》（以下簡稱《模板規(guī)范》）[1]中明確規(guī)定可以采用的定制鋼模板、木模板之外，如玻璃鋼模板[2]、波紋管模板[3]和紙管模板[4]等新型模板型式也在實際工程中取得了一定的應用。雖然對于這些模板型式的使用特點和施工工藝等方面已有不少的總結和分析[5-7]，但針對河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺的圓形高立柱這一特殊對象，如何選擇合理的模板型式仍然缺乏深入的研究。

本文以湖北河網(wǎng)區(qū)域的特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱為主要工程對象展開研究，圓形高立柱的直徑一般在2～3 m之間，高度一般在5～8 m之間,施工區(qū)域為藕塘、魚塘或水田等星羅棋布的河網(wǎng)區(qū)域。針對該工程對象，對定型鋼模板、木模板、玻璃鋼模板、波紋管模板和紙管模板等模板型式進行適用考察分析，力求通過經(jīng)濟性、輕便性和可靠性等方面的比較，確定最為適合河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺圓形高立柱工程施工的模板型式，為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路建設提供技術參考。

1 河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和發(fā)電量、用電量的倍數(shù)增長，輸電線路采用的電壓等級越來越高（達到750 kV以上稱為特高壓輸電線路），其可以有效地減少輸電損耗，降低線路單位造價，充分的利用線路走廊。目前我國已經(jīng)投入運行的最高電壓等級的輸電線路為“晉東南—荊門1 000 kV輸電線路工程”，2006年8月19日正式開工建設，2009年1月6日正式投入運行，線路全長約604 km。特高壓輸電線路建設經(jīng)過河網(wǎng)區(qū)域時，其大型承臺的圓形高立柱工程施工對整體工程的順利實施意義重大。

河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工，與道橋工程、房建工程等領域中的類似工程在以下方面有所區(qū)別。

1）工程項目的不集中。道橋工程、房建工程等領域中的圓形高立柱工程施工，其工程項目呈現(xiàn)明顯的集中性質。房建工程中的圓形高立柱，一般位置均在主體工程所位于的紅線范圍內(nèi)，道橋工程中的圓形高立柱根據(jù)實際情況略有差異，如高速鐵路的橋墩間距一般為25 m和35 m兩種，杭州灣大橋橋墩間距50 m，除此之外，由于道橋工程和房建工程中的圓形高立柱工程實施可以與其它分部工程協(xié)同考慮，所以圓形高立柱工程的施工設備和工藝方面選擇性較大。特高壓輸電線路的大型承臺建設，參照《1 000 kV架空輸電線路設計規(guī)范(GB50065-2011)》[8]規(guī)定，其距離往往以km計，在輕冰區(qū)為不大于10 km，其建設地點距離大，工程項目非常不集中，且混凝土分部工程數(shù)量有限。

2）圓形立柱的尺寸大、高度小。房建工程等領域中的圓形高立柱一般來說其混凝土凈截面直徑為0.6～1.6 m范圍內(nèi)，高度根據(jù)具體工程項目存在差異（如飛機機庫大廳柱高可達18 m[9]），在橋梁建設過程中數(shù)十米高的橋墩也是非常常見的。河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺的圓形高立柱其混凝土凈截面直徑可達3 m，截面尺寸相對較大，但其高度一般在5～8 m之間，相對較小。

3）施工地點的局限性。房建工程和道橋工程的實施一般都具備較好的施工條件，其施工道路和施工場地可以容許大型機械設備的采用。河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路的施工則受到諸多限制：河網(wǎng)區(qū)域施工道路的布置受到局限，較窄的道路和渠堤限制了大型機械設備的行進，如果進行道路建設則會導致額外的征地補償支出；魚塘、藕塘等淺水區(qū)的存在對展開大規(guī)模的施工形成障礙，也對施工工藝提出了較高的要求。

2 不同模板型式的使用特點和施工工藝

針對河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點，我們對已經(jīng)列入《模板規(guī)范》的定制鋼模板、木模板和目前已經(jīng)取得一定工程應用的玻璃鋼模板、波紋管模板、紙管模板的使用特點和施工工藝進行調(diào)查分析，以獲取這些模板型式與本項目的適應性。

2.1 定制鋼模板

定制鋼模板一般是由生產(chǎn)廠家按照施工單位要求進行定制，其結構包括面板、豎肋、橫肋、豎龍骨等部分，形式一般如圖1所示。

圖1 定制鋼模板Fig.1 Customized steel formwork

根據(jù)圓柱的直徑大小，定制鋼模板可采用1/4圓柱鋼模組拼（大直徑情況下）或者1/2圓柱鋼模組拼（小直徑情況下），鋼模面板鋼板厚度4～5 mm，豎肋可采用5 mm左右厚度鋼板或者Φ8槽鋼，橫肋可采用6 mm左右厚度鋼板或者Φ10槽鋼，豎龍骨采用Φ10槽鋼，腰孔之間采用Φ18螺栓連接。板材一般采用優(yōu)質冷軋鋼板。

定制鋼模板的質量一般較大，制作費用較高。以圖1中的定制鋼模板為例，其擬澆筑的混凝土圓柱直徑僅為1.2 m，采用1/2圓柱鋼模組拼而成，每個鋼模模塊尺寸為柱半圓，高度為1 155 mm，質量為150 kg，模板制作費用達到350元/m2。

定制鋼模板由于使用鋼板為主要材料，因此在牢固性方面最為優(yōu)良，可多次重復周轉，但是其運輸、安裝和拆卸方面相對復雜，由于其自重較大，在安裝和拆卸過程中需要使用大型機械，而且其模板拼裝過程中形成的拼縫較多（根據(jù)本項目的柱高和直徑，會形成豎向拼縫4條，水平拼縫4～6條），進而導致混凝土外觀質量保證方面存在困難。

2.2 木模板

傳統(tǒng)的圓柱木模板(如圖2所示)一般采用18 mm厚松木膠合板制作圓柱模板,板背面用手電鋸每隔4～5 cm鋸一道12～15 mm深的縫隙,使模板正面仍保持完整的一塊膠合板,釘?shù)侥纠闵?制成圓柱模板。該種方法制作的模板混凝土表面不光滑，圓弧不柔順，費工、費時、費料，接縫不密實影響施工質量，柱模不垂直影響受力及美觀。

圖2 傳統(tǒng)圓柱木模板Fig.2 Classicalwood formwork for circular column

目前在實際工程中逐步得到運用推廣的定型凹凸槽木模板是一種比較先進的木質模板做法，該型模板的主要結構如圖3所示。

圖3 定型凹凸槽木模板Fig.3 Setting concavo-convex wood formwork

定型凹凸槽木模板一般采用優(yōu)質樺楊木在熱壓機上加工制成具有一定半徑和弧長的彎板，現(xiàn)場拼接成圓柱、橢圓柱等。支模時不需另加鋼管柱箍和對拉螺桿，采用固定環(huán)箍和螺栓加固。模板具有膠合力強、重量輕、幅面大的特點。環(huán)氧樹脂水晶面能使混凝土達到清水混凝土表面要求。

定型凹凸槽木模板的優(yōu)點在于首先現(xiàn)場加工隨意性強，采用常規(guī)加工工具，可鋸、可釘、可鉆孔，可根據(jù)需要切割成任意的形狀，拼裝靈活，操作方便；然后在于接縫處凹凸槽，使模板拼縫緊密結合，防止跑漿、漏漿，使混凝土脫模既快又美觀，同時又有穩(wěn)定加固的作用，制作費用僅為160元/m2左右。不足之處在于其結構上取消了鋼管柱箍和對拉螺桿，則其環(huán)向上需要采用扁鋼或者鋼帶加固，其設置間距和材料需要根據(jù)實際情況確定，在確定模板垂直度后，在柱模上下每隔 1.0～1.5 m需要設置鋼管腳手架進行固定。

2.3 玻璃鋼模板

圓柱玻璃鋼模板目前在國內(nèi)工程中已經(jīng)廣泛運用。該型模板采用不飽和聚酯樹脂作為膠結材料，用低堿纖維布作骨架逐層粘裹而成，按照擬澆筑柱子的圓周周長和高度制成的整塊或多塊模板，由廠家按照要求進行定制。

圓柱玻璃鋼模板根據(jù)圓柱的直徑大小可制成整塊或多塊卷曲式模板，兩個半圓卷曲式模板。整張和半張卷曲式模板拼接縫處，均設置用于模板組拼的拼接翼緣，翼緣用扁鋼加強（如圖4所示）。扁鋼設有螺栓孔，以便于模板組拼后的連接。為了加強模板支設后的整體剛度和穩(wěn)定性，在柱模外一般須設置上、中、下三道柱箍，柱箍采用型鋼制成，一般設計成兩個半圓形，拼接處用螺栓連接。模板的厚度，根據(jù)混凝土側壓力的大小通過計算確定，一般為3～5 mm。考慮模板在承受側壓力后，模板斷面會膨脹變形，因此，模板的直徑應比圓柱直徑小0.6%為妥。

圖4 圓柱玻璃鋼模板Fig.4 Glass steel formwork for circular column

圓柱玻璃鋼模板的優(yōu)點在于重量輕、工效高和澆筑成型的圓柱柱面光滑整潔等特點，其制作費用介于定制鋼模板和定型凹凸槽木模板之間，為280元/m2左右，該型模板的制作、安裝和拆卸均無需大型機械，可周轉次數(shù)為20次左右（定型凹凸槽木模板可周轉次數(shù)約10次），因此具備較好的應用前景，澆筑出的混凝土外觀質量優(yōu)良。

2.4 波紋管模板

波紋管模板是目前在國內(nèi)實際工程中逐漸開始運用的一種新型模板。該型模板主要使用PVC－U 型雙壁波紋管（以聚氯乙烯為主要原料）作為模板主體，PVC－U 型雙壁波紋管內(nèi)壁光滑、外壁波紋、內(nèi)外壁中空，具有質輕、抗壓能力強、內(nèi)壁光滑且便于安裝等優(yōu)點。波紋管模板整個系統(tǒng)主要由波紋管、木楞、螺桿、鋼管扣件和支撐系統(tǒng)等組成（如圖5所示）。

圖5 波紋管模板Fig.5 Corrugated pipe formwork

波紋管模板一般首先需要根據(jù)工程特點及現(xiàn)場施工條件（特別圓柱的直徑）選擇合適的波紋管，并驗算波紋管上木楞所需的尺寸及間距，及水平鋼筋箍的豎向間距，繪制配板圖，按配板圖將一個圓柱波紋管模板預分成兩片，模板拼裝時先將圓柱兩片模板組合，并按設計要求規(guī)格及間距的方木作為波紋管模板外豎楞，在安置方木豎楞的同時，采用環(huán)形鋼箍按設計豎向間距作為水平約束箍，組合后用鋼管、木方及螺桿將其臨時固定，等到柱的垂直度調(diào)整完畢后再進行加固固定。

波紋管模板優(yōu)點很多：采購方便；本身內(nèi)表面光滑，圓度準確，并具有一定的剛度；接縫少、平整度高；無橫向接縫，圓度準確；自重輕、強度高、韌性好；易于成型、拆裝方便、工效高。其制作費用方面，PVC－U型雙壁波紋管直徑500 mm的市場采購價在167元/m，所以具備明顯的價格優(yōu)勢。但是波紋管模板也存在著一些難以克服的問題：（1）目前市面上很難找到直徑2～3 m的波紋管，工程實例方面也并未發(fā)現(xiàn)此種規(guī)格；（2）波紋管模板在進行兩個半圓拼裝后，為保證拼縫處的強度采用在接縫處設置豎向木方上，在木方上打眼用Φ10 mm的螺栓連接固定的方法，且為防止接縫處漏漿，模板安裝時需在接縫處粘貼海綿條，此項施工工藝對施工人員要求較高，若處理不好則會影響整根柱的外觀質量。

2.5 紙管模板

紙管模板是一種新型圓柱模板型式，它是以純紙為原料卷制的圓管型模板，紙管模板主要可分為3個組成部分，即紙管結構層，采用多層高質量復合紙卷制而成，具有足夠的強度和剛度承受混凝土澆灌時所產(chǎn)生的壓力和沖擊；內(nèi)壁保護層，采用特殊的復合耐水紙卷制，紙面覆蓋著特殊的防水薄膜，可以防止紙管內(nèi)新澆筑的混凝土中水分流失；外壁保護層，采用復合耐水紙卷制而成，保證紙管外壁具有足夠防水和保護等能力(見圖6)。

圖6 紙管模板Fig.6 Paper tube formwork

紙管模板在安裝前需要對紙模進行剛度加強，支設間距控制在2 500～3 500 mm，紙模抱箍可采用簡易鋼管抱箍或專用工具式抱箍。在紙模抱箍與紙模外壁之間需設置增加橡膠襯墊，橡膠襯墊長度同紙模外徑，紙模抱箍安裝完成后，采用長鋼管對抱箍進行相互連接，通過扣件將長鋼管與抱箍短鋼管進行整體連接，使得紙管柱模整體剛度得到加強。安裝紙模時，將紙模豎立高于柱鋼筋上部，自上而下緩慢套入柱鋼筋內(nèi)，直到安裝至設計標高位置。拆除紙模時，利用帶有限位裝置的手提電動切割機，順著已彈出的垂直通長線進行切割，限位厚度按照模板厚度少2 mm(避免損傷混凝土表面)，直到將2根垂線全部切開，然后采用美工刀由上往下切開。

紙管模板的優(yōu)點包括：質量輕，可以鋸短；成型效果好；內(nèi)模光滑，拆模時能很順利地從混凝土柱面剝離，不需要在模板表面涂刷脫模劑；價格低廉，紙模價格約在100元/m2左右；工期短，采用紙模可以實現(xiàn)大批量一次性模板安裝，并同時進行混凝土澆筑；一次性模板，紙模在拆模中需要實施破壞性切割，拆除后的紙模可以當廢紙回收利用。但是紙管模板也存在一些難以解決的問題：（1）與波紋管一樣，目前的工程實例方面也并未發(fā)現(xiàn)2～3 m直徑的紙管模板使用；（2）紙模在安裝過程中忌諱尖銳、凸出物對內(nèi)壁層劃傷，否則會影響混凝土柱成型效果；（3）紙模在平躺狀態(tài)承壓能力差，因此，在運輸和搬運過程中需要加以適當保護，否則會影響紙模圓曲率；（4）紙模在需要管體切割時，其截斷需要采用膠帶等進行防水處理，否則遇水會引起模板變形，這一點在本項目上很難避免。

3 不同模板型式針對本項目的適應性分析

根據(jù)前節(jié)對這些模板型式的分析，基于本項目的具體情況，不同模板型式的適應性情況分析列于表1中。

根據(jù)綜合分析，定型凹凸槽木模板和玻璃鋼模板對于本項目具備較好的適應性，可作為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺高立柱工程施工的模板型式備選。

表1 五種模板型式在本項目中的適應性Table 1.Adaptabilities of five formwork types in this project

4 結論

通過分析河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點，比較定制鋼模板、木模板等五種模板型式的施工特點和工藝，選擇定型凹凸槽木模板和玻璃鋼模板作為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱施工的模板型式，該結論可供河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路建設單位參考。但是對于這兩種模板型式在河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱施工具體實施時的施工工藝，還有待進一步的細化。

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