混凝土預制模板在大型懸臂牛腿結構中的應用

朱　楠

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

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混凝土預制模板在大型懸臂牛腿結構中的應用

朱楠

(中國葛洲壩集團第六工程有限公司，云南昆明 650000)

【摘要】纜機將預制模板吊至安裝部位后，由人工將預制模板牽引至預留臺口，并從下往上使用花籃螺栓固定。花籃螺栓一端鉤住預制模板拉環，另一端固定在工字鋼上。通過調節花籃螺栓對混凝土預制模板進行微調，混凝土預制模板位置、坡面角度均符合設計要求后方可焊接拉條，最后拆除花籃螺栓。用混凝土預制模板代替普通模板，在混凝土澆筑完成后無須拆模。適用于特殊部位的混凝土支模澆筑。

【關鍵詞】藏木水電站；混凝土預制模板；懸臂牛腿結構；應用

1工程概況

藏木水電站9#～19#壩段上游側壩面均布置有懸臂結構。9#、16#～19#壩段布置一個懸臂牛腿結構，高程為EL.3 308.50 m～EL.3 311.00 m，高度為2.5 m，坡比為1∶1，向上游外挑2.5 m。10#～15#壩段布置兩個懸臂牛腿結構，分別為高程EL.3 274.00 m～EL.3 281.00 m，高度為7 m，坡比為1∶1，向上游外挑7 m；高程EL.3 309.50 m～EL.3 312.00 m，高度為2.5 m，坡比為1∶1，向上游外挑2.5 m。

本文以10#～15#廠房擋水壩段為例，進行混凝土預制模板在懸臂牛腿中的應用實例來進行介紹。

如圖1所示，壩體共有兩個懸臂結構，高度分別為7 m和2.5 m，坡比均為1∶1。根據藏木水電站招標技術條款，單倉混凝土最大澆筑升層不超過3 m，故高程EL.3 274.00 m～EL.3 281.00 m的懸臂結構需分3倉澆筑完成，澆筑升層分別為3 m、2 m、2 m，而高程為EL.3 308.50 m～EL.3 311.00 m的懸臂結構則一次性澆筑完成。

圖1　壩體懸臂結構布置

2混凝土預制模板設計

由于懸臂結構外挑7 m，采用普通的懸臂模板以及組合鋼模板對該部位立模澆筑均存在拆模困難、高處臨空作業等問題。經過嚴格計算和嚴密論證，決定采用混凝土預制模板進行懸臂牛腿混凝土澆筑。

本工程采用的混凝土預制模板分十余種規格，在1∶1坡比的懸臂牛腿澆筑過程中分別對應3 m升層(預制板尺寸為2.5 m升層、2 m升層)。本文以3 m升層為例進行介紹。

本工程采用的混凝土預制模板為12 cm厚的鋼筋混凝土預制板，采用C30混凝土。

在混凝土預制模板內布置雙層鋼筋，鋼筋型號為φ12圓鋼，鋼筋間距20 cm。預制模板內布置φ20圓鋼拉環，用于預制吊裝及立模時內拉固定。預制模板四個邊角處預埋10 mm厚鋼板，混凝土預制模板吊裝時在鋼板上焊接鋼筋將預制模板焊接連接(圖2、圖3)。

圖2　混凝土預制模板平面布置

圖3　混凝土預制模板斷面

混凝土預制模板的設計思路為不占用壩體結構，澆筑完成后無需拆模，因此混凝土預制模板吊裝立模時采用內拉法固定，且需在大壩上游面部位預留臺口，使得預制模板吊裝到位后不占用壩體結構混凝土體積。

混凝土預制模板內力計算：懸臂部分混凝土重力為G，γ為混凝土重度，取γ=25 kN/m3。由重力計算公式G=Vγ可得出：單塊混凝土預制模板G=Vγ=3×3×0.5×2.5×25=281.25 kN。

根據受力平衡原理,鋼筋所受的拉力P=Gsin45°，故得出P=Gsin45°=281.25×0.707=198.85 kN。

配筋驗算：根據牛腿混凝土預制模板設計方案，牛腿混凝土預制模板部位采用φ20Ⅰ級鋼進行斜拉，單塊混凝土預制板上設置12個拉環，每個拉環上斜拉一根φ20拉條，所用的φ20鋼筋共計12根，鋼筋截面總面積為：As=3.14×10×10×30=9 420 mm2。

使用Ⅰ級鋼筋，軸心抗拉強度設計值fy=210N/mm2,可進行抗拉強度驗算，復核單塊混凝土預制模板拉桿是否滿足抗拉強度要求。

最大拉應力f=p/As=198.85×1 000/9 420=21.11 N/mm2

滿足抗拉強度要求。

3混凝土預制模板施工

3.1混凝土預制模板預制與運輸

混凝土預制模板在預制場內預制，為確保混凝土預制模板澆筑完成后的精度與平整度，需在預制區域澆筑地坪。地坪混凝土標號為C20，厚度為25cm。

3.1.1預制模板的預制

(1)鋼筋混凝土預制模板預制施工程序如下：安裝模板→測量模板安裝精度(合格)→鋼筋制作→鋼筋安裝→驗收→混凝土澆筑→養護(等強)。

(2)模板安裝前，先對地面平整，然后按照其結構形式進行支模。模板安裝好后必須對模板進行拋光，并涂刷模油，吊裝時保證其自動脫模。

(3)模板安裝好后，必須進行模板測量檢查，以保證其安裝精度。

(4)模板檢查通過后，方可進行鋼筋綁扎，并預埋鋼板和吊環。

(5)按照三檢制度進行驗收。合格后進行預制模板混凝土澆筑，采用軟軸振搗器振搗振搗密實，振搗工藝應滿足相關規范要求。

(6)澆筑完畢應立即用麻袋進行覆蓋，以保證混凝土內外溫差不大，8～12 h后即可進行表面灑水養護，養護時間必須保證14 d以上。

3.1.2預制模板運輸

(1)預制模板的水平運輸。預制模板在預制廠制作成型并等到28 d后方可進入現場安裝。使用平板車將預制模板拉至纜機高線供料平臺，為了防止面板發生裂縫和面板上預埋的拉環遭受損壞，在運輸過程中，每層之間用兩根10 cm×10 cm方木墊好。

(2)預制模板的垂直運輸。在預制場內，可使用16 t汽車吊將已制作成型的預制模板放入汽車上。汽車運至高線供料平臺后，利用纜機將模板吊入倉中。

3.2混凝土預制模板安裝

牛腿混凝土施工模板支撐采用內拉法，即先在倉內距上游面混凝土外輪廓邊線位置向內50 cm預埋一排Ⅰ14工字鋼，間距100 cm，再用φ20拉桿將斜面模板倒提反吊在工字鋼上。拉桿上預裝花藍扣，以便工人能在倉號內調節模板。為增加工字鋼的剛度和穩定性，工字鋼自下而上焊接四排φ48鋼管對工字鋼進行水平和斜向加固(圖4、圖5)。

圖4　混凝土預制模板安裝及加固示意

圖5　外挑7 m大型懸臂牛腿混凝土預制模板分三倉澆筑示意

吊裝施工前，混凝土預制模板內側面必須先進行打毛處理。利用11#、15#壩段布置的塔機將混凝土預制模板吊至安裝倉位，自上而下焊好拉條后，才能放松吊機大鉤，然后用花籃調節桿調整模板的準確位置和坡度，同時將兩塊混凝土預制模板邊角處預埋的鋼板焊接成一整體。為防止預制模板縫隙在混凝土澆筑時漏漿而污染壩面，在混凝土澆筑前采用水泥砂漿進行勾縫處理，確保壩面平整光潔。

3.3懸臂混凝土澆筑

混凝土的生產、運輸及溫度控制必須嚴格按照規范執行。對該牛腿部位的卸料、澆筑強度及振搗等重點控制。

混凝土卸料時要特別注意，下料時嚴禁碰撞牛腿混凝土預制模板、工字鋼、拉條，嚴禁正對混凝土預制模板下料，下料位置距預制模板不得小于1 m，以防止大骨料堆積到模板附近影響澆筑質量。同時要嚴格控制下料高度，按照1～1.5 m控制。牛腿部位澆筑單層厚度最大不能超過50 cm，最大澆筑強度控制在2 h澆筑一層(50 cm厚)，并且在澆筑過程中要注意等強。混凝土振搗時要求密實，對牛腿反坡面部位同時要求并監督其進行復振。并且振搗時注意以下事項：

(1)對于牛腿預制模板上部的反坡面等關鍵部位采用軟軸振搗棒進行振搗，要求按照順序依次振搗，以防漏振。

(2)每個位置的振搗時間以混凝土不再明顯下沉、不出現氣泡并開始泛漿為準。同時應避免振搗過度，出現過振現象。

(3)振搗間距為20～30 cm，對于牛腿反坡面等關鍵部位需加密振搗。振搗上層混凝土時，振搗器必須插入下層混凝土以下至少5 cm，以保障分層處的混凝土密實度。

(4)外觀面混凝土區域混凝土澆筑采用二次振搗工藝。每一層混凝土先振搗一次后，靜等30～40 min再進行二次振搗排氣，然后再覆蓋下層混凝土，并且在復振過程中避免造成混凝土離析。

(5)振搗過程中，嚴禁振搗器直接沖擊混凝土預制模板及拉條。振搗器離模板邊距離不小于15 cm，埋件周圍采用小頻率振搗器振搗，并應有專人看護。

4懸臂牛腿預制混凝土模板使用的經驗總結

(1)本工程使用的混凝土預制模板設計簡潔科學，操作簡便，混凝土預制模板不占用結構體積，懸臂牛腿部位混凝土澆筑完成后無需拆模，具有較大的實用和推廣價值。

(2)混凝土預制模板使用纜機或塔機吊裝。纜機將預制模板吊至安裝部位后，由人工將預制模板牽引至預留臺口，并從下往上使用花籃螺栓固定。花籃螺栓一端鉤住預制模板拉環，另一端固定在工字鋼上。通過調節花籃螺栓對混凝土預制模板進行微調，混凝土預制模板位置、坡面角度均符合設計要求后方可焊接拉條，最后拆除花籃螺栓。

(3)每塊混凝土預制模板4個邊角處都預埋有10 cm厚鋼板，混凝土預制模板安裝到位后將相鄰兩塊預制模板連接部位的鋼板焊接連接，在混凝土澆筑前使用水泥砂漿進行勾縫處理，以防止預制模板縫隙在混凝土澆筑時漏漿而污染壩面。

(4)混凝土澆筑時，懸臂牛腿部位混凝土下料及振搗需要嚴格控制。料罐入倉時要嚴格控制下料點，防止料罐碰撞到混凝土預制模板和拉條，下料點距離混凝土預制模板至少1 m，牛腿部位澆筑單層厚度最大不能超過50 cm，最大澆筑強度控制在2 h澆筑一層(50 cm厚)，并且在澆筑過程中要注意等強。牛腿部位采用人工振搗，振搗工人持軟軸振搗棒對牛腿反坡面進行加密振搗。

(5)固定拉條的工字鋼和地錨需要在上一倉混凝土澆筑時預埋。工字鋼至少埋入混凝土50 cm，地錨使用φ25螺紋鋼，插入混凝土30 cm，外露20 cm。工字鋼上焊接4排φ48鋼管對工字鋼進行水平加固，拉條與水平面夾角應控制在45°～60°之間。

(6)為確保混凝土預制模板內側與新澆筑混凝土結合緊密，混凝土預制模板在預制場內預制時應對預制模板內側進行拉毛處理，或在混凝土預制模板安裝前對內側面進行鑿毛處理。

(7)進行混凝土預制模板設計時，應按倉面寬度來合理設計單塊預制模板的寬度以及每個壩段配置的預制模板塊數。為確保預制混凝土模板能安裝到位，每個壩段配置的混凝土預制模板寬度之和應比壩段寬度小10～25 cm。澆筑時預留寬度部位使用組合鋼模板或木模板立模補縫。

5結束語

藏木水電站大型懸臂結構施工共使用了10余種規格的預制混凝土模板，各個壩段寬度不一樣，各個懸臂牛腿高度、外挑距離不一致，因此需組合使用不同規格預制混凝土模板。本工程使用的預制混凝土模板設計簡潔科學，操作簡便，不僅優化了施工方案，而且加快施工進度，減少了懸臂牛腿部位立模、拆模時的高處臨空作業，有效降低了施工風險，澆筑完成的懸臂牛腿混凝土精度、外觀均滿足設計要求，具有較大的實用和推廣價值，值得同類施工項目借鑒。

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[作者簡介]朱楠(1989～)，男，學士，助理工程師，主要從事水利水電施工技術管理。

【中圖分類號】TU755.2+2

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2015-11-17