出山店水庫堰面工程有軌拉模的設計與應用

【摘要】有軌拉模施工工藝的應用，能有效控制溢流堰面的外觀體型，使其滿足水流流線型特性，符合設計結構線要求，能夠保證溢流堰面一次性連續澆筑不留施工縫，混凝土表面平整光滑，從而提高了溢流堰面在高速水流區的抗沖耐磨性。

【關鍵詞】堰面；有軌拉模；設計；技術應用

1、出山店水庫工程概況

出山店水庫是國務院批準的以防洪為主的大型控制性工程，是歷次治淮規劃確定在淮河干流上游修建的唯一一座大（Ⅰ）型水庫，國務院批準的172項重大水利工程之一。出山店水庫混凝土壩段樁號3+271～3+700.57，從左岸至右岸分別為：連接壩段、溢流壩段、底孔壩段、電站壩段和右岸非溢流壩段。其中表孔壩段樁號為3+351～3+501.5，長度為150.5m。溢流表孔共8孔，單孔凈寬15m。堰面曲線上游段采用兩圓弧曲線和一直線段，下游采用WES堰面冪曲線設計，冪曲線后連接斜坡，

2、有軌拉模系統設計方案

表孔堰面混凝土施工在壩0+006.403～壩0+018段采用曲率可調的有軌拉模方式。曲率可調拉模形式，它的原理是將拉模體在寬度方向上分成若干段平直結構，平直結構之間僅通過鋼板連結成一個整體，即模體可形成幾段折線。拉模體被牽引的過程中，模體兩端的行走輪沿預先支撐好的曲線軌道行走，約束模體產生撓曲變形以較短的直面來擬合曲面，從而實現曲率可調的目的。

拉模系統主要由模板系統、導軌、行走機構及支撐構件、抹面平臺、牽引機構、安全制動裝置幾大部分組成。

2.1面板設計

面板采用4mm厚鋼板，面板寬度根據桁架布置要求及設計規范規定設計為1.5m，將面板在1.5m寬度方向上設計成3個平直段，平直段之間通過4mm厚的鋼板連接成一個整體。

面板在長度方向上分成3塊組合澆筑15m寬堰面，每塊面板長5m，相鄰模板之間采用螺栓連接。

2.2桁架設計

為適應面板的變形，支撐面板的桁架也設計為3座獨立式桁架。桁架上下弦桿采用∠100mm×63mm×7mmm角鋼，腹桿采用∠70mm×70mm×6mm角鋼，桁架總高度經計算采用0.8m。

桁架在長度方向上分成3部分，每部分與相對應面板長度相同，各部分間用螺栓連接成一個整體，以適應15m寬堰面。

2.3導軌設計

軌道采用125mm×125mmH型鋼制作，按曲線長度2.5m為一節分段，段與段之間采用螺栓連接，軌道采用Φ48×3.5mm鋼管支撐，鋼管連接螺紋為M30，螺紋長度不小于40mm，面板下部采用一段M30螺桿下接支撐鋼管，上接錐形套筒，套筒再通過一段M30mm螺桿與混凝土面上的鋼筋固定，支撐螺桿間距為1m。安裝時錐形套筒頂面即為表孔溢流面結構面，考慮到錐形套筒要重復周轉使用，安裝時應使錐形套筒略高于混凝土結構面，以防混凝土進入其內部不便取出。軌道支撐方法見圖3。

為防止軌道側向變形，在滑軌上端焊接長為10cm的∠50mm×50mm角鋼，間距1.2m，角鋼上垂直閘墩混凝土設調節螺絲，以調節軌道與閘墩混凝土壁面的距離。

2.4行走系統設計

拉模體行走系統分行走輪及導向輪兩部分。行走輪共計12個，每榀桁架端頭各配1個，單側共有6個行走輪。行走輪直徑100mm，與H型鋼軌道上翼緣接觸，并在H型鋼軌道內留有7mm的調整空間。面板受到的新澆混凝浮托力先傳遞給桁架，再由桁架傳遞給行走輪，再由行走輪傳遞到軌道上翼緣。

模體上導向輪共設置4個，分別設在拉模體兩端頭的前面和后面，輪子作用在軌道腹板上，當拉模體因卷揚機不同步或受載不均衡時會產生模體傾斜，發生一側擠偏軌道、一側脫軌的情況，設計導向輪可以限制拉模體的行走方向，以避免模體在軌道中卡死。

2.5抹面平臺設計

為了滿足抹面要求，在模體下游1m處設置一抹面平臺，平臺寬40cm。平臺主梁為8號槽鋼，其前端與模體桁架下端用銷子連接，后端用8mm鋼絲繩與模體桁架上端相連，這樣形成穩定的三角形結構（見圖4）。考慮到混凝土結構曲線的變化，工作平臺角度需調整，因而工作平臺設花籃螺栓，通過調節鋼絲繩前端的花籃螺栓來微調工作平臺的角度。

2.6牽引機構設計

為最大限度地發揮拉模效用，拉模牽引系統（卷揚機）擬定兩種布置方案，方案一：將拉模牽引系統布置于表孔壩段上游石渣回填平臺上，牽引系統位置固定不變，根據表孔不同壩段堰面施工順序，采用導向輪調整牽引繩索位置和方向，使繩索在牽引過程中平行于堰面曲線，繩索長度按照牽引系統距堰面施工位置最大長度設置。方案二：將拉模牽引系統布置在表孔各壩段堰頂（高程83.0m）平臺上，通過導向輪調整牽引繩索位置和方向，繩索在牽引過程中平行于堰面曲線，繩索長度按照牽引系統距堰面施工位置最大長度設置。

施工時采用2臺5.0t的電動卷揚機作為牽引設備，卷揚機安裝在專門加工制作鋼支架上，鋼支架是用[14的槽鋼焊接而成，高1.5m，安裝時與平臺上已有的前期預留插筋焊接固定；卷揚機鋼絲繩（φ18mm）通過設置的導向裝置完成整個拉模沿表孔底板設計曲線的滑升工作。另外需根據表孔堰面設計曲線的變化在需施工范圍內設置4～5個上述導向裝置，以保證卷揚機鋼絲繩在提升拉模時避開觸及倉面鋼筋及已澆筑的混凝土面

2.7安全裝置設計

安全裝置采用保險繩制動裝置，用鋼絲繩一端拴住模體，另一端做成掛鉤，鉤住鋼筋網，防止卷揚機牽引系統失效導致拉模體下墜。

2.8有軌拉模設計荷載計算前提

2.8.1模板自重，按實際質量計；

2.8.2操作平臺上的施工荷載標準值：設計平臺鋪木板時，為2.5kN/㎡；設計平臺梁或桁架時，為2.0kN/㎡；機具、設備按實際質量計，施工人員按1.0kN/㎡；

2.8.3鋼模板與混凝土的摩阻力，本工程采用鋼模板，取1.5kN/㎡；

2.9有軌拉模牽引力計算

2.10有軌拉模自重驗算

為保證表孔壩段堰面施工嚴格按照設計曲線，拉模要求自重（面板和桁架自重總和）及施工荷載的法向分力大于新澆混凝土對拉模產生的上浮力，即要求：

將G1=7.065KN，P=24.4KN，cosα=0.723帶入式中，求得拉模桁架自重G2=26.7KN，即拉模桁架自重2.67t，為留一定富余度，拉模桁架自重不小于3t，不需其他配重，拉模依靠自重可滿足要求。

2.11有軌拉模桁架高度計算

桁架采用角鋼結構，桁架截面為矩形，與混凝土接觸面板采用4mm厚鋼板，桁架上下弦桿采用∠70mm×70mm×6mm角鋼，腹桿采用∠50mm×50mm×5mm角鋼。

2.12有軌拉模鋼絲繩的選取

根據《重要用途鋼絲繩》要求，牽引鋼絲繩的承載力要求為總牽引力的5倍～6倍，則鋼絲繩選取直徑24（6×37-1570），最小破斷拉力為32.2t，滿足要求。

3、出山店水庫有軌拉模技術方法

3.1施工程序

表孔壩段堰面拉模施工程序：表孔混凝土臺階雜物清除→縫面鑿毛沖洗→預埋臺階插筋校直→施工測量放樣→拉模滑軌安裝→混凝土結構鋼筋架立安裝→橫縫止水及瀝青杉板安裝→拉模牽引設備及面板、操作平臺安裝→測量放樣校核→混凝土澆筑→提升模板→人工抹面收光→混凝土表面養護→橫縫處理。

3.2施工準備

表孔堰面施工前，將壩體預留臺階上的保溫被、碴子等雜物清除干凈，人工鑿孔，在表孔側墻底腳埋設直螺紋鋼筋。臺階混凝土面人工鑿毛、沖洗干凈并保持濕潤，預留臺階上的預埋插筋需除銹、校直。按設計圖紙施工測量放樣后，標出表孔堰面的設計軸線、外輪廓線及拉模裝置主要構件的位置，然后分段進行拉模滑軌安裝、橫縫止水及模板安裝、堰面混凝土結構鋼筋架立安裝、拉模牽引設備、面板及人工抹面操作平臺的安裝。安裝完畢后的拉模，經測量校核、總體檢查驗收合格后，方可投入生產。每一模段混凝土分三個胚層澆筑，在完成第三個坯層的混凝土振搗作業后，開始進行拉模的第一次試滑升。試滑升的速度盡量緩慢均衡，并對模板結構和牽引設備進行一次全面檢查。待一切正常后，即可繼續澆筑，直到混凝土表面距模板上口5～10cm左右，即轉入正常滑動。

3.3模板施工

表孔堰面曲線復雜，曲率變化極不規則，施工難度比較大。經認真分析和反復研究，在借鑒其它類似工程施工經驗的同時，結合表孔堰面混凝土外輪廓曲線的特點，將拉模設計成由4mm厚的面板和垂直水流方向互不相連的3片小桁架組成。拉模通過按堰面外型輪廓制作的曲線滑軌，利用面板自身撓度的不斷變化，使表孔堰面混凝土外型輪廓與設計曲線達到一致，且滿足光滑平順的要求，混凝土澆筑過程中對拉模的側壓力由拉模上的小桁架承擔，同時拉模傳遞給兩滑軌的集中力由固定滑軌的支承螺栓承擔。

面板背側不設順流向筋板，其橫向筋板采用互不相連、相對獨立的3片小鋼桁架的形式；桁架下弦桿與面板焊接自成一體；滑軌按曲線長度2.5m一節分段，由專業廠家1：1放大樣分節制作加工成設計曲線形狀，施工時根據需要分節分段安裝，段與段之間用螺栓連接拼裝，且通過連接構件（調節螺栓）與模板支撐構件聯接；拉模安裝最關鍵為滑軌安裝，滑軌安裝前必須進行測量放樣，根據放樣點進行滑軌安裝，然后對滑軌進行固定，滑軌主要對兩個方向進行調整固定，①豎向調整固定：滑軌是由軌道錐形套筒通過支撐桿件與臺階混凝土上的插筋固定，滑軌安裝時高程根據曲線進行調整，滑軌高程通過錐形套筒上雙頭螺桿進行調節；②水平方向調節固定：滑軌安裝時必須嚴格控制左右滑軌的距離，軌道上焊接長10cm的50mm×50mm的角鋼，間距1.2m，角鋼上設置調節螺絲，以調節軌道與閘墩壁面的距離。滑軌安裝完成后必須經測量校核。卷揚機牽引設備通過鋼絲繩及導向輪完成對整個拉模系統的滑升工作。

表孔堰面混凝土采用橫縫兩邊同倉澆筑，橫縫止水上、下部用2cm厚瀝青杉板隔縫，隔縫板及紫銅止水片用架立筋支撐架立，確保穩定牢靠。

3.4鋼筋及支撐桿施工

因表孔閘墩側墻混凝土在前期施工時，未設置水平插筋，故在表孔堰面混凝土施工前，先將側墻混凝土內鉆孔植入22插筋，再與已預埋好的壩體臺階鋼筋連接，每間隔1m采用Φ48×3.5mm鋼管連接雙頭M30螺桿支撐。

3.5混凝土澆筑

表孔堰面混凝土采用布置于壩上游的2臺高架門機配3m3臥罐入倉。由于堰面曲線曲率變化不一，最陡為1：0.9，最緩為R=18m的反弧曲率，目前拉模施工區域的表孔堰面曲線長度約為14.6m，平均每0.5m曲線長度的堰面混凝土方量平均為11.5m3。按0.5m（曲線長度）坯層的下料厚度進行混凝土澆筑，拉模面板長度1.5m，完成整塊模板范圍內混凝土的澆筑需按3個坯層下料，考慮拉模底部混凝土滿足提升模板的時間為3個小時，則每一坯層混凝土澆筑時間約需1個小時，即混凝土澆筑強度為11.5m3/h，在完成第三個坯層的混凝土澆筑時，便可進行模板的提升工作，。

為控制模板提升的最佳時機（混凝土達到一定強度能進行模板的提升，且在混凝土初凝前能完成其表面的抹面收光工作），同時又要充分發揮拉模施工的連續性特點。在完成首倉第三個坯層的混凝土澆筑后，適當控制模板的滑升速度使其與混凝土澆筑速度保持一致：即混凝土澆筑完后3個小時方可連續緩慢地進行模板的勻速滑升工作，這樣才能滿足該部位采用拉模施工混凝土脫模時間的有關要求。

為發揮混凝土拌合、運輸、澆筑系統及拉模連續性施工的優勢，在提高工效的同時降低現場生產組織協調難度，施工時需用高架門機配3m3吊罐下料入倉、人工振搗。拉模混凝土的澆筑，遵守以下規定：

3.5.1分層、平起、對稱、均勻地澆筑混凝土，各層澆筑的時間，不得超過允許間歇時間；

3.5.2振搗混凝土時，不得將振搗器觸及支承桿、預埋件、鋼筋和模板，振搗器插入下層混凝土的深度，宜為5cm左右，模板滑動時嚴禁振搗混凝土；

3.5.3在澆筑混凝土過程中，及時把粘在模板、支承桿上的砂漿、鋼筋上的油漬和被油污的混凝土清除干凈。

3.5.4對脫模后的混凝土表面，必須及時修整。

3.5.5對脫模后的混凝土，避免陽光曝曬，及時養護，養護期不小于28天。

4、結語

出山店水庫大壩表孔壩段采用有軌滑模施工工藝，大大減少了施工工序和施工難度，有效控制溢流堰面的外觀體型，確保了堰面體型和結構精度，滿足了設計要求。

參考文獻：

[1]《人民長江》第30卷 第6期由林家驊和徐同印編寫的《江埡大壩溢流面滑模施工》；

[2]《四川水力發電》第31卷 第3期由楊曉誠和劉建偉編寫的《淺談蘇丹麥洛維大壩溢流壩溢流面有軌滑模施工》

作者簡介：祝云市，男，工程師，從事水利水電工程技術與管理工作。