老撾南歐江二級水電站尾水流道模板的設計與研究

龍 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

南歐江二級水電站位于老撾人民民主共和國中北部的瑯勃拉邦省境內，電站廠房布置在右岸主河床中，為河床式廠房，內裝3臺、單機容量為40 MW的燈泡貫流式機組。

廠房進水口壩橫D.T.0+007.222～壩橫D.T.0+013.922段胸墻底部為四分之一橢圓，流道底部高程288.265 m，兩側墻之間的間距由寬變窄；壩橫D.T.0+013.922～壩橫D.T.0+015.776段為矩形斷面；壩橫D.T.0+015.776～壩橫D.T.0+020.52段流道斷面由方變圓；壩橫D.T.0+020.52～壩橫D.T.0+028.3段為管型座及尾水管鋼襯段，該段留有二期混凝土；壩橫D.T.0+028.3～壩橫D.T.0+056.38段流道斷面由圓變方，壩橫D.T.0+056.38～壩橫D.T.0+059.075段流道斷面為矩形標準斷面。

尾水閘墩與尾水管流道相連，尾水流道斷面不規則，進口為喇叭口，繼而流道斷面由方變圓，中間部位為鋼襯段，尾水管鋼襯段下游流道斷面由圓再變方，體態較不規則，承重頂板支撐較為復雜。據此，項目部進行了鋼桁架排架方案和鋼管扣件排架方案的比較：

(1)如果頂部采用定型鋼桁架梁排架支撐，當鋼桁架梁封頂時，安裝及拆除均為高處懸空作業，施工難度大且在襯砌完成后，頂部鋼桁架無法采用吊裝設備拆除，只能由人工拆除，施工難度及安全風險較大。

(2)如果采用鋼管扣件排架支撐，由于普通鋼管為單管定位，能夠較好地適應變斷面的結構，安裝及拆除施工方便。

經分析比較后，項目部決定采用鋼桁架與鋼管扣件排架相結合的方案，即底板圓弧段采用定型鋼桁架結構，其余采用φ48×3.5 mm的鋼管扣件排架作為支撐。該方案具有以下幾個優點：

(1)底部圓弧段采用定型鋼桁架支撐模板，安裝時有吊裝設備供使用，便于定位和安裝，拆除時混凝土已澆筑完成，在地面操作施工難度相對較小。

(2)整體性較好，在設計荷載內，變形??；

(3)操作簡單。由于該方案使用普遍，工人操作的熟練程度較高，質量能夠得到保證；

(4)鋼管和扣件的生產均有相關的國家標準，施工設計和施工作業均有相關的國家施工規范、規定可循；

(5)普通鋼管排架在水工建筑物的施工中均運用的非常普遍。

2 模板設計

依據《水電水利工程模板施工規范》DL/T5110-2000(以下簡稱模板規范)[1]和《建筑施工扣件或鋼管腳手架安全技術規范》JGJ130-2001(以下簡稱腳手架規范)[2]的有關內容，為保證混凝土澆筑質量、減小混凝土澆筑施工對排架的壓力，廠房尾水流道封頂層澆筑層厚2.15 m，實際超過尾水管頂高程299.75 m的混凝土厚度為0.65 m，其荷載相對較小，與模板支撐體系相適應。排架立桿采用對接扣件連接，橫桿與立桿之間采用十字扣件連接，剪刀撐與立桿采用旋轉扣件連接。立桿的底腳支撐在已澆筑完成的底?；蚧炷撩嫔?，立桿立在弧面上時，可以利用底部弧線段上的鋼桁架及拉模筋進行固定。立桿底腳采用掃地桿連接，水平橫桿與混凝土面之間加木楔頂緊。

流道模板兩側直線段及頂部直線段采用組合鋼模板及5 cm×10 cm的木方拼裝，兩塊3015模板之間夾一塊5 cm×10 cm的木方，以便于開孔穿拉模筋，其余圓弧曲線不規則部分采用5 cm×10 cm的木方拼裝[3]。模板安裝完成后，鋪設一層3 mm厚的保麗板，以保證過流面的平整。

底板的圓弧曲線段采用定型模板制作，進水口流道圓弧段的定型模板長度為1.52 m和1.525 m，尾水流道圓弧段的定型模板長度主要為2 m，高度根據圓弧確定，流道底板直線段不關模板，人工收面。頂部圓弧曲線段模板采用φ25鋼筋加工的圓弧支撐、現場拼裝成型。木方拼裝時，木方鋸口，然后用鐵絲將其綁扎在φ25鋼筋上，固定一塊木方后，在其余木方拼裝時，用鐵釘相互固定。3 mm厚的保麗板均用鐵釘固定在木方上，以保證混凝土澆筑時不跑位、不變形。為保證過流面平整，在木方拼裝前，刨平木方，拼裝圓弧曲線時，對木方實施倒角，以保證兩塊木方之間接縫緊密。

模板固定的拉條按照0.75 m的間距、0.7 m的排距布置，在適當的位置應根據實際情況增加拉條，以滿足加固模板的需要。為保證過流面的質量要求，所有過流面拉條均設計為埋設鋼管套筒，在鋼管套筒上焊接拉模筋，待過流面澆筑完成、排架拆除后將套筒上部拉條的頭卸掉，對過流面上的孔洞采用M25砂漿進行修補、表面抹光處理。

3 排架設計

通過對排架的受力情況進行分析得知：廠房各機組段的流道斷面除鋼襯段外，進水口及出口段流道底部均為平段，排架只受向下的壓力。為了滿足排架立桿的抗壓穩定和排架的整體穩定性，并對施工中不確定因素進行了充分估計，將尾水流道排架的立桿順流向間距確定為0.9 m，橫向0.6 m，最大步距1.2 m，立桿頂端伸出段長約0.2 m，進水口方變圓段流道排架的立桿順流向間距為0.6 m，橫向0.6 m，最大步距0.9 m，立桿頂端伸出段長約0.2 m，左、右方向的橫桿兩端頂緊混凝土壁面或側墻模板桁架。對于排架立柱在弧形部位的底部固定形式，在側墻上按立柱布置位置預埋鋼管，在鋼管內上套螺桿伸出混凝土表面，以供側墻模板拉條施工和排架立柱基礎角鋼的固定使用。套筒的結構形式與翻轉大模板類似，立柱之間設置掃地桿，通過扣件將立柱連成整體(圖1)。

4 模板支撐腳手架的受力計算

4.1 尾水流道支撐腳手架的受力計算

(1)模板：Q1=0.5 kN/m2；

(2)新澆混凝土自重為25 kN/m3，0.65 m厚混凝土荷載標準值Q2=16.25 kN/m2；

(3)施工人員及設備荷載標準值Q3=2.5 kN/m2；

(4)澆筑和振搗混凝土時產生的荷載標準值Q4=2 kN/m2；

(5)縱橫木楞自重：7.5 kN/m3。

豎向荷載效應組合為：

N=1.2∑NGK+1.4∑NQK

式中 ∑NGK為模板及新澆鋼筋混凝土自重產生的軸向力總和(忽略支架自重)；∑NQK為施工人員及施工設備荷載標準值、振搗混凝土時產生的荷載標準值產生的軸向力總和[4]。

頂板模板情況見圖2。

圖1 底部圓弧定型桁架支撐模板典型斷面圖

圖2 頂板模板示意圖

以厚度為0.65 m的頂板為例進行了荷載組合分析。腳手架橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.9 m，布距為1.2 m。

4.2 進水口方變圓流道支撐腳手架的受力計算

(1)模板：Q1=0.5 kN/m2；

(2)新澆混凝土自重為25 kN/m3，1 m厚混凝土荷載標準值Q2=25 kN/m2；

(3)施工人員及設備荷載標準值Q3=2.5 kN/m2；

(4)澆筑和振搗混凝土時產生的荷載標準值Q4=2 kN/m2；

(5)縱橫木楞自重為7.5 kN/m3；每m2立桿所承受的方木重量為：

Q5=0.05×0.1×7.5×3+0.1×0.1×7.5×2

=0.26(kN)

圖3 尾水流道排架支撐典型斷面圖

按照3根5 cm×10 cm次楞和2根10 cm×10 cm主楞考慮。

豎向荷載效應組合為：

N=1.2∑NGK+1.4∑NQK

式中 ∑NGK為模板及新澆鋼筋混凝土自重產生的軸向力總和(忽略支架自重)；∑NQK為施工人員及施工設備荷載標準值、振搗混凝土時產生的荷載標準值產生的軸向力總和[4]。

頂板模板情況見圖4。

圖4 頂部模板示意圖

以厚度為1 m的頂板為例進行了荷載組合分析。腳手架橫向間距為0.6 m，縱向間距為0.6m，布距為0.9 m。

5 施工采用的吊裝設備

主要考慮的因素是模板、鋼筋等材料和部分混凝土吊運。廠房壩段采用的吊裝設備為上下游門機，安裝完成并已投入使用，滿足吊裝需求。

6 流道模板的加工及安裝

根據廠房流道斷面的實際情況將其分為3部分：第一部分為進水口段，包括上游胸腔和方變圓段；第二部分為鋼襯段；第三部分尾水流道段為圓變方段。

圓變方及方變圓段的底部圓弧需加工定型模板。鋼襯段因留有二期混凝土，故只需要平直模板，該方案中暫不考慮胸腔模板，胸腔施工措施另行編制。

根據各設計斷面進行木模板的加工：

(1)原材料：定型模板的支撐采用鋼桁架結構，流道斷面圓弧采用φ25鋼筋制作定型圓弧，其余支撐部分采用φ48鋼管焊接。模板采用5 cm×10 cm的木方拼裝，模板的面板采用3 mm厚的保麗板。

(2)現場拼裝的異性模板主要為頂拱圓弧模板，頂拱圓弧模板仍采用木方拼裝，但需要加工圓弧定型鋼筋，圓弧鋼筋的現場定位主要利用搭設的支撐腳手架。

(3)半成品：要求圓弧加工直徑滿足要求，鋼管、木材無裂縫、無變形。

(4)成品：各種尺寸滿足設計要求，將面板定位尺寸誤差控制在±4 mm以內。

根據施工需要，為加快施工進度，流道底模需加工2臺機組的流道底模模板，以滿足施工需求。

6.1 流道桁架的下料與制作

先根據流道模板的設計圖紙，按照各圓弧半徑先加工出φ25圓弧鋼筋，在模板加工廠按1∶1的比例放出圓弧大樣，并根據設計圖紙進行φ48鋼筋下料。對照圖紙認真檢查復核無誤后，采用φ48鋼管焊接圓弧，使圓弧鋼筋尺寸定位，形成標準斷面的桁架。

在模板加工場內放樣，將桁架按設計間排距排列成型。先檢查桁架的斷面尺寸是否滿足設計要求，檢查無誤后將模板的4榀桁架按照設計斷面位置臨時加固為整體成型，然后在桁架的圓弧鋼筋上分出模板拼裝的位置。面板采用拋光、取直的5 cm×10 cm的木方拼裝，10 cm 寬度方向為面板，每塊模板在安裝前進行預拼裝，對木方接縫進行處理并保證接縫緊密且兩塊木方接縫面平整、不錯臺[5]。

第一塊木方拼裝時，采用5 cm×0.5 cm的扁鐵做模板圓弧圍柃，扁鐵開孔與木方之間采用螺栓連接，在木方上開槽0.5 cm，將扁鐵壓入木方內。對于木方面板穿螺栓的位置，將螺栓帽置于木方內并保證面板平整。第一塊木方固定后，以后的拼裝木方主要采用8 cm長的鐵釘將相鄰的兩塊木方固定在一起。每隔1 m用螺栓將木方與扁鐵固定。扁鐵和φ25鋼筋圍柃上分別焊接短角鋼，角鋼上穿孔，用螺栓連接，使模板與桁架結構形成一個整體，便于吊裝與拆卸。

木方拼裝完成后，檢查整個大面平整度是否滿足設計要求。待其滿足設計要求后，面層鋪裝一層3 mm厚的保麗板，用5 cm長的鐵釘釘在木方上。

6.2 流道模板的運輸及安裝

(1)模板的運輸。鑒于模板結構尺寸較大(單塊寬度最大達3.288 m，最大高度達1.15 m)，最終采用平板車運輸。運輸時的擺放方向為骨架方向平行汽車長度方向擺放，要求模板重心盡可能居中。同時，在模板起吊裝車前，先在車箱底板放置方木，然后再用鋼繩將模板與汽車拉緊固定。

(2)模板的安裝。流道定型模板的安裝主要采用門機吊裝，門機將模板吊至安裝工作面，在混凝土上設置支撐架，人工輔助門機將模板精確定位在支撐架上并確保模板穩固、不移位[5]。模板安裝完成后，用φ48鋼管將兩側模板的桁架連接成為一個整體。在桁架內穿φ48鋼管做鋼管圍柃，用拉模筋將模板固定。拉模筋的布置方式與翻轉大模板類似。模板調整就位后，支撐要及時加固，抄楔要及時固定。

6.3 模板的拆除

拆模時，根據錨固情況分批拆除錨固連接件，防止大片模板墜落。拆模應使用專用工具，以減少混凝土及模板的損傷。對于拆下的模板、支架及配件應及時清理、維修并分類堆存，妥善保管。

7 模板質量的控制及保證措施

(1)經驗收合格的模板才能出廠。

(2)進行運輸、安裝前，由現場施工管理人員進行技術交底，使現場安裝人員熟知運輸、安裝要求并進行現場監控。

(3)模板在運輸到工地現場后，需由安裝人員先檢查模板在運輸過程中是否出現連接件松動及運輸損傷，如出現連接件松動及運輸損傷應及時修復，然后進行翻面安裝。

(4)安裝時，做到起重工、木工、測量人員等各工種間的密切配合，確保安裝的精度。

(5)模板就位后及時設置拉筋，防止滑動或傾倒。

(6)安裝過程中要求測量人員密切配合，對模板在安裝過程中的位置進行動態觀察，模板安裝過程中的位置調整可利用千斤頂或門機配合，待其位置符合設計要求后要及時固定支撐、抄楔等。

(7)模板安裝完成后，要求測量隊根據廠房流道單線圖所提供的斷面參數進行復核，復核合格后報請測量監理進行驗收簽證。

(8)鋼筋接頭分散布置，采用焊接連接，配置在同一截面的受力鋼筋其焊接接頭截面積占受力鋼筋總截面積的百分比不超過50%。

(9)樣架和模板必須經測量組驗收合格后才能進行下一道工序的施工。

8 結 語

在南歐江二級水電站尾水閘墩及尾水流道施工中，采用定型鋼桁架模板和排架滿堂支撐配合施工工藝，在施工中取得了良好的效果。不僅可以節約人力、物力，而且解決了尾水流道斷面不規則造成的施工困難，確保了流道流水面的施工質量。同時，采用定型鋼桁架模板和排架滿堂支撐施工工藝，提高了施工速度，為南歐江二級水電站提前四個月發電提供了有力的保證。