翻轉(zhuǎn)模板在下滸山水庫工程中的應用研究

殷蘭馥

(安慶市花涼亭灌區(qū)管理處，安徽 安慶 246400)

0 引言

碾壓混凝土壩模板工程優(yōu)化與否是影響混凝土連續(xù)上升的關鍵技術之一[1]，翻轉(zhuǎn)模板施工技術具有機械化程度高、施工質(zhì)量好、施工速度快、人工用量少、施工安全等優(yōu)點。下滸山水庫工程要求翻轉(zhuǎn)模板滿足結(jié)構可靠、穩(wěn)定性好，同時能夠克服各類倉內(nèi)機械荷載、風荷載和混凝土側(cè)壓力，以及在迎、背水側(cè)折點處不間斷連續(xù)施工的要求。因此，結(jié)合工程結(jié)構受力特點和荷載分布情況，深入研究翻轉(zhuǎn)模板設計施工方案是有效保證類似碾壓混凝土工程質(zhì)量和施工進度的重要途徑。

1 工程概況

下滸山水庫是以防洪、灌溉、供水為主，兼顧發(fā)電的大沙河上控制性工程，總庫容1.96億m3，正常蓄水位115 m，地面式廠房共安裝3臺機組，裝機15 MW。防洪保護耕地13.59萬畝，灌溉農(nóng)田35.08萬畝，工程屬Ⅱ等大(2)型水庫工程。

攔河壩為為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程119 m，最大壩高74 m。壩軸線全長295.5 m，共分17個壩段。根據(jù)工程特點，大壩上下游面、閘墩均采用翻轉(zhuǎn)模板，大壩碾壓砼范圍內(nèi)上游立面及閘墩，采用H×B=3.0 m×3.0 m鋼制翻升模板，下游斜坡面采用H×B=3.0 m×1.5 m鋼制翻升模板，靠近山體岸坡部位不能安裝翻升模板的部位采用P3015小型模板或木模板組裝。模板支立示意見圖1、圖2。

圖2 壩體斜坡組合翻轉(zhuǎn)鋼模板支立示意圖

圖1 壩體組合翻轉(zhuǎn)鋼模板支立示意圖

2 翻轉(zhuǎn)模板的構成及其設計計算

2.1 翻轉(zhuǎn)模板的組成

翻轉(zhuǎn)模板主要由支撐系統(tǒng)、面板系統(tǒng)、工作平臺和錨固系統(tǒng)組成，單套模板組裝圖示意見圖3。

圖3 單套模板組裝圖

翻轉(zhuǎn)模板垂直方向三塊為一單元，通過連接銷連接上下層面板，用U型卡連接左右面板。上下桁架通過調(diào)節(jié)螺栓和插銷連接，轉(zhuǎn)折處通過調(diào)節(jié)螺栓實現(xiàn)變坡，不影響倉內(nèi)混凝土的連續(xù)澆筑。

2.2 翻轉(zhuǎn)模板受力分析計算

2.2.1 荷載確定

(1)恒荷載——新澆混凝土對模板側(cè)面的壓力標準值

混凝土作用于模板的側(cè)壓力隨著澆筑高度增加，但達到某一臨界值后便不再變化，此臨界值即為混凝土對模板的最大側(cè)壓力。通過理論和實踐，可按式(1)、式(2)計算，并取其最小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2

(1)

F=γcH

(2)

式中：F為混凝土對模板最大側(cè)壓力，kN/m2；γc為混凝土重力密度，kN/m3，此處取24 kN/m3；t0為混凝土的初凝時間，h；V為混凝土澆灌速度，m/h；H為側(cè)壓力計算起點至新澆混凝土頂面總高度，m；β1為外加劑影響修正系數(shù)；β2為混凝土塌落度影響系數(shù)。

翻轉(zhuǎn)模板側(cè)壓力計算：

F=0.22γct0β1β2V1/2=0.22×25×10×1.2×1.15×0.10.5=
72.8 kN/m2

F=γcH=24×3=72 kN/m2

取二者中的較小值，F(xiàn)=72 kN/m2

(2)活荷載——倉內(nèi)振搗混凝土時所產(chǎn)生的荷載

根據(jù)測算，新澆筑混凝土有效高度內(nèi)，振搗混凝土對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力荷載為4 kPa。

(3)確定模板的側(cè)壓力

F=4×1.4+72×1.2=92 kN/m2

2.2.2 模板計算

(1)模板橫向計算

(2)側(cè)模豎向計算

面板厚度5 mm，豎肋為雙10#的槽鋼，間距1.8 m，支點間距1.8 m，模板橫向變形按簡支梁進行計算，斷面參數(shù)計算寬度b=1.8 m，支點間l=1.8 m，距中性軸最大距離y=10.5 cm，總慣性矩I=802.9 cm4，縱向的線性載荷q=Fb=16.7×1.8=30.06 kN/m，彈性模量E=206 GPa，最大撓度最大彎矩M=8350 N·m，σ=My/I=8350×10.5/802.9=109.2 MPa<[σ]=215 MPa，滿足要求。

(3)桁架計算

桁架內(nèi)弦桿采用雙10#槽鋼，外弦桿和腹桿采用單10#槽鋼，背架與模板之間通過M20的螺栓連接。按均布載荷進行計算，側(cè)壓力F=16.7 kN/m2計算高度h=3 m，寬度b=1 m，q=Fb=16.7×1=16.7 kN/m。

1)撐桿所受軸力F=75.15 kN

撐桿采用Φ60×6的無縫鋼管，面積A=1017 mm2，σ=F/A=75150/1017=73.9 MPa<[σ]=215 MPa，滿足要求。

2)桁架斜腹桿所受軸力F=70.296 kN

材料為單10#槽鋼，面積A=1274 mm2，σ=F/A=70296/1274=55.2 MPa<[σ]=215 MPa，滿足要求。

3)桁架內(nèi)弦桿所受剪力F=50.1 kN，彎矩M=9701 N·m材料為雙10#槽鋼，面積A=2548 mm2，抗彎截面系數(shù)W=79.4 cm3，τ=F/A=50100/2548=19.7 MPa<[τ]=130 MPa，滿足要求。σ=M/W=9701/79.4=122.2 MPa<[σ]=215 MPa，滿足要求。

2.3 轉(zhuǎn)模板的工藝流程及施工方法

2.3.1 工藝流程

轉(zhuǎn)模板的工藝流程見圖4。

圖4 工藝流程圖

2.3.2 翻轉(zhuǎn)模板組裝

模板組裝程序通常為：放置面板→配置桁架→加固定位腳手架鋼管→裝配工作平臺→安裝錨筋梁→裝配調(diào)節(jié)桿→檢查模板組裝質(zhì)量→完成模板編號。

翻轉(zhuǎn)模板組裝方法見圖5。

圖5 單套模板組裝圖

2.3.3 翻轉(zhuǎn)模板安裝

(1)運送成套模板至安裝處，面板朝下，方木墊平。從倉位一端或轉(zhuǎn)角處開始按照配板圖依次定位。

(2)使用門塔機或吊車進行吊裝，吊裝時鋼絲繩應牢固拴在桁架兩側(cè)的吊耳上，起吊后架立模板在起始倉模板的上邊線，待桁架對接到位后裝好調(diào)節(jié)螺栓。

(3)最下層只安裝起始澆筑部位，中間層和上層伴隨著混凝土的澆筑上升后在距下層模板上邊線600 mm時開始安裝。

2.3.4 翻轉(zhuǎn)模板的使用

上游面翻轉(zhuǎn)模板為單層(3.0 m)上升、后背坡模板為(1.5 m)上升，上游面正常使用時兩層循環(huán)使用，第一層為固定層，第二層為本倉澆筑模板層。為加快施工進度，完成年度度汛目標，在下滸山水庫壩體施工中再增加一層模板作為循環(huán)上升層，即先安裝第三層，而后拆除第一層以節(jié)約時間，三層模板共9 m。

下游面通常按照四層循環(huán)使用，第一、二層為固定層，第三層為本倉澆筑模板層，第四層為循環(huán)上升使用層，先按裝第四層，再拆除第一層，以加快澆筑進度，提高作業(yè)效率。

2.3.5 翻轉(zhuǎn)模板拆除

(1)翻轉(zhuǎn)模板拆除時間

拆模時間依據(jù)混凝土澆筑至距下層模板的上邊線600 mm或最底層混凝土強度達到2.5 MPa以上時為準。

(2)拆除工序

翻轉(zhuǎn)模板拆除程序通常為：模板拆除過程按照鋼絲繩栓掛吊耳→緊固中層模板套筒螺絲→拆除U型卡、連接銷→卸下下層模板套筒螺絲→脫開混凝土面→拆卸桁架上鐵楔和連接銷→將模板提升至上層模板上。

根據(jù)混凝土澆筑強度的需要，上游面模板安裝按三層布置。立模采用25 t吊車拆除，塔吊配合。模板的安裝與拆除是循環(huán)進行的，即從模板頂下2個上升層拆除底層模板，將其翻轉(zhuǎn)提升至頂層。拆除的模板及配件應及時清理維修，分類堆存，刮除模板表面的粘結(jié)混凝土及灰漿，在碾壓混凝土倉面內(nèi)鋪編織布，以防污染倉面。

3 結(jié)語

本工程在翻轉(zhuǎn)模板應用過程中，經(jīng)后續(xù)檢測驗證，表明其安全可靠，混凝土澆筑工期明顯縮短，經(jīng)工程外觀質(zhì)量檢查，壩體上游面無錯臺、漏漿和掛簾現(xiàn)象，平整度及基礎沉陷均能滿足規(guī)范要求。碾壓混凝土連續(xù)上升模板自20世紀90年代初應用至今，經(jīng)過不斷總結(jié)和改善已日趨完善，但是針對不同壩型和施工環(huán)境，還需因地制宜設計計算并完善施工工藝，以確保工程進度和質(zhì)量。