預制混凝土模板在清油河大壩懸挑結構施工中的應用

董秋絨

（中國水電建設集團十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

清油河水庫樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的商洛市重點水源工程,屬Ⅳ等小（1）型工程。樞紐主要建筑物為重力式碾壓混凝土壩和庫區淹沒公路；重力式碾壓混凝土壩,總庫容983 萬m3。水庫大壩壩型為碾壓砼重力壩,由碾壓混凝土壩身、開敞式溢流表孔、泄洪排沙底孔及引水管等組成。

溢流表孔布設在壩體中部的7#和8#壩段,垂直于壩軸線布置,樁號為壩右0+160~壩右0+193,總長33 m。溢流壩段共布設3 孔,單孔凈寬7 m,總溢流寬度21 m。溢流堰頂高程645 m,挑流鼻坎高程611 m,懸挑部位砼采用鋼筋砼預制模板澆筑。

2 懸挑結構施工難點及常見施工方法

2.1 懸挑結構施工難點

（1）清油河大壩設計懸挑結構均位于壩軸線的上游部位,總高度14 m,高程627.5 m~641.5 m 采用預制鋼筋砼懸挑模板,分10 層模板,每層高度1.43 m,上游面斜長1.6 m,與壩體砼同倉澆筑,澆筑完成后預制鋼筋砼模板不予拆除。大壩壩體結構以外屬于高空懸挑結構,跨度難度大,懸空的距離高,如何保證施工安全是施工的難點。

（2）清油河大壩設計懸挑部位均屬水工鋼筋混凝土承重結構,需承載上部結構物的重力荷載,而懸挑部位鋼筋混凝土施工荷載大,如果按常規施工方法模板支撐體系是施工的難點。

2.2 懸挑結構常見施工方法

（1）常規模板的施工方法是搭設滿堂架支撐,搭設方法比較簡單,因此可布設在懸空高度小、施工作業面寬闊的作業場地。對于懸空高度大、場地局限性大及工期緊張的作業面,它存在材料消耗量大、人工費時費力、施工進度慢等問題,所以進行必要的技術經濟性方案比對優選方案實施綜合評選是可行的方案,從而確保工程質量優良。

（2）在高空作業中,對懸挑部位以下的支撐體系采用懸挑式腳手架相比現在懸挑式腳手架在設計計算理論方面還有些不足之處。以前現場施工技術人員通過自己多年來總結的經驗對懸挑腳手架計算進行理論推演,未通過現場實地考察,存在施工中材料消耗、技術人員操作不熟悉、施工方法的簡單、環境及荷載變化等諸多問題的影響,所以要進行荷載較大的懸空結構采用懸挑式腳手架要進行多方理論計算方可確保施工正常。

3 預制鋼筋混凝土模板方案的選取

根據工程大壩懸挑部位結構特點通過對搭設滿堂支架支撐常規模板工藝與預制鋼筋混凝土模板方案進行比選,選擇預制鋼筋混凝土模板施工方案有如下優點：

（1）采用預制混凝土模板作為澆筑混凝土支撐,既解決了鋼模板的安裝,又節省了滿堂支撐架的搭設,既加快了施工工期,又保障了混凝土澆筑穩定性。

（2）清油河水庫工程溢流壩段懸挑部位混凝土澆筑,與壩體混凝土澆筑同步進行,若采用滿堂支撐架,總費用12.7 萬元。若采用預制混凝土模板施工,需要預制3 m×1.6 m×0.12 m 鋼筋混凝土模板77 塊,費用7.5 萬元。節約費用5.2 萬元。

（3）滿堂架及懸挑部位模板的搭設加固,需要等到壩體達到懸挑部位高程,并拆除壩體模板后進行,需要搭設平均高28 m 的滿堂架6800 m3和370 m2的鋼模板,采用預制混凝土懸挑模板施工,則可以節省滿堂架及鋼模板搭設工期28天。

（4）上下游側懸挑出壩體部分的底面模板是將預制成型的鋼筋混凝土模板在施工作業面拼裝后采用內拉固定不需要外部支撐體,模板也不用拆除,因此在澆筑完大壩混凝土后無需拆除而且也不占用壩體結構部分,相對于一般方法按照先搭設承重腳手架,再安裝鋼木模板,最后澆筑混凝土后拆除模板和腳手架等方案,最大限度避免和消除高空搭設腳手架時將存在的安全隱患。

（5）施工中繪制三維立體圖的目的是提前查找出懸挑部位與壩體的相貫線,從而對鋼筋混凝土模板預制進行現場拼裝,經過多次拼裝結果表明模板與壩體之間拼縫嚴密,結構尺寸符合標準規范要求,外觀能夠達到規范要求。通過在技術、安全等方面對比,預制鋼筋混凝土模板方案相對于滿堂支架搭設一般模板方法優點多,最終選擇預制鋼筋混凝土模板方案對大壩懸挑部位進行施工。

4 懸挑模板結構設計及受力驗算

4.1 懸挑模板結構設計

以鋼筋混凝土預制板作為混凝土澆筑模板,采用拉錨鋼筋將模板與預埋在主體結構中的工字鋼連接,用以錨固模板,進行混凝土澆筑,澆筑完成后,混凝土預制模板不予拆除,成為結構體的一部分。懸挑結構預制混凝土模板,只要模板有可以錨固的結構,均可適用。模板具體結構形式為鋼筋混凝土板,四周采用角鋼包邊,板中配置鋼筋,并預埋拉錨筋,混凝土板厚度、配筋拉錨間距等參數,根據實際情況靈活設計。預制模板采用汽車吊或塔式起重機安裝。

（1）溢流壩段總長33 m,按3 m 長度制作模板,每層共需11 塊,每塊模板制作2.99 m。懸挑模板采用C25 鋼筋混凝土預制板,每塊尺寸為長×寬×厚=1.6 m×2.99 m×0.12 m,板中配筋為C12 熱軋帶肋鋼筋,間排距10 cm,鋼筋端頭與角鋼點焊連接。

（2）混凝土板外側四周埋設12 號角鋼包邊,在短邊一側埋設12 號角鋼接縫,接縫角鋼一半埋入混凝土與鋼筋網焊接牢固,另一半留5 cm 外露,作為上層模板的支撐,永久外露的角鋼噴涂防銹漆。

（3）預制模板內預埋φ12 熱軋光圓錨筋。錨筋勾上板內鋼筋網,長度30 cm,布置間排距0.7 m。錨筋外露部分與拉錨筋雙面焊接,并焊接連接在預埋的20 a 工字鋼上。預制板內預埋4 個φ12 熱軋光圓吊環。詳細結構見圖1。

圖1 懸挑模板詳細結構圖

4.2 懸挑模板受力驗算

（1）預制模板自重

懸挑模板自重：2.5×0.12×1.6×2.99=1.44 t。

（2）壩體混凝土重量

懸挑模板上部混凝土重量：2.4×0.716×1.431×0.5×3=3.7 t

（3）受力分析

模板承受的重量為1.44+3.7=5.14 t,分解為垂直于模板的力為5.14×0.716/1.431=2.57 t。每塊模板15 根拉錨,單個拉錨承受的力為2.57/15=0.17 t=1680 N。φ12 熱軋光圓鋼筋單根抗拉力為300×3.14×62=3912 N ＞1560 N,滿足要求。

5 施工方法

（1）模板預制

懸挑模板在預制場預制澆筑。預制場基礎采用C15 混凝土整平硬化,預制場底模采用3 m×3 m 鋼模板拼接,平整度滿足要求,在澆筑混凝土前涂刷油脂等脫模劑。鋼筋及預埋角鋼、吊環在加工廠加工成型,采用10 t 載重汽車運輸至預制場安裝,模板采用定型鋼模板。C25 混凝土在拌和站集中拌制,10 m3混凝土攪拌運輸車運輸至預制場,采用平板振搗器振搗,表面拉毛處理。澆筑完成后及時采用土工布覆蓋灑水養護28 天。

懸挑模板強度達到75%時可以移動堆存,達到100%時方可調運安裝。預制模板在分層堆存時,層間采用方木支撐。

（2）模板安裝

懸挑模板預制混凝土強度達到100%時,采用40 t 平板車運輸,運輸時采用方木固定牢靠。預制模板在下層混凝土澆筑完成后,再進行上一層模板安裝,不合格的模板不得進場安裝。每塊模板重量4.8 t,采用25 t 吊車安裝,人工配合。模板吊裝就位后,采用φ12 光圓拉錨筋焊接連接吊環與預埋在壩體內的工字鋼。安裝時采用全站儀檢查校正,平整度需滿足規范及設計要求。

預制模板采用預埋在混凝土壩體內的工字鋼拉錨固定,工字鋼插入下層壩體0.5 m,頂部高出本次混凝土澆筑面0.1 m,工字鋼頂部與下層工字鋼頂部采用C16 熱軋帶肋鋼筋焊接連接。預制模板與工字鋼采用φ12 光圓拉錨筋焊接。工字鋼距離預制模板底部1 m,工字鋼布置間距1.43 m。模板安裝結構圖見圖2。

圖2 模板安裝結構圖

（3）預制懸挑部位混凝土的入倉澆筑

大壩設計懸挑部位都在壩軸線的上游側,每層混凝土澆筑前,對基礎面進行沖毛、清洗,按設計要求鋪設C20@20鋼筋網。混凝土由拌和站集中拌制,混凝土攪拌運輸車或其他設備運輸至工作面后,按攤鋪厚度50 cm,采用φ100插入式振搗器振搗。本層混凝土澆筑完成后,混凝土強度達到2.5 MPa 以上后,進行下一層施工,施工時與大壩混凝土澆筑分開,單獨作為一個作業面與大壩碾壓混凝土工序相錯開,做到同步施工。

為解決混凝土澆筑入倉困難問題,將一臺CAT320C 反鏟進行改裝,配備了臂長18 m、斗容0.4 m3的加長臂,同時補加適當的配重進行懸挑部位常態混凝土入倉澆筑。經現場實地應用,其使用效率高且方便靈活,解決了入倉難題。

6 結語

懸挑式預制混凝土模板在商南縣清油河水庫工程成功應用,安全順利完成施工任務。為類似工程提供了技術和經驗,有很好很廣闊的推廣使用價值。該施工技術應用于本工程壩體混凝土澆筑,技術方法成熟可靠,安全高效。

該施工技術適用于滿堂架、吊籃等難以施工的結構施工,只要有可錨固模板的結構部位,均可采用該施工技術進行施工,對混凝土結構施工具有廣泛的應用前景。