預(yù)制混凝土模板在清油河大壩懸挑結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

董秋絨

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司,陜西 西安 710065）

1 工程概況

清油河水庫(kù)樞紐工程是一座擬修建在清油河干流上游的商洛市重點(diǎn)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(kù)區(qū)淹沒公路；重力式碾壓混凝土壩,總庫(kù)容983 萬(wàn)m3。水庫(kù)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(shè)在壩體中部的7#和8#壩段,垂直于壩軸線布置,樁號(hào)為壩右0+160~壩右0+193,總長(zhǎng)33 m。溢流壩段共布設(shè)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(yù)制模板澆筑。

2 懸挑結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)及常見施工方法

2.1 懸挑結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)

（1）清油河大壩設(shè)計(jì)懸挑結(jié)構(gòu)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(yù)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(zhǎng)1.6 m,與壩體砼同倉(cāng)澆筑,澆筑完成后預(yù)制鋼筋砼模板不予拆除。大壩壩體結(jié)構(gòu)以外屬于高空懸挑結(jié)構(gòu),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(diǎn)。

（2）清油河大壩設(shè)計(jì)懸挑部位均屬水工鋼筋混凝土承重結(jié)構(gòu),需承載上部結(jié)構(gòu)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(guī)施工方法模板支撐體系是施工的難點(diǎn)。

2.2 懸挑結(jié)構(gòu)常見施工方法

（1）常規(guī)模板的施工方法是搭設(shè)滿堂架支撐,搭設(shè)方法比較簡(jiǎn)單,因此可布設(shè)在懸空高度小、施工作業(yè)面寬闊的作業(yè)場(chǎng)地。對(duì)于懸空高度大、場(chǎng)地局限性大及工期緊張的作業(yè)面,它存在材料消耗量大、人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力、施工進(jìn)度慢等問題,所以進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方案比對(duì)優(yōu)選方案實(shí)施綜合評(píng)選是可行的方案,從而確保工程質(zhì)量?jī)?yōu)良。

（2）在高空作業(yè)中,對(duì)懸挑部位以下的支撐體系采用懸挑式腳手架相比現(xiàn)在懸挑式腳手架在設(shè)計(jì)計(jì)算理論方面還有些不足之處。以前現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員通過(guò)自己多年來(lái)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)懸挑腳手架計(jì)算進(jìn)行理論推演,未通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察,存在施工中材料消耗、技術(shù)人員操作不熟悉、施工方法的簡(jiǎn)單、環(huán)境及荷載變化等諸多問題的影響,所以要進(jìn)行荷載較大的懸空結(jié)構(gòu)采用懸挑式腳手架要進(jìn)行多方理論計(jì)算方可確保施工正常。

3 預(yù)制鋼筋混凝土模板方案的選取

根據(jù)工程大壩懸挑部位結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通過(guò)對(duì)搭設(shè)滿堂支架支撐常規(guī)模板工藝與預(yù)制鋼筋混凝土模板方案進(jìn)行比選,選擇預(yù)制鋼筋混凝土模板施工方案有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用預(yù)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(jié)省了滿堂支撐架的搭設(shè),既加快了施工工期,又保障了混凝土澆筑穩(wěn)定性。

（2）清油河水庫(kù)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(jìn)行,若采用滿堂支撐架,總費(fèi)用12.7 萬(wàn)元。若采用預(yù)制混凝土模板施工,需要預(yù)制3 m×1.6 m×0.12 m 鋼筋混凝土模板77 塊,費(fèi)用7.5 萬(wàn)元。節(jié)約費(fèi)用5.2 萬(wàn)元。

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

（4）上下游側(cè)懸挑出壩體部分的底面模板是將預(yù)制成型的鋼筋混凝土模板在施工作業(yè)面拼裝后采用內(nèi)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(wú)需拆除而且也不占用壩體結(jié)構(gòu)部分,相對(duì)于一般方法按照先搭設(shè)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(shè)腳手架時(shí)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(duì)鋼筋混凝土模板預(yù)制進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝,經(jīng)過(guò)多次拼裝結(jié)果表明模板與壩體之間拼縫嚴(yán)密,結(jié)構(gòu)尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,外觀能夠達(dá)到規(guī)范要求。通過(guò)在技術(shù)、安全等方面對(duì)比,預(yù)制鋼筋混凝土模板方案相對(duì)于滿堂支架搭設(shè)一般模板方法優(yōu)點(diǎn)多,最終選擇預(yù)制鋼筋混凝土模板方案對(duì)大壩懸挑部位進(jìn)行施工。

4 懸挑模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力驗(yàn)算

4.1 懸挑模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以鋼筋混凝土預(yù)制板作為混凝土澆筑模板,采用拉錨鋼筋將模板與預(yù)埋在主體結(jié)構(gòu)中的工字鋼連接,用以錨固模板,進(jìn)行混凝土澆筑,澆筑完成后,混凝土預(yù)制模板不予拆除,成為結(jié)構(gòu)體的一部分。懸挑結(jié)構(gòu)預(yù)制混凝土模板,只要模板有可以錨固的結(jié)構(gòu),均可適用。模板具體結(jié)構(gòu)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(yù)埋拉錨筋,混凝土板厚度、配筋拉錨間距等參數(shù),根據(jù)實(shí)際情況靈活設(shè)計(jì)。預(yù)制模板采用汽車吊或塔式起重機(jī)安裝。

（1）溢流壩段總長(zhǎng)33 m,按3 m 長(zhǎng)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(yù)制板,每塊尺寸為長(zhǎng)×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(diǎn)焊連接。

（2）混凝土板外側(cè)四周埋設(shè)12 號(hào)角鋼包邊,在短邊一側(cè)埋設(shè)12 號(hào)角鋼接縫,接縫角鋼一半埋入混凝土與鋼筋網(wǎng)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(yù)制模板內(nèi)預(yù)埋φ12 熱軋光圓錨筋。錨筋勾上板內(nèi)鋼筋網(wǎng),長(zhǎng)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(yù)埋的20 a 工字鋼上。預(yù)制板內(nèi)預(yù)埋4 個(gè)φ12 熱軋光圓吊環(huán)。詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 懸挑模板詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖

4.2 懸挑模板受力驗(yàn)算

（1）預(yù)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(gè)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(yù)制

懸挑模板在預(yù)制場(chǎng)預(yù)制澆筑。預(yù)制場(chǎng)基礎(chǔ)采用C15 混凝土整平硬化,預(yù)制場(chǎng)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(yù)埋角鋼、吊環(huán)在加工廠加工成型,采用10 t 載重汽車運(yùn)輸至預(yù)制場(chǎng)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(yùn)輸車運(yùn)輸至預(yù)制場(chǎng),采用平板振搗器振搗,表面拉毛處理。澆筑完成后及時(shí)采用土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)28 天。

懸挑模板強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)可以移動(dòng)堆存,達(dá)到100%時(shí)方可調(diào)運(yùn)安裝。預(yù)制模板在分層堆存時(shí),層間采用方木支撐。

（2）模板安裝

懸挑模板預(yù)制混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí),采用40 t 平板車運(yùn)輸,運(yùn)輸時(shí)采用方木固定牢靠。預(yù)制模板在下層混凝土澆筑完成后,再進(jìn)行上一層模板安裝,不合格的模板不得進(jìn)場(chǎng)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(huán)與預(yù)埋在壩體內(nèi)的工字鋼。安裝時(shí)采用全站儀檢查校正,平整度需滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

預(yù)制模板采用預(yù)埋在混凝土壩體內(nèi)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(yù)制模板與工字鋼采用φ12 光圓拉錨筋焊接。工字鋼距離預(yù)制模板底部1 m,工字鋼布置間距1.43 m。模板安裝結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 模板安裝結(jié)構(gòu)圖

（3）預(yù)制懸挑部位混凝土的入倉(cāng)澆筑

大壩設(shè)計(jì)懸挑部位都在壩軸線的上游側(cè),每層混凝土澆筑前,對(duì)基礎(chǔ)面進(jìn)行沖毛、清洗,按設(shè)計(jì)要求鋪設(shè)C20@20鋼筋網(wǎng)。混凝土由拌和站集中拌制,混凝土攪拌運(yùn)輸車或其他設(shè)備運(yùn)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(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa 以上后,進(jìn)行下一層施工,施工時(shí)與大壩混凝土澆筑分開,單獨(dú)作為一個(gè)作業(yè)面與大壩碾壓混凝土工序相錯(cuò)開,做到同步施工。

為解決混凝土澆筑入倉(cāng)困難問題,將一臺(tái)CAT320C 反鏟進(jìn)行改裝,配備了臂長(zhǎng)18 m、斗容0.4 m3的加長(zhǎng)臂,同時(shí)補(bǔ)加適當(dāng)?shù)呐渲剡M(jìn)行懸挑部位常態(tài)混凝土入倉(cāng)澆筑。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地應(yīng)用,其使用效率高且方便靈活,解決了入倉(cāng)難題。

6 結(jié)語(yǔ)

懸挑式預(yù)制混凝土模板在商南縣清油河水庫(kù)工程成功應(yīng)用,安全順利完成施工任務(wù)。為類似工程提供了技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),有很好很廣闊的推廣使用價(jià)值。該施工技術(shù)應(yīng)用于本工程壩體混凝土澆筑,技術(shù)方法成熟可靠,安全高效。

該施工技術(shù)適用于滿堂架、吊籃等難以施工的結(jié)構(gòu)施工,只要有可錨固模板的結(jié)構(gòu)部位,均可采用該施工技術(shù)進(jìn)行施工,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)施工具有廣泛的應(yīng)用前景。