南水北调沁河倒虹吸工程管身模板设计探讨

2012-11-25任杰

水科学与工程技术 2012年1期

任杰

（河北省逐鹿县水务局，河北逐鹿075600）

1 工程概况

南水北调中线一期工程总干渠河北省邯郸市至邯郸县段沁河渠道倒虹吸工程全长497.0m，分进口渐变段60.0m，检修闸段15.0m，进口斜管段54.0m，平管段204.0m，出口斜管段62.0m，节制闸段20.0m，出口渐变段82.0m。进口渐变段坡度为3.148°，进口斜管段坡度约为11.085°，出口斜管段坡度为11.348°，出口渐变段坡度为0.8°。倒虹吸管身为3孔1联，底板、外边墙和顶板厚均为1.35m，内隔墙厚1.2m，总高9.2m，管孔内净高6.5m，净宽6.5m，管内各角倒0.6m×0.6m。管身下设0.1m厚C10混凝土垫层与0.5m厚碎石土垫层。

2 模板方案选择

2.1 模板整体规划

整个工程的检修闸段、进口斜管段、平管段、出口斜管段和节制闸段均使用定制钢模板施工，渐变段有选择地使用木模板或钢模板。全部模板以平管段模板为基础，在施工其他段时增加部分异型模板作补板，所有外模均采用大块钢模板，端模均采用钢木结合模板。因此，对本工程来说，平管段模板施工方案的好坏，直接影响到整个工程的质量、进度、成本和效益。

2.2 平管段管身模板方案选择

平管段管身模板主要分底板、墙体和顶板模板3大块，通常底板混凝土先期浇筑，侧墙和顶板混凝土随后浇筑，侧墙和顶板混凝土的浇筑有两种方案，①侧墙混凝土先浇，拆模后再浇筑顶板混凝土；②侧墙与顶板混凝土同时浇筑。这两种方案各有优缺点：分开浇筑可节省模板资金投入，加快施工进度，但比较费工费力；同时浇筑则可节省人工，减轻劳动强度，但模板资金投入大。对于第1种方案来说，施工时，首先在浇筑好的底板混凝土面上搭设脚手架，支侧墙模板，侧墙模板可采用组合钢模板，浇筑完侧墙混凝土后，拆除侧墙模板，再支顶板模板，顶板模板的支撑采用满堂红脚手架，顶板模板则采用组合钢模板或胶合板模板，每浇筑完一个仓的混凝土并待混凝土强度满足要求后，再拆除全部模板和脚手架，周转到下一个仓继续施工，这种方法模板和支撑的资金投入较低，但需要耗去大量的人工，工人的劳动强度极大，施工进度极慢；对于侧墙与顶板同时浇筑的第2种方案来说，模板通常采用隧道模板台车，侧墙和顶板混凝土同时浇筑，同时支模和拆模，台车整体移动，这种方法施工效率高，节省人工，工人的劳动强度低，但由于顶板混凝土厚度大、跨度大（达到6.5m），混凝土强度需达到设计强度的75%方可拆模，而对墙体来说，混凝土强度只要能保证其表面及棱角不因拆模而受到损坏就可拆模，所以，顶板和墙体模板停留时间相差悬殊，极不协调，相比第1种方法，因顶板混凝土强度的原因需要隧道模板台车滞留很长时间，因而施工效率低，施工进度慢，模板造价大大提高，故综合经济效益差。

针对以上情况，从节省模板资金投入，同时加快施工进度的角度考虑，综合传统施工方法和隧道模板台车施工的长处，克服其不足，我们设计了可移动式管身墙体模板和顶板模板移动车架，利用它快速移动和调整墙体和顶板模板的位置，保证顺利、快捷、高效和低成本地进行管身混凝土。

3 管身模板的结构设计

3.1 管身底板模板

管身底板的内模板主要采用长1.5m的86系列八字角模板，外墙模板采用86系列大钢模板，端模为86系列异型模板，并且侧模外包端模，侧模与端模采用螺栓连接。

3.2 管身墙体模板

管身墙体外侧模板采用常规普通86系列大钢模板，支撑在脚手架上，利用履带吊移动周转。中间节段管身墙体内侧模板由于距离边坡较远，无法使用履带吊，拟采用可移动式管身墙体模板。可移动式管身墙体模板主要由86系列大钢模板、花篮螺杆支撑、模板支撑桁架、滚轮机构和轨道系统组成。86系列大钢模板严格按DBJ01—89—2004《全钢大模板应用技术规程》制作。花篮螺杆支撑由正反扣螺杆组成，主要用于调整模板的垂直度和横向位置。模板支撑桁架由型钢焊接而成，主要用于搁置模板，并通过连接螺栓与花篮螺杆支撑的支座连接。滚轮机构通过连接螺栓连接于模板支撑桁架下面，当墙体模板脱模后，可沿轨道由人工推进到下一个仓位。轨道系统主要由轨道钢管和轨道架组成，轨道钢管是厚壁无缝钢管，通过轨道架连成一体，控制模板的移动位置和方向。管身墙体模板的结构和原理见图1。

图1 可移动式管身墙体模板

3.3 管身顶板模板

管身顶板模板采用55系列组合钢模板，模板下是主次空腹方钢管龙骨，龙骨下是可调U托和脚手架支撑，在脚手架支撑的下面是顶板模板移动车架，如图2所示。每台顶板模板移动车架主要由主梁、连接钢管、钢管扣件、滚轮机构、轨道管和轨道架组成，另配两个主纠偏机构和两个辅助纠偏机构。主梁的作用是承担模板及其支撑的重量，为模板和支撑系统提供一个搁置平台。它通过连接钢管和钢管扣件连接成一个整体，下接确保整个系统移动平稳、省力、轻便的滚轮；滚轮行走在轨道钢管上，轨道钢管采用厚壁无缝钢管制作，每1.5m一节，节间采用轨道架衔接。主纠偏机构比辅助纠偏机构多一个调节丝杆，能对管身模板车架的横向位置起微调作用，当管身模板及其支撑初次安装或通过管身模板车架沿轨道管移动到下一个仓位时，其横向位置往往会有偏移，多则几厘米，少则几毫米，这时，可利用主纠偏机构和辅助纠偏机构对其进行纠偏，调整模板的横向位置。

图2 顶板模板移动车架横截面

4 管身模板的施工工艺

4.1 管身底板模板

管身底板内八字角模板和外大钢模板利用对拉螺杆和拉筋固定模板，承受混凝土侧压力和上浮力。在浇筑底板和倒角混凝土的同时，浇出高0.2m的墙体混凝土，以便下一步浇筑墙体混凝土的时候作模板的包覆定位用。

4.2 管身墙体模板

在底板混凝土达到强度要求后，拆去底板模板，然后组装并安装墙体模板，墙体模板采用可移动式管身墙体模板，其组装流程是：①在平整的地面上将86系列大钢模板与花篮螺杆支撑通过连接螺栓和销轴连接在一起；②组装模板桁架，将滚轮机构与模板桁架通过连接螺栓连接；③在已浇筑好混凝土的管孔底板上把轨道架与轨道钢管通过连接螺栓连在一起；④利用履带吊、布料机和倒链葫芦将模板和桁架吊至相应的施工位置，将组装好的桁架安装在轨道上，将模板通过连接螺栓安装桁架上，在桁架的一侧加适当配重；⑤通过花篮螺杆支撑调节模板的位置和垂直度，安装对拉螺杆，校正、验收模板；⑥浇筑混凝土；⑦待墙体混凝土达到强度后，利用花篮螺杆支撑脱模，人工推动模板到下一个仓位继续施工。

4.3 管身顶板模板

当底板和墙体模板拆去并周转到下一个仓位后，就可以进行顶板混凝土的施工了，首先进行支模，支模及顶板混凝土施工的工艺流程是：①在拆去底板和墙体模板的管孔底板面上居中把轨道架与轨道钢管通过连接螺栓连在一起，将顶板模板移动车架的主梁与滚轮机构用螺栓连接起来并放在轨道钢管上，用连接钢管和扣件把主梁连接固定在顶板模板移动车架上按要求布置脚手架横杆；②安装可调底座和立杆，在立杆上安装可调U托，在可调U托上架设主、次龙骨，在次龙骨上铺设模板；③通过主纠偏机构和辅助纠偏机构及手动液压千斤顶调整模板的横向位置；④顶起液压千斤顶，通过可调底座和U托调整模板高度至设计高度；⑤支顶板外墙模板，验收模板；⑥绑扎顶板钢筋，验收顶板钢筋，浇筑顶板混凝土；⑦待顶板混凝土达到要求的强度后，首先通过可调U托脱模，使模板离开混凝土面至少10cm，通过液压千斤顶顶板模板移动车架，通过调整可调底座，确保整个顶板支撑体系落在顶板模板移动车架上，人工推动顶板模板移动车架及其上的顶板支撑体系沿轨道钢管至下一个仓位。

5 管身模板的质量及经济效益分析

采用可移动式管身墙体模板和顶板模板移动车架，在以下5个方面可以显著提高模板工程的质量和经济效益。

（1）节约人工费用。如果管身内侧墙模板采用组合钢模板，顶板模板的支撑采用满堂红脚手架的施工方案，平管段每仓支拆模板用工量为150人；如果管身内侧墙模板采用可移动式管身墙体模板、顶板模板采用移动车架，平管段每仓一仓支拆模板用工量仅为30人。按日均工资150元计算，每仓混凝土可节约人工费18000元。

（2）节省模板和脚手架费用。按每月完成4个仓号计算，如果管身内侧墙模板采用组合钢模板，顶板模板的支撑采用满堂红脚手架的施工方案，则侧墙模板和顶板模板各需配置2套，平管段模板及其支撑费用约为265.36万元；如果管身内侧墙和顶板采用隧道模板台车，则需配置2套隧道模板台车（每套3台），平管段模板及其支撑费用约为551.23万元；如果管身内侧墙模板采用可移动式管身墙体模板、顶板模板采用移动车架，则侧墙模板只需配置1套，顶板模板及其支撑需配置2套，平管段模板及其支撑费用约为196.75万元；相对于组合钢模板的施工方案，模板及其支撑费用约节省25.86%，相对于隧道模板台车的施工方案，模板及其支撑费用约节省64.31%。

（3）提高施工质量。相比管身内侧墙和顶板模板采用组合钢模板、顶板模板支撑采用满堂红脚手架的施工方案来说，管身内侧墙模板采用可移动式管身墙体模板，因模板型式为大钢模板，故可减少模板拼接缝，减少拼接错台，混凝土表面平整度大大提高。同时由于顶板模板及其支撑体系一次拼装好后，不再拆散，整体移动，所以，顶板混凝土施工质量也大大提高。

（4）加快施工进度。由于墙体和顶板模板脱模后可整体移动到下一个仓位继续施工，所以相比管身内侧墙和顶板模板采用组合钢模板、顶板模板支撑采用满堂红脚手架的施工方案来说，每仓混凝土模板施工可节约支拆模时间70%，施工进度提高1倍以上。

（5）提高模板使用寿命，降低安全成本。由于墙体和顶板模板脱模后不需散支散拆，现场文明、安全，减少了模板和脚手架的摔磕现象，增加了模板和脚手架的使用寿命。