后倾式悬臂模板在邕宁水利枢纽工程闸墩施工中的应用

宋欣欣

【摘要】后倾式悬臂模板在邕宁水利枢纽工程闸墩施工中的大规模应用，在墩身、牛腿、后倾部位的施工中效果显著，具有模板安拆方便、受力合理，低成本、高功效等显著的优点。

【关键词】后倾式悬臂模板；水利枢纽工程；闸墩

1、工程概况

南宁市邕宁水利枢纽工程位于郁江干流南宁邕江河段下游仙葫开发区牛湾半岛处，是一座改善城市环境、水景观、航运为主，兼顾水力发电及其他的综合性水利枢纽工程。主要建设内容有：拦河坝、船闸、13孔闸坝、发电厂房；正常蓄水位67m，总库容7.1亿m3，电站装机容量57.6MW，为灯泡式贯流机组，通航标准2000吨级。

泄水闸坝工程由13孔闸坝组成，其中1#～10#为WES实用堰开敞式弧形门泄水闸坝，11#～13#孔为平底堰，孔口尺寸20.0m×12.5m（宽×高）；其中一区（左侧）设4孔，二区（右侧）设9孔。除5#闸墩墩身宽6m外，其余墩身宽均为3m。单孔闸墩长41.7m。

闸墩上游迎水面▽48.0m～▽73.0m高程为直线上升段，▽73.0m～▽78.0m高程为后仰45°上升，▽78.0m～▽81.8m高程为直线上升段。

闸墩下游迎水面▽46.0m～▽76.3m高程为直线上升段，▽76.3m～▽78.3m高程为后仰45°上升，▽78.3m～▽81.8m高程为直线上升段。

闸墩侧面为直线上升段，在▽46.0m～▽55.0m设置WES实用堰，上游侧设置有宽2.2m、深0.8的检修门槽及宽0.9m、深0.4m的弧形闸门槽。闸墩下游设置有长4.5m、宽36m、下倾35°、突出侧面1.6m的牛腿。闸墩结构图见图1。

2、模板的选择

根据邕宁水利枢纽工程闸墩施工的实际情况，对模板的选择有以下要求。

2.1 最大浇筑层厚3m，门机或履带条吊运6m3料罐入仓。

2.2 满足相关质量要求。模板面板整体刚度好，满足墩身直立段、后倾段、牛腿等多部位施工的要求，面板不设拉筋孔，外观平整。

2.3 单块模板可全方位调节。模板的面板系统可以上下、左右调整，支、拆模方便，同时可以随时调整模板的垂直度。经过项目部实地考察、研讨和论证，确定闸墩施工采用后倾式悬臂钢模板及门槽部位采用木模板相结合的模板拼接方式。

2.4 后倾式悬臂钢模板结构。后倾式悬臂钢模板由面板系统、悬臂支架、操作平台组成，整体最大尺寸3.0m×7.297m×2.225m（宽×高×厚）（含操作系统），总重量1624kg。

模板面板设计规格3.0m×3.15m（宽×高），面板由4块1215标准模板和2块07515标准模板组装而成，上、下设置2排共4个孔作为预留螺栓安装孔，以确保螺栓位置预埋准确。面板采用Q235钢，δ=6mm。长背肋采用[10槽钢，单根长3m，间距0.3m，竖围楞采用][16槽钢，每块模板设置2道，间距1.5m。

悬臂支架主要有模板连接器、主三角架、锚固系统、模板位置调整系统、保险机构等部分组成。

3、后倾式悬臂模板受力验算

悬臂模板的强度、刚度及稳定性直接影响到闸墩施工的安全和质量，因此，悬臂模板的受力验算至关重要。其中，大钢模板、主三角架、及锚固系统的验算尤为关键。

根据闸墩的设计形式，在施工上游▽73.0m～▽78.0m高程及下游▽76.3m～▽78.3m高程时为倾斜45°支立模板，其余均为直立状态，在后倾45°时，模板既受水平荷载作用，又受竖直荷载作用，此时模板受到的综合荷载较垂直状态时大得多，为施工过程中的最不利状态。因此，按模板45°支立时为最不利工况进行验算。

3.1 荷载计算。大模板承受的主要竖向荷载包括模板及支架自重（qm=1.65kg×10÷5m÷3m=1.75KN/m2），新浇混凝土自重（Gh=24KN/m3），钢筋自重（Gj=1.1KN/m3）施工人員及设备荷载（qs=2.5KN/m2），振捣混凝土时产生的荷载（qzs=4.0KN/m2），水平荷载主要包括振捣混凝土时产生的荷载（qz=2.0KN/m2），新浇混凝土对模板的侧压力（qc）和倾倒混凝土时产生的水平荷载（qcs=4.0KN/m2）。

3.2 模板面板的强度、刚度验算。验算时，简化为跨度为50cm两端固定板，承受综合荷载q'=（q21+q22）1/2=76.61KN/m2，经计算，当模板后仰45°支立时，模板面板承受的最大弯曲应力为：σmax=M/W=（q'l2/8）/（bh2/6）=143.64N/mm2<215N/mm2，满足要求。

面板挠度W=q'l4/384EI=0.013mm<30cm×1/4=0.075mm满足要求。

3.3 横肋受力验算。验算时，每根横肋承受0.3m高面板传递的水平荷载，按均布荷载进行考虑，其荷载值为q=（q21+q22）1/2×0.3m=22.98KN/m。

Mmax=ql2/8，fmax=ql4（5-24λ2）/384EI，悬臂模板长背肋采用[10槽钢，截面积A=12.74cm2，截面惯性矩Ix=198.3cm4，截面抵抗矩Wx=39.7cm3，模板面板横承受的最大弯曲应力为σmax=M/W=162.8N/mm2<215N/mm2，满足要求。

挠度验算fmax=ql4（5-24λ2）/384EI=0.076cm<150cm×1/4=0.375cm，满足要求。

3.4 主三角架受力验算。模板每榀桁架承受1.5m宽的水平荷载，悬臂模板承受荷载如图2所示。

根据静力平衡公式，∑FDx=0，∑FDy=0，MD=0得支座反力FDx=380.67KN，FDy=205.58KN，FAx=175.08KN。

4、后倾式悬臂模板的施工工艺

4.1 施工顺序：清理模板→安装悬臂模板面板，不安装悬臂支架（第一層）→按设计位置安装预留锚筋→模板校正，浇筑砼→拆除模板，安装悬臂支架→整体吊装悬臂模板→锚固悬臂模板→安装下一层砼预留锚筋→模板校正→浇筑→下一循环。

4.2 在施工第一层混凝土时，不安装悬臂支架，仅在顶部预埋锚筋，自第二层砼开始，组装悬臂支架，以后各层不再拆装模板，整体吊装使用。

4.3 锚筋锚固点混凝土强度最小要求超过10Mpa时，方可进行下一层模板施工。

4.4 模板安装前，在上一层浇筑的混凝土顶部贴双面胶，以防止接缝处漏浆，每层浇筑砼表面应平整，下一层模板安装时，模板下口要压住混凝土高度不小于10cm。

4.5 混凝土浇筑到预埋件附近时，要采用软轴振捣器振捣，防止预埋件发生位移。

4.6 模板安装后，通过可调丝杆调整模板的垂直度，在浇筑混凝土的过程中，安排专人对垂直度适时符合，如有偏差可及时进行调整。

5、模板的应用效果

后倾式悬臂模板在南宁邕宁水利枢纽工程闸墩施工中的应用情况如下。

5.1 模板面板整体刚度好，不需要设置对拉杆，传统模板加固时需设置大量的对拉杆和顶筋，比传统模板施工节约大量的钢材，且浇筑后外观质量明显高于传统模板工艺。

5.2 模板安装方便，费用低。模板吊装采用自制葫芦提升架提升，提升时间短、速度快。与传统模板相比，安拆难度小，节约人工费用和机械台班费用。

5.3 在近模板侧搭设安全爬梯，在上部与悬臂模板连接，整体性好、安全度高。

5.4 模板上设置上、中、下三层操作平台，便于进行模板位置调节、浇筑后砼表面修饰等各项辅助作业，施工方便。同时，施工平台随模板整体提升，减少了安全防护的费用。

5.5 面板可前后、上下自由调节，同时后倾坡度也能调节，克服了传统模板倾斜支模难度大的问题，悬臂支架与混凝土连接牢固，同时也可作为混凝土悬臂施工时的支架，在墩身牛腿施工及上部倾斜段施工时得到了较好的应用。

结语

通过后倾式悬臂模板在邕宁水利枢纽工程闸墩施工中的应用，大大的加快了施工进度，提高了施工质量，降低了人工消耗，节约了钢管架、对拉杆、顶筋等材料，同时通过配合使用自制葫芦提升系统，减少了大型机械设备的使用，同时在闸墩牛腿、墩身上部倾斜部位施工中得到了很好的应用。实践证明，后倾式悬臂模板在水工建筑物中，特别是闸墩的施工中，具有安全、方便、优质、高效、低成本的特点，值得进行推广使用。