高陂水库溢流堰下游挑流鼻坎混凝土施工方案探讨

2017-12-11孙凯江西省水利水电建设有限公司

河南水利与南水北调 2017年11期

□孙凯（江西省水利水电建设有限公司）

□孙凯（江西省水利水电建设有限公司）

水库溢流堰泄流消能一般设置挑流鼻坎，又称挑坎，指建在泄水建筑物末端、能将下泄的高速水流向下游抛射的、具有一定反弧半径和一定角度的坎。因此该水工建筑结构具有不规则形状，在施工混凝土方案中，尤其是模板设计、拆除模板等工序要注意。文章结合高陂水库项目简要探讨了挑流鼻坎的施工方案，供同类工程参考。

水库项目；挑流鼻坎；施工方案；模板设计

1 工程概况

高陂水库位于周田镇上坝村，距会昌县城42 km，地理位置为东经115°40′，北纬25°20′系湘江支流石坝河下游，坝址以上控制流域面积27.70 km2，高陂水库正常蓄水位247 m，总库容602万m3，设计灌溉面积0.15万hm2，解决1.10万人的饮用水源，是一座以灌溉为主，兼有村镇供水的小（1）型水利枢纽工程。高陂水库工程等别为Ⅳ等，大坝、引水隧洞等永久性主要建筑为4级，导墙、护岸、进库交通等永久性次要建筑为5级，临时性建筑物为5级。根据设计图纸，溢流堰上下游挑流鼻坎混凝土，布置在0+051.00至0+085.00，溢流堰弧长34 m。下游挑流坎底高程为233.00，溢流堰混凝土往外悬挑3 m，高度3 m。护坦高程217.50，离护坦地面15.50 m。上游鼻坎混凝土高程244.00，溢流堰混凝土往外悬挑1 m，高度1.60 m。

2 溢流堰挑流鼻坎总体方案

经过多种方案对比分析确定采用外支撑式牛腿模板和内拉式牛腿模板的施工方案。溢流堰混凝土浇筑至▽233 m高程后分三次浇筑：第一次浇筑1 m，浇筑至▽234 m高程，第二次浇筑1.20 m，浇筑至▽235.20 m高程，第三次浇筑高度为0.80 m，浇筑至▽236 m高程。根据现有的施工条件，大坝布设了两台塔式起重机，分布于右侧下游护坦及左岸下游山坡上，能满足挑流鼻坎施工要求。挑流鼻坎第一次浇筑1 m，浇筑至▽234 m高程，采用外支撑式牛腿模板；第二次浇筑1.20 m，浇筑至▽235.20 m高程，第三次浇筑高度为0.80 m，浇筑至▽236 m高程，采用内拉式牛腿模板方案。

3 挑流鼻坎的模板设计计算——以第一次浇筑为例

挑流鼻坎第一次浇筑1 m，浇筑至▽234 m高程，采用外支撑式牛腿模板设计。该层支模采用埋设在▽232m高程间距1 m工字钢，▽233～▽234 m高程以预埋φ25工字钢受力为主，下部支撑φ48×3.50 mm钢管，φ14钢筋斜拉。计算简图如图2。

3.1 计算荷载

考虑到挑流鼻坎要浇到EL236高程，支承混凝土重量按承受该部分混凝土重量计算，侧压力按浇筑层混凝土高计算。

新浇混凝土重量（混凝土密度按2.40 t/m3计算）:q1=2.47×2.40×1=5.93 t

钢筋重量按200 kg/m2进行计算:q2=1.41×0.20×1=0.28 t模板重量按76 kg/m2进行计算：q3=1.41×0.08×1=0.11 t支撑重量（25 a工字钢重量38.10 kg/m，φ48×3.50 mm钢管重量3.84 kg/m）q4=3.20×0.04+36.52×1×0.38×10-2=0.26 t

施工荷载（工作人员、浇筑设备、工具等荷载按300 kg/m2进行计算）q5=1.41×1×0.30=0.42 t

振捣荷载按200 kg/m2进行计算：q6=1.41×1×0.20=0.28 t

新浇混凝土的最大侧压力：按混凝土施工时最不利情况考虑。混凝土浇筑仓面4.60×34 m，按起重机二台，每台一个台班80罐（每罐0.90 m3）混凝土，浇筑时混凝土的平均上升速度为：

V=80×0.90×2/（4.60×34×8）=0.10（m/h）

查表得，在温度为15℃时可选Pm=1.80 tf/m2

hm=Pm/r=1.80/2.40=0.75 m

3.2 荷载组合

为新浇混凝土重量+新浇混凝土侧压力+模板及支架自重+施工荷载+振捣荷载。

水平荷载：PH=1.80×0.75/2+（1.49+1.80）×0.25/2=1.09 t

竖直荷载：PV=q1+q2+q3+q4+q5+q6=5.93+0.28+0.11+0.26+0.42+0.28=7.29 t

图2 挑流鼻坎模板设计计算简图

3.3 采用材料

第一种;钢管φ48×3.50 mm：[σ]=205 N/mm2，A=489 mm2，截面抵抗矩W=5078mm2，截面惯性矩I=121867 mm4，E=2.06×105N/mm2。

第二种：25 a工字钢。

3.4 支撑的计算

工字钢上采用钢管φ48×3.50 mm，钢管间距50 cm，中间设纵、横向拉杆，底部设扫地杆，取计算长度LO=500 mm，i=15.80 mm，λ=LO/i=31.65

查表得：φ=0.93。

3.5 支架的计算

悬臂1 m 25 a工字钢容许重量为5.60 t，作用点在1 m处；垂直荷载总计7.29 t，作用点在0.50 m处，而在0.50 m处，工字钢可承受11.30 t，满足承载要求。为了保证工字钢作为脚手架的要求，钢管作支撑。

4 模板拆除

模板拆除需在混凝土强度达到设计强度后进行，一般不少于28 d，因本工程是悬臂结构，模板拆除时需更加注意安全防护。模板拆除遵循“先装后拆，后装先拆”的原则，待混凝土达到设计强度后，先松拉筋螺帽，拆除蝴蝶扣，拆除围邻钢管，拆除围邻木，拆除模板，拆除钢管脚手架，割除工字钢。

4.1 模板拆除

模板拆除前必须设置警戒区域，并派人监护，非操作人员不得进入该区域。拆除模板应经施工技术人员同意。操作时应按顺序分段进行，严禁硬砸或大面积整体剥落和拉倒。完工前不得留下松动和悬挂的模板，拆下的模板应及时运送到指定地点集中堆放，防止钉子扎脚。拆除悬臂模板时，不得将顶撑全部拆除，应分批拆下顶撑，然后按顺序拆下模板，以免模板一次性大面积脱落。侧模，在保证混凝土强度能保证构件不变形，棱角完整时方可拆除，一般为3～5 MPa。

4.2 脚手架拆除

脚手架拆除应遵循先支后拆，后支先拆的顺序，拆除时严禁抛扔。对于拆除困难的支架，严禁用吊机强行拖拉，防止支架变形，拆除困难时可用千斤顶进行配合拆除，支架拆除后不同的支架应分类整理，分类妥善存放，循坏利用。

4.3 工字钢拆除

拆架时应划分作业区，周围设绳绑围栏或竖立警戒标志，地面应设专人指挥，禁止非作业人员进入。拆架的高处作业人员应戴安全帽、系安全带、扎裹腿、穿软底防滑鞋。工字钢拆除采用塔吊配合人工的方式进行，将待拆除的工字钢用钢丝绳拴住挂在塔吊挂钩上，人工站在旁边工字钢上用气割将工字钢割除。割除过程中操作手必须悬挂安全带，专人指挥塔吊,确保人员安全。