有轨液压爬模在边坡混凝土盖板施工中的应用

涂思豪，韩 兴，姚 强，3，吴高见，李洪涛，3，李小虎

(1.四川大学水利水电学院，四川成都610065；2.中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都610066；3.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室，四川成都610065)

0 引 言

目前我国在水电站边坡混凝土盖板施工中，往往采用常规滑模施工，其卷扬机安装困难，浮托力不易控制。而采用人工支模进行施工，模板安装拆除工作量大，人员劳动强度大，投入大量人力物力，工作效率低。在高堆石坝建设过程中，大坝左右岸混凝土盖板浇筑工程量大，边坡倾角大带来的施工难度大等问题尤为突出。所以施工必须向机械化与自动化相结合的方向发展，这样才能降低人工劳动强度，节约施工成本，保证施工质量[1]。爬模在我国高层建筑、桥梁、水利等行业的工程应用越来越多，在基础建设中发挥的作用也越来越重要[2-3]，相应地促进了爬模设计形式的改进、施工技术的创新以及功能的多样化、智能化发展。

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站，工程区地处大渡河上游金汤河口以下约4～7 km河段上。长河坝水电站最大坝高240 m，大坝左、右岸盖板设计分块单元尺寸为16 m×20 m，浇筑混凝土厚度为50 cm，混凝土盖板浇筑工程量大。

长河坝坝址处的河谷两岸岸坡陡峭，左、右岸边坡坡比1∶0.95～1∶0.5(46.8°～63.16°)，如图1所示。高边坡工程的施工作业条件差，存在上下同时施工、相互干扰，施工安全隐患大等问题。心墙混凝土盖板浇筑是制约大坝填筑的关键工序。目前实施的普通盖模方案施工工序多，人工用量大，进度慢，安全性不高。为此，需要找出有效的施工方法与合理的施工机械，优化浇筑方案，加快施工进度，提高施工安全性。

图1 左岸高陡边坡

2 有轨液压爬模设计

2.1 爬模结构

液压爬模上部爬升结构主要由液压油缸、爬钩装置和爬模主体三部分组成，通过控制液压油缸的同步伸出推动爬钩装置向上爬升，待爬钩装置锁定轨道支撑上后，再通过液压油缸的缩回带动爬模主体向上爬行；相反，整体向下缓慢移动，实现自动上下爬行浇筑功能。当一个爬行过程行走完毕后通过液压油缸再次推进爬钩装置，直至其锁定轨道，在通过液压油缸的回缩或下伸，进行下一段的爬升，直至完成整个爬升过程。

根据施工现场的坡度和混凝土浇筑厚度，设计爬模与爬轨的结构；设计反轮控制混凝土的浮托力，根据浮托力设计爬模的刚性；同时进行爬模的反轮受力情况分析。有轨液压爬模结构可以分为两部分：① 模体。其结构长16 m，宽1.2 m，采用型钢与钢板加工制作，按照5、5、6 m共分为3段，用螺栓连接，模体质量约6.8 t。② 行走装置及轨道。轨道采用H型钢加工，安装坡度与盖板一致，并用锚杆固定在基岩面上。行走装置包括行走轮(反轨结构)和爬升液压油缸，轨道与行走装置质量约7.5 t，有轨液压爬模结构如图2所示。

图2 有轨液压爬模结构(单位：cm)

2.2 轨道形式

滑模的行走装置包括行走轮(反轨结构)和爬升液压油缸，滑模轨道采用H型钢，规格为200 mm×200 mm×8 mm×12 mm，轨道下部为轨道支撑，采用和轨道同型号的H型钢，每隔50 cm布置一个，单个尺寸沿轨道方向长30 cm。轨道设置在混凝土分缝以外10 cm处，在滑模安装前通仓安装完毕，坡度与盖板表面坡比一致，单根轨道支撑每隔50 cm采用2Φ25锚杆固定在基岩面上，锚杆长3 m，入岩1.5 m；锚入基岩1.5 m，两根锚杆垂直轨道方向间距10 cm，如图3所示。

图3 爬模轨道支撑铺设(单位：mm)

2.3 固定形式

坝顶跨河缆索将上部的轨道运至仓面附近后，与下部的轨道支撑用螺栓连接固定。通仓固定完成后将滑模吊至相应位置，再将滑模体吊运至仓面下部，人工采用导链安装就位。爬模固定方式具体做法如下：在H型钢上部开孔，开孔尺寸10 mm×45 mm，间距顺轨道方向为50 cm，垂直轨道方向为12 cm，该孔为行走卡齿的位置，在油缸上下设置两个梯形锚块，混凝土浇筑时，通过上下两个锚块将滑模固定在轨道上，防止滑模跑偏和上下移动。滑模需要上移时，松开下部锚块，上部锚块和轨道卡死后通过液压油缸牵引滑模上移。

3 有轨液压爬模爬升性能试验

爬模主体的安装是将中间梁和边梁用螺栓连接，将已制作好的各零部件与行走车架进行装配，然后将装配好的行走车架装置与爬模主体用螺栓连接，安装过程要按表1所示的质量标准进行组装、调试。

表1 爬膜制作质量检验标准

根据现场实际尺寸将抹面平台、浇筑平台通过铰轴和手拉葫芦连接与液压爬模主体进行装配，装配过程中在保证安全的前提下，要根据实际情况不断进行调整抹面平台及浇筑平台的铰座装配尺寸，调整后点固焊牢，使其达到最好的试验状态。同时液压系统的安装按要求铺设油管路和线路；液压缸与爬模主体行走车架、爬钩装置用轴连接，调节好连接后将油路接通等待验收；将液压电控箱安装在抹面平台上，接通线路后待验收。

在一切检查合格、保证安全的前提下，按照液压系统的说明书进行操作液压缸的伸缩状态，开始进行液压爬模的爬升试验，试验过程中一定要保证两侧的液压缸同步伸缩，这样才能使液压爬模整体同步上升或下降。爬升试验流程如图4所示。

图4 爬升试验流程

爬升试验表明：有轨液压爬模采用液压油缸提升模体，模体在特制轨道上自行爬升，减少了模板拆装工作环节，施工更为高效安全，实现了两侧模板同步升降，并通过单独控制实现左右油缸单独升降。采取轨道及反向托轮控制并用，实现液压爬模的着力和支撑以及模体爬升过程中的精确定位。

4 工程应用

在长河坝边坡混凝土盖板施工中，根据有轨液压爬模设计原则、相关性能试验以及有关标准规范，进行混凝土浇筑施工，工程施工过程如下。

(1)准备工作。在浇筑混凝土之前，首先进行安装滑模前的准备工作，完成基面处理以及钢筋、止水、预埋件的安装。然后进行侧模和爬模安装，安装步骤为：轨道基面处理→打锚杆轨道孔→锚杆安装→轨道安装→油缸与行走轮安装→模体安装→调试。

(2)混凝土施工。在混凝土浇筑过程中，必须严格控制配合比，要经常性地进行坍落度检测，确保混凝土粘聚性、和易性符合要求[4]。为保证滑模在提升中不至因为提升太快而出现混凝土坍塌或破坏。混凝土采用Φ350 mm溜管入仓，在距模板上口40 cm范围内均匀布料，人工持铁铲或振捣器铺料，由两侧向中间水平分层摊铺。铺料厚度20～30 cm，使混凝土对模板的侧压力和粘结力均匀分布，以使模板受力均衡，从而使牵引机械受力均匀并使模板稳定滑升，混凝土振捣主要采用Φ80 mm电动软轴插入式振捣器，对边角、模板周边、埋件附近等部位使用Φ50 mm振捣器。混凝土振捣时应插入点均匀、快插慢拔、方向一致，模板滑动时严禁振捣混凝土面。

(3)爬模滑升。浇筑混凝土前，要对滑模装置进行总体检查，具体办法是试滑升。通过试滑升可以全面检查滑模系统设计和安装的质量，还可以检查工程结构基面、侧壁是否满足设计要求或有无阻碍滑升的部位，发现问题必须及时处理[5]。当浇完首段混凝土2～3层后，即可进行试滑，先滑升10 cm左右，待滑出的混凝土能自稳、不变形，达到出模强度时，即可进入正常滑升，如图5所示。模板滑升时两端提升应平稳、匀速、同步，每浇完一层混凝土滑升一次，一次滑升高度约为20～25 cm，不得超过一层混凝土的浇筑高度。每次滑升间隔时间不超过30 min。

图5 爬模滑升

(4)出模强度。在施工现场，当已脱模的混凝土用手指按压，有轻微的指印，沙浆不粘手，指甲划过有痕，且滑升时听到有“沙沙”的摩擦声时，即说明可以进行初升；如果混凝土表面较干，已按不出指痕，说明滑升时间已迟；如果脱模后的混凝土下坍或用手指按指痕很深且沙浆粘手，说明还未到滑升时间。当滑模正常滑升时，模板的滑升速度快慢直接影响混凝土的施工质量和工程进度。当模板滑升至工程结构物的顶部时，为防止混凝土终凝前粘住模板，应采取停滑措施，即每小时将模板提升1～2次，每次升高1～2个行程。待混凝土达到脱模强度后，再将模板脱开，脱开过程中应对操作平台及时加固。

有轨液压爬模施工实践表明：高陡边坡有轨液压爬模设计工作原理正确，能够很好地解决高陡边坡混凝土浇筑过程的模板工作量等问题，提高了自动化水平，降低了劳动强度。爬模基础准备及安装完成后在正式浇筑过程中未出现异常情况、爬模提升稳定，实际爬模提升速度可达80 cm/h，且能保证浇筑混凝土表面平整，仓面平整度可控制在±5 mm以内。在长河坝边坡混凝土盖板浇筑过程中，由于施工区域边坡地质存在超欠挖情况，增加了滑模的基座施工工程量，因此，通过后续改进，将其行走系统与模体间设置为高度可调式结构。

5 结 语

在长河坝水电站的混凝土盖板施工中，有轨液压爬模的应用成功解决了常规无轨滑膜牵引动力安设困难等问题。与常规模板施工相比，有轨液压爬模有效缩短了边坡混凝土浇筑的直线工期，避免了两岸边坡混凝土浇筑迟缓而影响到大坝坝体填筑施工作业，更符合当今优质快速施工的行业趋势，其在水利水电工程中的应用促进了大坝的边坡混凝土施工朝着机械化、自动化方向发展，应用价值高，可以为现代高堆石坝边坡混凝土盖板施工提供一定参考。