新型模板连接及拆除装置在水下挡墙工程中的应用

杜 璐

(中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071)

渠江重庆段航道整治工程位于川渝交界处的渠江丹溪口，包括整治、疏浚工程和护岸工程，主体为1 175 m长护岸工程，护脚采用C20水下素混凝土结构。挡墙分段长度为5～10 m，最大尺寸为10 m×5 m×10 m(长×宽×高)，共分为163段。挡墙最大高度10 m，露出水面部分为200 mm。本项目护岸工程典型断面结构见图1。

图1 护岸工程典型断面(尺寸：mm；高程：m)

针对传统的大型护岸水下混凝土施工，有围堰干施工法、混凝土套箱法、不拆模水下钢模板以及预制安装法。本项目位于分汊河道内，距岸较远，受施工成本和航道条件所限，传统工艺均不适用。通过参考建筑施工模板安全技术规范及相关文献，从模板设计、水下模板连接、安装、拆除和吊装全过程进行了设计优化，应用多功能吊具实现了水上模板的整体吊装和拆除。

1 模板设计方案

1.1 方案比选

方案1(原设计)：采用不拆卸钢套箱模板，可避免水下拆模，降低施工难度，需要投入118段长度为10～15 m、总质量约1 213 t的钢模板，一次性投入量大，成本较高。分段挡墙尺寸见表1。

表1 分段挡墙尺寸

方案2：根据挡墙的不同宽度设计加工宽度分别为2.5、3.0、4.0、4.7和5.0 m的模板，为保证施工进度，配置模板数量多，不同宽度挡墙衔接位置施工难度较大。模板配置见表2。

表2 模板配置

方案3：设计一种可组装式模板，在方便水下拆除的同时，模板还能够改装进行重复利用，以适应不同尺寸的挡墙浇筑，见表3。本方案能够明显减少模板配置数量，但需要尽量统一挡墙宽度，模板设计加工难度大，拼接处易发生变形。同时挡墙宽度统一后将增加混凝土量，成本将有所增加。

表3 组合式模板配置

根据比选，方案3挡墙宽度统一增加的成本小于方案2模板加工的成本，方案3通过对模板组装和拆卸方式进行优化，可以提高模板施工效率，优于方案1。因此，选择方案3作为本工程设计方案。

1.2 工艺原理

本工程挡墙采用总长1 175 m，采用无底式钢套箱模板浇筑而成。先间隔10 m浇筑两个5 m独立墩，拆模后利用两端独立墩作为模板，用两块钢膜将另外两侧封闭后，再浇筑中间段夹模，从而实现挡墙的连续浇筑成型，见图2。

图2 挡墙浇筑

1.2.1模板连接装置

5 m独立墩模板通过在模板四周安装丁字型拉条实现模板连接锚固，采用直径50 mm精轧螺纹钢作为旋转式拉条将螺栓拧松后水下旋转45°即可实现模板的拆除，从而降低潜水员水下作业量和施工难度，见图3a)。

10 m夹模模板采用3段式拉条代替传统整体拉条，其采用套筒在模板内连接，模板拆除过程中，只需分别将模板外侧小段拉条拆除即可，减小了水下拉条拆除难度，提高了模板水下拆除效率，见图3b)。

图3 模板连接装置

1.2.2组合式多功能吊具

通过改进吊具两端与模板吊点连接基座的连接方式，以模板上的吊点基座为支撑点，吊具为连接杆件，连接器为受力杆件，在吊具槽钢上设置可移动活动槽，通过旋转连接器，实现模板的拆卸，见图4。

图4 组合式多功能吊具

2 工艺流程

水下挡墙模板施工工艺流程见图5。

图5 水下挡墙模板施工工艺流程

3 施工要点

3.1 模板设计

由于水上起重能力有限，考虑施工便捷性，设计可整体拆除、安装的钢套箱模板[2]，单套模板质量不超过35 t。针对不同高度和宽度的挡墙，模板尺寸可由5 m×4 m×6.8 m改装为5 m×5 m×10 m，实现重复利用。5 m独立墩模板四角采用旋转式拉条连接，10 m夹模采用3段式拉条连接，为提升自稳性，在其底部设置25 cm宽压脚[3]，经结构验算[4]可知满足稳定性要求，见图6。

图6 钢套箱模板

3.2 吊具设计

考虑与模板连接的稳定性和吊装方便，设计了井字形5 m独立墩[5]专用吊具(图7)，与模板8点连接，4点吊装；10 m夹模吊具采用6点连接，4点吊装。采用丝杆连接，吊具同时可作为模板顶部连接加强部分和作业平台。

图7 5 m独立墩吊具

3.3 模板安装

由于挡墙顶露出水面，吊装的同时需进行打磨。5 m独立墩整体吊装至平板船后加固螺栓；10 m夹模在吊装的同时，在挡墙上安装逐层安装拉杆，拉杆一侧拧紧，另一侧固定即可。模板安装到位后，由潜水员对模板与底部基槽进行堵漏[6]。

3.4 水下拉杆拆除

混凝土浇筑成型、待其强度达到拆模要求后，潜水员将5 m模板四周丁字拉条螺栓外侧旋转脱离卡槽，拉条采用直径较大的精轧螺纹杆，可水下单人拆除；10 m夹模模板采用3段式拉条固定，拆模时，潜水员将模板外侧拉杆两端拆除即可。

3.5 模板顶松及吊装

模板吊装前先检查水下拉杆是否全部拆除完成；人工旋转顶层吊具与模板的连接器，将模板向外顶松，可以防止模板拆卸破坏挡墙棱角，然后整体吊装出水；5 m独立墩需吊装至平板船将丁字拉条安装到位，10 m夹模可直接吊装至下一处挡墙浇筑位置进行安装。

4 结论

1)发明了一种适应于水下作业条件的模板连接装置，解决了水下作业模板拆除难、工效低的难题，1套5 m独立墩模板配备2名潜水员耗时约2.5 h可完成模板拆卸，实现了模板水下高效拆除。

2)发明了一种集模板拆除、吊装功能于一体的多功能组合吊具，模板与吊具通过连接器进行固定，实现了模板整体吊装、整体拆除。

3)潜水作业时间减少50%，吊装作业量减少75%，降低了作业安全风险。

4)水下新型模板连接装置和拆除装置的应用将模板周转效率提高到3 d/次，提高了模板利用率。配备3套5 m独立墩模板和2套10 m夹模模板，一个作业面每月预计可完成约180 m水下混凝土挡墙施工，施工效率明显提升。

5)根据初步估计，相比原设计不拆模方案，可节约模板约1 000 t。