预制混凝土模板在清油河大坝悬挑结构施工中的应用

2023-07-28董秋绒

陕西水利 2023年7期

董秋绒

（中国水电建设集团十五工程局有限公司,陕西西安 710065）

1 工程概况

清油河水库枢纽工程是一座拟修建在清油河干流上游的商洛市重点水源工程,属Ⅳ等小（1）型工程。枢纽主要建筑物为重力式碾压混凝土坝和库区淹没公路；重力式碾压混凝土坝,总库容983 万m3。水库大坝坝型为碾压砼重力坝,由碾压混凝土坝身、开敞式溢流表孔、泄洪排沙底孔及引水管等组成。

溢流表孔布设在坝体中部的7#和8#坝段,垂直于坝轴线布置,桩号为坝右0+160~坝右0+193,总长33 m。溢流坝段共布设3 孔,单孔净宽7 m,总溢流宽度21 m。溢流堰顶高程645 m,挑流鼻坎高程611 m,悬挑部位砼采用钢筋砼预制模板浇筑。

2 悬挑结构施工难点及常见施工方法

2.1 悬挑结构施工难点

（1）清油河大坝设计悬挑结构均位于坝轴线的上游部位,总高度14 m,高程627.5 m~641.5 m 采用预制钢筋砼悬挑模板,分10 层模板,每层高度1.43 m,上游面斜长1.6 m,与坝体砼同仓浇筑,浇筑完成后预制钢筋砼模板不予拆除。大坝坝体结构以外属于高空悬挑结构,跨度难度大,悬空的距离高,如何保证施工安全是施工的难点。

（2）清油河大坝设计悬挑部位均属水工钢筋混凝土承重结构,需承载上部结构物的重力荷载,而悬挑部位钢筋混凝土施工荷载大,如果按常规施工方法模板支撑体系是施工的难点。

2.2 悬挑结构常见施工方法

（1）常规模板的施工方法是搭设满堂架支撑,搭设方法比较简单,因此可布设在悬空高度小、施工作业面宽阔的作业场地。对于悬空高度大、场地局限性大及工期紧张的作业面,它存在材料消耗量大、人工费时费力、施工进度慢等问题,所以进行必要的技术经济性方案比对优选方案实施综合评选是可行的方案,从而确保工程质量优良。

（2）在高空作业中,对悬挑部位以下的支撑体系采用悬挑式脚手架相比现在悬挑式脚手架在设计计算理论方面还有些不足之处。以前现场施工技术人员通过自己多年来总结的经验对悬挑脚手架计算进行理论推演,未通过现场实地考察,存在施工中材料消耗、技术人员操作不熟悉、施工方法的简单、环境及荷载变化等诸多问题的影响,所以要进行荷载较大的悬空结构采用悬挑式脚手架要进行多方理论计算方可确保施工正常。

3 预制钢筋混凝土模板方案的选取

根据工程大坝悬挑部位结构特点通过对搭设满堂支架支撑常规模板工艺与预制钢筋混凝土模板方案进行比选,选择预制钢筋混凝土模板施工方案有如下优点：

（1）采用预制混凝土模板作为浇筑混凝土支撑,既解决了钢模板的安装,又节省了满堂支撑架的搭设,既加快了施工工期,又保障了混凝土浇筑稳定性。

（2）清油河水库工程溢流坝段悬挑部位混凝土浇筑,与坝体混凝土浇筑同步进行,若采用满堂支撑架,总费用12.7 万元。若采用预制混凝土模板施工,需要预制3 m×1.6 m×0.12 m 钢筋混凝土模板77 块,费用7.5 万元。节约费用5.2 万元。

（3）满堂架及悬挑部位模板的搭设加固,需要等到坝体达到悬挑部位高程,并拆除坝体模板后进行,需要搭设平均高28 m 的满堂架6800 m3和370 m2的钢模板,采用预制混凝土悬挑模板施工,则可以节省满堂架及钢模板搭设工期28天。

（4）上下游侧悬挑出坝体部分的底面模板是将预制成型的钢筋混凝土模板在施工作业面拼装后采用内拉固定不需要外部支撑体,模板也不用拆除,因此在浇筑完大坝混凝土后无需拆除而且也不占用坝体结构部分,相对于一般方法按照先搭设承重脚手架,再安装钢木模板,最后浇筑混凝土后拆除模板和脚手架等方案,最大限度避免和消除高空搭设脚手架时将存在的安全隐患。

（5）施工中绘制三维立体图的目的是提前查找出悬挑部位与坝体的相贯线,从而对钢筋混凝土模板预制进行现场拼装,经过多次拼装结果表明模板与坝体之间拼缝严密,结构尺寸符合标准规范要求,外观能够达到规范要求。通过在技术、安全等方面对比,预制钢筋混凝土模板方案相对于满堂支架搭设一般模板方法优点多,最终选择预制钢筋混凝土模板方案对大坝悬挑部位进行施工。

4 悬挑模板结构设计及受力验算

4.1 悬挑模板结构设计

以钢筋混凝土预制板作为混凝土浇筑模板,采用拉锚钢筋将模板与预埋在主体结构中的工字钢连接,用以锚固模板,进行混凝土浇筑,浇筑完成后,混凝土预制模板不予拆除,成为结构体的一部分。悬挑结构预制混凝土模板,只要模板有可以锚固的结构,均可适用。模板具体结构形式为钢筋混凝土板,四周采用角钢包边,板中配置钢筋,并预埋拉锚筋,混凝土板厚度、配筋拉锚间距等参数,根据实际情况灵活设计。预制模板采用汽车吊或塔式起重机安装。

（1）溢流坝段总长33 m,按3 m 长度制作模板,每层共需11 块,每块模板制作2.99 m。悬挑模板采用C25 钢筋混凝土预制板,每块尺寸为长×宽×厚=1.6 m×2.99 m×0.12 m,板中配筋为C12 热轧带肋钢筋,间排距10 cm,钢筋端头与角钢点焊连接。

（2）混凝土板外侧四周埋设12 号角钢包边,在短边一侧埋设12 号角钢接缝,接缝角钢一半埋入混凝土与钢筋网焊接牢固,另一半留5 cm 外露,作为上层模板的支撑,永久外露的角钢喷涂防锈漆。

（3）预制模板内预埋φ12 热轧光圆锚筋。锚筋勾上板内钢筋网,长度30 cm,布置间排距0.7 m。锚筋外露部分与拉锚筋双面焊接,并焊接连接在预埋的20 a 工字钢上。预制板内预埋4 个φ12 热轧光圆吊环。详细结构见图1。

图1 悬挑模板详细结构图

4.2 悬挑模板受力验算

（1）预制模板自重

悬挑模板自重：2.5×0.12×1.6×2.99=1.44 t。

（2）坝体混凝土重量

悬挑模板上部混凝土重量：2.4×0.716×1.431×0.5×3=3.7 t

（3）受力分析

模板承受的重量为1.44+3.7=5.14 t,分解为垂直于模板的力为5.14×0.716/1.431=2.57 t。每块模板15 根拉锚,单个拉锚承受的力为2.57/15=0.17 t=1680 N。φ12 热轧光圆钢筋单根抗拉力为300×3.14×62=3912 N ＞1560 N,满足要求。

5 施工方法

（1）模板预制

悬挑模板在预制场预制浇筑。预制场基础采用C15 混凝土整平硬化,预制场底模采用3 m×3 m 钢模板拼接,平整度满足要求,在浇筑混凝土前涂刷油脂等脱模剂。钢筋及预埋角钢、吊环在加工厂加工成型,采用10 t 载重汽车运输至预制场安装,模板采用定型钢模板。C25 混凝土在拌和站集中拌制,10 m3混凝土搅拌运输车运输至预制场,采用平板振捣器振捣,表面拉毛处理。浇筑完成后及时采用土工布覆盖洒水养护28 天。

悬挑模板强度达到75%时可以移动堆存,达到100%时方可调运安装。预制模板在分层堆存时,层间采用方木支撑。

（2）模板安装

悬挑模板预制混凝土强度达到100%时,采用40 t 平板车运输,运输时采用方木固定牢靠。预制模板在下层混凝土浇筑完成后,再进行上一层模板安装,不合格的模板不得进场安装。每块模板重量4.8 t,采用25 t 吊车安装,人工配合。模板吊装就位后,采用φ12 光圆拉锚筋焊接连接吊环与预埋在坝体内的工字钢。安装时采用全站仪检查校正,平整度需满足规范及设计要求。

预制模板采用预埋在混凝土坝体内的工字钢拉锚固定,工字钢插入下层坝体0.5 m,顶部高出本次混凝土浇筑面0.1 m,工字钢顶部与下层工字钢顶部采用C16 热轧带肋钢筋焊接连接。预制模板与工字钢采用φ12 光圆拉锚筋焊接。工字钢距离预制模板底部1 m,工字钢布置间距1.43 m。模板安装结构图见图2。

图2 模板安装结构图

（3）预制悬挑部位混凝土的入仓浇筑

大坝设计悬挑部位都在坝轴线的上游侧,每层混凝土浇筑前,对基础面进行冲毛、清洗,按设计要求铺设C20@20钢筋网。混凝土由拌和站集中拌制,混凝土搅拌运输车或其他设备运输至工作面后,按摊铺厚度50 cm,采用φ100插入式振捣器振捣。本层混凝土浇筑完成后,混凝土强度达到2.5 MPa 以上后,进行下一层施工,施工时与大坝混凝土浇筑分开,单独作为一个作业面与大坝碾压混凝土工序相错开,做到同步施工。

为解决混凝土浇筑入仓困难问题,将一台CAT320C 反铲进行改装,配备了臂长18 m、斗容0.4 m3的加长臂,同时补加适当的配重进行悬挑部位常态混凝土入仓浇筑。经现场实地应用,其使用效率高且方便灵活,解决了入仓难题。