可变半径弧形面板混凝土滑模施工技术分析

刘 斌 刘 伟 王帅兵

（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710024）

0 引言

抽水蓄能电站具有设备寿命长、储能规模大、转换效率高、技术成熟、清洁环保等特点，更适宜大规模开发，有效助力“碳达峰”“碳中和”目标的实现[1]。抽水蓄能电站堆石坝面板对混凝土结构的抗裂能力、抗挤压性能等都有较高的要求，采用滑模施工可以有效保证施工连续进行，由于不需要进行施工缝的设置，面板结构的完整性以及平滑性可提供可靠的保证，且具有施工工期短、成本低以及效率比较高等优势，在建筑工程领域应用非常广泛[2-4]。现阶段，滑模施工多为直面或规则弧形混凝土面板施工，但对于曲率及圆弧均随着高度变化的可变半径弧形面板应用较少，原因是这种情况的施工难度较大。

在依托阜康抽水蓄能电站项目中，研制适用于曲率及圆弧渐变弧形面板混凝土滑模施工技术，实现曲率及圆弧渐变弧形面板高效、便捷化施工，提高施工效率，缩短工期，节约模板制作成本。本文就该施工技术进行分析。

1 工程概况

阜康抽水蓄能电站上水库挡水建筑物为混凝土面板堆石坝，坝顶高程2275.0m，最大坝高133m，坝顶长442m，坝顶宽10m，上游坝坡1∶1.4，坝后设任意料压坡区，设宽10m的“之”字形马道。上水库面板共计120块，曲线段共44仓，上下库为封闭库盆，库盆防渗结构常为直曲相交的混凝土面板，弧形面板占比约35%～40%。弧形面板共计10种不同曲率及圆弧，同时存在凹面和凸面弧形面板。

2 施工原理

通过建立抽水蓄能电站库盆三维实体模型，明确弧形面板体型结构，计算各区段内的弧长及弦高，通过测量放线在面板上设置面板体型样架钢筋，通过模板两侧斜向支撑调节丝杆和中间段竖向调节丝杆进行模板弧长、弦高的调整，滑升过程中不断调节模板弧长、弦高，实现凹型曲面弧和凸型曲面弧切换，从而完成面板弧长与曲率随高度变化的弧形面板混凝土滑模施工。

3 施工工艺

弧形面板混凝土滑膜施工工艺流程包括：可调节弧形面板滑模制作→基层清理及修整→止水砂浆铺设→乳化沥青喷涂→测量放样，布设辅助样架钢筋→钢筋与止水安装→模板布置安装→调节弦高、弧长→混凝土浇筑→拆模及养护。

3.1 可调节弧形面板滑模制作

可调节弧形面板滑模由柔性面板、背部支撑架和调节系统组成。柔性面板采用约5mm厚的钢板，宽度、长度可根据具体需要设计，面板的两端分别设置绞接段，面板背部两侧的主楞采用工字钢支撑，在饺接段面板与主面板绞接处背部设置有竖向槽钢支撑，竖向槽钢顶部与工字钢端头绞接有斜拉螺杆，竖向槽钢另一侧与工字钢之间焊接有斜向钢支撑，面板中部工字钢通过均匀间隔的竖向调节丝杆与面板连接，竖向调节丝杆处均设置有槽钢调节“井”字架，调节“井”架处设置标尺。斜向丝杆和竖向丝杆共同调节实现不同曲率和内（凹型曲面）外（凸型曲面）弧切换之间的转换，模板上设置拉结脚架（吊点），实现模板的移动。图1为外弧（凸型）曲面模板示意图，图2为内弧（凹型）曲面模板示意图。

图2 内弧（凹型）曲面模板示意图

3.2 基层清理及修整

采用全站仪对整个坡面进行检查，对于坡面起伏差超出基准线±5cm的部位用红油漆标示。对超出部分采用挤压边墙凿槽机凿除，低于基准线部分用M15砂浆修补，局部空洞、脱落部位进行凿除后，人工分层回填垫层料，分层厚度控制在20cm以内，用M15砂浆抹面施工。

3.3 止水砂浆铺设

为减少挤压墙对面板的约束，在面板垂直缝对应的挤压边墙表面部位开凿通缝，沿面板垂直缝位置将挤压边墙凿开10cm 宽的槽，用小垫层小区料回填夯实后用M15砂浆抹平，砂浆入仓采用直径20cm的半圆形PE管道作为溜槽，每3m为一段，自下而上采用铁丝连接固定。采用2m靠尺检查表面平整度是否在±5mm内。

3.4 乳化沥青喷涂

面板基础面验收合格后，挤压边墙表面喷涂乳化沥青，喷涂按照由上至下两油一砂进行。沥青用量1.8～1.9kg/m2，手持喷枪压力约1.2MPa，沥青均匀喷涂在挤压边墙表面，以临界流淌为准。采用台车在其后人工均匀抛洒砂子，砂子用量为0.002～0.003m3/m2，完成后再喷射第二遍乳化沥青。乳化沥青施工完成后应进行表面检查和破坏性试验，要求表面检查不出现龟裂和脱落现象，用力踩踏沥青涂层不破坏。

3.5 测量放样，布设辅助样架钢筋

通过三维模型与实体水库对比，确定面板型式结构，计算出各区段内的弧度和弦高。根据各区段内弧度和弦高的变化，测量放样确定弦高变化点位，根据弦高在放样点位处插入相应高度竖向钢筋，基于竖向高筋高度在顺坡向沿线均匀间隔设置三角形样架钢筋，最后在样架钢筋上架设顺坡面水平杆，以此避免由于弦高变化致使面板厚度不一致，同时减少弧形滑模在上移过程测量放样次数。

3.6 钢筋及止水安装

（1）钢筋连接方式采用绑扎搭接或焊接，接头布设应符合规范要求。钢筋安装前经测量放线控制高程和安装位置。面板布置双层钢筋，同时在周边缝、垂直缝处设U 型钢筋。钢筋安装前，按照1.8m×2.2m 网格布置插筋，插筋采用Φ22 螺纹钢，打入垫层料20cm。为保证保护层的厚度，钢筋和模板之间设置强度不低于设计强度的预埋混凝土垫块，并与钢筋扎紧。在混凝土浇筑过程中需经常检查钢筋，对安装后的钢筋进行加固，防止钢筋移位和变形。

（2）铜止水片连接采用黄铜条气焊单面双道搭接焊接，搭接长度不小于20mm，焊接时底面采用木板垫平，避免焊接时铜片变形，焊接完成后采用面团围挡进行煤油渗漏试验，检查有无渗漏。铜止水片密封焊接材料采用Φ20橡胶棒，并用聚氨酯泡沫板固定好后采用胶带封口，避免止水沿坡面下滑、变形破坏。

3.7 模板布置与安装

（1）侧模为钢木组合结构，单块长度2m，由4cm厚木板结合1.2cm胶合板组成，顶部设∠50包边，背面采用∠30背带，间距50cm一道。侧模外侧采用三角支撑架固定，三角支撑架用C22mm、L=50cm钢钎固定于固坡砂浆垫层护面上。侧模拼接采用在背带角钢开孔，U型扣件拼接。安装自下往上，采用钢筋台车运输。侧模在加工时按照设计尺寸放样加工，并在相邻两侧采用油漆进行编号，安装时确认编号连续无误后方可进行。

（2）将可调节弧形面板滑模就位，通过测量进行校模，模板要严密不漏浆，且保证混凝土浇筑过程中不变形、不发生位移。在施工过程中检查模板调整过程中连接处和面板是否有发生松动、破裂、变形等问题。

（3）滑模由25T汽车吊将滑模吊至侧模上部，然后由2台10T卷扬机牵引滑模系统将滑模移送至浇筑条块的底部后，人工将支撑轮胎翻转使滑模落降在侧模上。在坝面两侧放置2台相同的卷扬机，将其串联，分别将2台卷扬机的拖钩挂至弧形滑膜两侧的吊耳。在弧形滑模上移时，利用2台卷扬机同步提升滑模，确保弧形滑模相对于中心轴线同步提升，避免发生滑模斜移导致面板厚度不均匀。

3.8 调节弦高、弧长

根据面板的体型、弦高和弧长，调节斜向和竖向丝杆，以带动滑模面板发生曲率和弧度的变换，进而在滑升过程中控制滑模适应面板的曲率变化，完成凹型曲面弧和凸型曲面弧互相切换，从而实现面板曲率和圆弧渐变段弧形面板的滑模施工。

3.9 混凝土浇筑

混凝土浇筑前需再次对底部周边缝进行检查，清除杂物。混凝土采用罐车运输，在出机口坍落度按50～70mm 控制，仓面坍落度按30～50mm 控制，含气量按5.0%～6.0%控制。混凝土放料前，先将溜槽表面洒水润湿，湿润时将溜槽倒至仓外，严禁水进入仓内。浇筑时薄层均匀平起，每层厚度不大于25～30cm。仓面采用Ф50mm的插入式振捣器振捣，振捣器垂直插入浇筑层，落点间距不大于40cm，深度达到新浇筑层底部以下5cm，以混凝土不再显著下沉、不出现明显气泡并开始泛浆为准。靠近止水的部位，用Ф30mm软管振捣器和人工辅助振捣密实。模板滑升应“平衡、匀速、同步”，滑升速度以不出现鼓包、拉伤为原则，与浇筑强度和脱模时间相适应。滑模平均滑升速度为1.5m/h，最大滑升速度不超过2.5m/h，每次滑升距离不＞30cm。混凝土入仓后人工进行平仓，平仓结束后由人工采用软轴振捣器振捣，振完一层后，滑模上移滑动一层，模板曲率、弦高调整一次，之后下料平仓，进行下一循环施工。

3.10 拆模及养护

浇筑24h后拆除侧模，不得损坏混凝土表面，拆模后进行封面处理，包括侧模拉筋孔及接头处打磨、涂刷沥青乳液，施工时严防污染铜止水等。对接缝两侧各100cm内的混凝土用2m长直尺检查表面平整性。

混凝土出模后立即进行抹面和第一次压面，在混凝土初凝前表面泌水风干后进行第二次压面，确保混凝土表面密实、平整。在二次收面后用化纤毛毯或土工布覆盖保湿，缩小混凝土与外部湿度差，终凝后进行喷水连续养护。养护水尽可能在室外水箱放置一段时间，避免水温与室外温差过大影响混凝土养护质量，养护时间不少于90d。

4 质量控制

4.1 滑膜质量控制

（1）弧形模板必须有足够的承载能力、刚度、稳定性，保证结构各部分形状尺寸、位置正确，焊缝焊接密实，接缝处不漏浆，无“错台”，混凝土表面平整，滑模宽度控制在1.0～1.2m。部分面板宽度＞25.5m时，支撑体系应尽量采用较大规格的型钢，丝杠、绞接等位置必须采用高强钢制作，避免因强度不够出现变形。

（2）模板上升过程中，需进行跟踪测量放线，确保施工质量，每次模板弧度调节由测量人员定位复核后，应再次进行加固，确保模板偏差在规范要求之内。

（3）曲面仓面为锥体时，随着滑膜提升，仓面宽度逐渐增大或减小，混凝土仓面要根据仓面变化增加配重，避免仓面约束力太小。

4.2 混凝土质量控制

（1）混凝土自由下落高度＞2m时，应采用滑槽设置挡板等缓降措施。

（2）混凝土面板每次滑升高度控制在30cm左右，滑升速度控制在1.5～2.5m/h。

（3）模板倾角＜45°时，脱模强度为0.05～0.10MPa，脱模时间为10～15min。

（4）采用滑膜浇筑1∶1.4坝坡面板时，坍落度应控制在40～50mm。

（5）高温季节施工，尽量选择早、晚和夜间进行浇筑或利用遮阳棚，使入仓混凝土温度控制在28℃以下；雨季施工，必须时刻关注天气预报，预报无雨或小雨（降雨量＜5mm/h）时可以开仓，并在施工现场备好雨棚架、雨布等。

5 经济效益

本技术在阜康抽水蓄能电站库盆和大坝面板中成功应用，面板混凝土累计浇筑面积2.6万m2，浇筑方量1.4万m3。面板成型后表面光滑，施工缝少，面板外观质量及防渗性能好，实现不同弧形面板混凝土的滑模浇筑，使弧形面板施工安全性提高，得到了业主方一致好评。单仓混凝土浇筑时间缩短了3天，面板浇筑一天费用1.2万元，节约成本3.6万元，曲面段共44仓，共节约浇筑费用158万元，节约模板制作费用约90万元，共产生经济效益为248万元，经济效益明显。

6 结束语

阜康抽水蓄能电站实现了可变半径弧形面板混凝土滑膜施工，研制出适用于曲率、圆弧渐变弧形面板滑模施工模板，并形成相应的施工技术，保障抽水蓄能电站防渗面板质量的同时又提高了施工效率，缩短了工期，节约了制作模板成本，经济效益明显。该滑膜技术为弧面混凝土面板堆石坝施工与管理积累了一定经验，工程相关施工及管理经验可在类似工程中推广应用。