組合拼裝式懸臂模板技術

□郭海濤（河南省水利第一工程局）

組合拼裝式懸臂模板技術

□郭海濤（河南省水利第一工程局）

禹門河水庫碾壓混凝土壩工程施工中，對常用模板技術進行創新，由1.2m×2.1m單塊組合拼裝后，形成一種新型的模板技術——組合拼裝式懸臂模板技術。該技術在大壩軸線的垂直面、大壩下游1:0.75斜坡面的大體積碾壓混凝土以及常態混凝土施工中得到廣泛應用，并取得了很好的效果。現將此技術作簡單介紹，以利于推廣及應用。

碾壓混凝土壩；組合拼裝；懸臂模板；施工技術

一、禹門河水庫工程概況

禹門河反調節水庫位于河南省洛寧縣興華鄉禹門河村，黃河一級支流洛河干流上。作為上游已建龍頭水庫故縣水庫的反調節水庫，主要用來消除故縣電站調峰運用對下游梯級電站工農業用水的不利影響，兼顧發電。工程總庫容2810萬m3，主要建筑物由大壩、電站組成，本工程規模屬于Ⅲ等工程，大壩為三級建筑物，電站廠房為四級建筑物。

大壩工程：由擋水建筑物、泄水建筑物和發電引水建筑物組成。壩頂高程為425.6 m，最大壩高59.5 m；壩頂長度213.5 m，最大壩底寬49.4 m，壩頂寬5.0 m。壩體為碾壓混凝土重力壩。

電站工程：由發電引水系統和電站主、副廠房及尾水渠等組成；電站裝機3臺，單機容量3.5 MW，總裝機容量10.5 MW；引水管道為內徑2400 mm鋼管。

工程主要工程量為：土石方開挖42.5萬m3，混凝土19.7萬m3，其中碾壓混凝土13.1萬m3，鋼筋制安1344 t。

二、組合拼裝式懸臂模板的設計

（一）受力分析及安全穩定性驗算

模板及其支架應具有足夠的強度、剛度和穩定性，以保證其支承作用。在設計模板結構時，考慮以下荷載及其組合。

1.設計荷載

（1）模板及其支架的自身重力根據設計確定，經計算可知38.5 kg/m2，即 0.38 kN/m2。

（2）新澆筑的混凝土的重力按2.5 t/m3計，即24.5 kN/m2（混凝土按1 m寬計）。

（3）鋼筋和預埋件的重力根據設計的施工圖確定；一般鋼筋混凝土，鋼筋重量按100 kg/m3計，即0.98 kN/m2（混凝土按1 m寬計）。

（4）施工人員和機具設備的重力。按均布荷載2.5 kN/m2計算。

（5）振搗混凝土時產生的荷載按照1 kN/m2計。

（6）新澆筑的混凝土的側壓力。新澆筑的混凝土的側壓力是側面模板承受的主要荷載。側壓力的大小與澆筑速度、澆筑溫度、坍落度、入倉振搗方式及模板變形性能等因素有關。在這里以氣溫20℃，混凝土澆筑速度以0.5 m/h計，最大側壓力PM值為23.52 kPa。

（7）新澆混凝土的浮托力。

（8）傾倒混凝土時產生的荷載：根據容器容量不同取值，取6 kN/m2。

（9）風荷載及其它荷載。

2.荷載組合及剛度穩定性驗算

（1）荷載組合

禹門河水庫工程所使用的懸臂模板，主要用于大壩上游面（垂直面）和大壩下游的1:0.75的坡面。因整體大壩是碾壓混凝土，靠近模板的邊緣是30～50 cm的變態混凝土。另外在常態混凝土施工中，也利用此懸臂模板，作為墻體及其它部位的側模板。

因此在計算模板的強度和剛度時，按上述的（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（8）荷載組合，計算承載能力和驗算剛度。

（2）受載能力計算

承載能力（計算承載能力時考慮上述荷載組合，荷載為35.36 kN/m2）。

計算模板拉桿承受的拉力為：F＝P·A＝35.36 kN/m2×1.2 m×2.1 m＝89.1 kN；

兩根拉桿共同承擔89.1 kN的拉力，故：每根承受的拉力為89.1/2＝44.55 kN；

所采用模板拉桿型號為Φ20，材質為普通碳素鋼Q 235，

故，求得拉伸應力為：δ＝44.55 kN/π（0.01 m）2＝101×106 Pa＝140 MPa

普通碳素鋼Q 235的屈服應力δs（216～235 MPa），這里取δs＝216 MPa

所以安全系數n=δs/δ=216/140＝1.54≥1，滿足需要。

剛度驗算：驗算剛度時考慮側壓力，23.52 kN/m2。

因鋼模為大面積受力體，采取積分法求其慣性矩I、最大撓度ωmax；

=0.29 mm<1.5 mm（鋼模允許撓度為1.5 mm），故剛度滿足需要。

由工程實踐證明：此懸臂模板系統滿足施工要求的模板的強度和剛度。

（二）組合拼裝式懸臂模板的結構組成及工作原理

1.組合拼裝式懸臂模板的結構組成

該模板技術主要是由單個單元模板體經過鋼管和連接裝置拼裝而成。每個單元模板體又主要由模板支撐系統、面層鋼模板兩部分構成，如圖1。

圖1 單元模板體構成圖

每個模板單元體的支撐系統有兩個相同的組件分別支撐在模板的離邊緣50 cm處，組件組成如圖2。

圖2 模板支撐系統圖

豎桿1和豎桿2為槽鋼，其它支撐為角鋼，搭接板用鋼板，豎桿2中部割孔，通過‘U’型卡與面層鋼模板連接，兩個組件再通過鋼管連接，這樣鋼管、面層模板和兩個支撐組件共同形成一個單元模板體。

面層模板如圖3所示。

圖3 面層模板圖

面層模板在與支撐系統的組件豎桿2相同位置開孔，再由下圖連接系統中爬行錐穿過，共同與已澆筑凝固的混凝土連接固定。

圖4 混凝土連接系統圖

每個模板體之間再分別通過調節螺絲、鋼管、模板相互連接，最終形成能夠在左右和上下方向上延伸的整體，如圖5。

圖5 橫板體連接示意圖

2.組合拼裝式懸臂模板的工作原理

施工中，由每個單元模板體橫向拼接成第一層模板，并按常規加固方法加固模板，澆筑第一層混凝土時預埋錨拉筋。澆筑完第一層混凝土并達到一定強度后，向上拼裝上一層模板（第二層），通過調節螺絲調整模板的邊線，使符合設計要求。由于第一層模板通過錨拉筋與已澆筑混凝土形成一個整體，這樣，上一層模板與第一層連接后，等于第一層模板的延伸，延伸的上一層自身具有剛度，等于第二層模板已加固。第二層混凝土澆筑后，第一層模板就可拆除翻轉到第二層上面，作為第三層模板繼續使用，形成循環。

（三）組合拼裝式懸臂模板的加工制作

表1 單塊模板面板材料用量表

表2 單個模板支撐材料用量表

模板的加工制作，有條件的可以在現場加工，也可以到專門的制造廠家定做。由于此種模板標準化、系統化程度高，可以在廠家成套成批加工制作。

表3 模板制作的允許偏差

三、組合拼裝式懸臂模板技術工藝

（一）組合拼裝式懸臂模板的安裝

模板在安裝前，進行校正，保證其面板板面平整、光潔、拼縫密合、不漏漿。新模板在使用前，首先用磨光機對模板的表面進行打磨，清除表面的銹漬、油漆；舊模板使用前，用磨光機對模板的表面和側面進行打磨，清除表面的污跡和舊混凝土及側面的雙面膠貼，使模板表面露出均勻一致的金屬光澤，接著用干凈的棉布在模板表面均勻涂上一薄層新鮮礦物油（機油），以保證混凝土的外觀質量。

1.單側懸臂模板的安裝與加固

單側懸臂模板在禹門河水庫工程施工中，主要應用在大壩軸線上游垂直面和下游1:0.75的斜坡面。由于整個大壩是碾壓混凝土，所以靠近模板的位置是變態混凝土。一方面保證混凝土的外觀質量（外露面），另外變態混凝土又作為大壩的防滲體，要求很高的內在質量和密實性。

最初層模板的安裝與加固：測量放線后，開始安裝第一層模板（在安裝前整塊連同模板支撐已拼裝好）。由于整塊較輕，采用小型吊車或其它吊裝設備，吊裝就位后，塊體之間通過“U”型卡連接。為保證模板支架之間的穩定性，用長1 m左右的鋼管把單塊模板的兩個支架和塊與塊之間支架相連接，保證模板的整體穩定性。模板接縫處用2 mm的雙面膠粘貼。

內部加固時，在老混凝土面上距離模板邊緣0.6 m左右，打設錨釘，通過焊接Φ12～Φ14與模板的錨筋相連，既起到對拉又做頂撐，保證模板的穩定性。上層模板與下層模板通過卡件相接，銷釘連接固定；上層模板的調整通過上下層的調節螺絲調整其垂直度或坡面位置。在施工中，必要時增加臨時固定支撐，防止模板傾覆。

最下層懸臂模板安裝后，即可澆筑混凝土。待混凝土強度達到一定要求時，開始進行上兩層懸臂模板的安裝和混凝土的澆筑。

上部的懸臂模板安裝時，不再需要內部的加固的支撐，主要是通過下部模板的預埋錨件與已澆筑混凝土之間粘結力錨固和預埋的爬行錐來保證上部模板的垂直度。上部懸臂模板可以一次安裝兩層2.4 m，安裝校正后，待混凝土有一定的強度（保證預埋的拉件不被上層澆筑的混凝土產生的側壓力使其位移），一般溫度在25℃時，1～2 d即可，溫度較低時，3 d左右即可開始澆筑上兩層的混凝土。這種起始安裝方式，稱之為“一帶二”，即下面一層模板的混凝土澆筑后，同時可以澆筑上面兩層模板的混凝土。

在以后上層懸臂模板安裝時，均采用“二帶二”的安裝方式。即有下部兩層模板已澆筑混凝土，上部兩層未澆筑。隨著澆筑高度的上升，下部澆筑后的模板，即可拆除翻轉到上部直接利用。特別是大壩大體積混凝土施工中，尤為方便。由于大壩碾壓混凝土施工倉面大，前面進行碾壓混凝土的施工，后面緊接著進行模板拆除和翻轉，形成流水作業。

在混凝土的澆筑過程中，安排專人根據模板外側懸掛的垂球經常檢查，若發現模板垂直度有變化，及時調整上下層模板間的連接螺絲，保證模板的垂直度。

安裝時，先將兩個支架放置好然后進行絲桿調節，使支架兩豎桿與下層模板兩豎桿對好，穿上豎桿錨釘，安裝好后再調整絲桿，使模板垂直度達到一定要求。模板安裝在前，專人安裝爬行錐及模板內側的埋件。安裝模板和上爬行錐等形成流水作業。

2.雙側懸臂模板的安裝與加固

雙側懸臂模板技術在禹門河水庫工程施工中，主要用于常態混凝土的墻體施工。在施工寬度1.5 m以下的墻體時，利用上述懸臂模板及其支架，采用對拉線代替其預埋拉件，對拉絲通過模板爬行錐的造孔位置，直接對拉，較常用的對拉絲間距大、直徑小，而且同樣不需要鋼管圍囹。

對于較厚的墻壁，可參照單側懸臂模板的施工方法進行操作。

（二）組合拼裝式懸臂模板的拆除

混凝土達到一定強度后方可進行拆除作業。一般地說，組合懸臂模板的拆除作業與安裝同時進行，即邊拆除邊安裝上層，達到下層向上層翻轉的目的。

用小型吊裝設備吊住模板背后兩支架，先將上下層模板相連的錨釘拔出，然后依次拆除爬行錐套筒和模板周邊的“U”型卡。拆除時先拆除一個爬行錐，再拆除“U”型卡（留2個），再去掉第二個爬行錐和2個U”型卡。這樣依次拆除是為了保證作業的安全穩定性。用專用工具對稱從模板兩面撬動，防止破壞混凝土的表面。當模板松動后，起吊直接進行上層模板的安裝。

四、組合拼裝式懸臂模板技術應用分析

（一）經濟效果評價

1.組合拼裝式懸臂模板以支架代替鋼管圍囹，大大減少了模板的安裝費用。組合拼裝式懸臂模板與常規模板相比，常規模板采用鋼管做圍囹和站筋，需要浪費很多的鋼管，成本加大。而組合懸臂模板的單塊模板后面都有兩個相應的支架。

2.組合拼裝式懸臂模板以單塊拼裝的形式利于安裝和拆除，提高了施工效率，大大提高了模板的周轉速度。

3.結構靈巧，便于操作，節省人力物力。

4.靈活多用，應用范圍廣，是一項值得推廣的先進模板技術。

（二）實用效果評價

1.組合拼裝式懸臂模板校正方便，有利于保證模板的垂直度，保證了建筑物結構尺寸，混凝土外觀質量良好。

2.組合拼裝式懸臂模板具有很好的剛度和強度，能夠抵御多種組合荷載的沖擊，尤其是在澆筑變態混凝土采用高頻振搗器時，模板不跑模變形，保證了混凝土的密實性，提高了混凝土的內在質量。

（三）改進建議

1.適當加大單塊模板的面積和加大支撐，來提高混凝土的施工速度。

2.在單塊模板的支架上，增設輕型鋼腳手板，方便人員安裝和拆除模板作業，增加作業人員安全性。

3.模板與模板之間的水平縫處理方面，建設采用小型“V”型鋼條在靠近模板內側把水平縫扣上，以避免模板漏漿，另外模板拆除后，模板縫整齊美觀。

2011-01-25