錦屏一級水電站大壩4.5m升層懸臂模板的設計與應用

劉 超

(葛洲壩多能模板公司,湖北宜昌,443002)

1 工程概況

錦屏一級水電站混凝土雙曲拱壩壩頂高程1885m,建基面高程1580m,最大壩高305m,正常蓄水位1880m,死水位1800m,拱冠梁頂厚16m,拱冠梁底厚63m,最大中心角93.12°,頂拱中心線弧長552.23m,厚高比0.207,弧高比1.811。壩體設置有25條橫縫,將大壩分為26個壩段,橫縫間距20m～25m,平均壩段寬度為22.6m,施工不設縱縫。混凝土總量約為252萬m3。

2 模板規劃

大壩為雙曲拱壩,壩體沿垂直和水平方向的曲率都在不斷變化,這就要求模板自身能夠在垂直和水平方向一定范圍內進行移動調整,才能既滿足大壩體形不斷變化的要求,又能達到模板高效周轉的使用。這是一種較為經濟合理的設計方案,參照已有的拱壩模板設計經驗,采用重型懸臂模板,以折代曲,將誤差控制在規范允許的范圍內。通過計算機作圖分析可知,大壩上游面的最大仰角為10°,位于1580m～1598m高程,最大傾角為21°,位于1871m～1885m 高程;大壩下游面的最大仰角為4°,位于1789m～1867m高程,最大傾角為19°,位于1580m～1598m高程。模板面與壩面擬合曲線偏差見表1。

表1 模板面與壩面擬合曲線偏差

垂直方向上按4.5m澆筑層高配置面板,以折代曲,考慮壩面坡度影響,模板有效使用長度變化范圍為4.5m～4.9m,故將模板高度定為4.9m。

水平方向上模板按最大寬度3.0m考慮,輔以2.7m、2.4m、2.1m模板(具體數量及尺寸以壩段配板設計為準),配合拼縫板解決曲率變化引起的“V形和倒V形開口”問題。

由于模板在豎直方向的有效使用長度是不斷變化的。則錨筋預埋孔的位置也在不斷的變化,為了同時滿足1.5m和3m的混凝土澆筑升層,在模板上開設三排錨筋預埋孔,并通過調整面板與支架間豎直方向的相對位置,來保證錨筋在混凝土中的預埋深度。澆筑3m升層時,用上面兩排預埋孔;不用的預埋錨筋孔用專用洞塞封堵,以免澆筑混凝土時漏漿。

3 模板設計

3.1 設計依據

本設計依據甲方提出的設計要求及設計資料進行,具體如下:

(1)模板適用于混凝土澆筑3m升層和4.5m升層的需要,模板寬度3m;

(2)15#壩段上下游面弧長表及豎向分縫線;

(3)錨固點與受力三角架支點的距離大于2.8m;

(4)混凝土入倉溫度為7℃;

(5)混凝土澆筑速度為3h50cm;

(6)模板變形控制在5mm以內。

3.2 混凝土側壓力

依據上述資料,新澆筑混凝土作用于模板的最大側壓力標準值為:

其中,混凝土入倉溫度t0取7℃;外加劑修正系數β1取1.2;塌落度修正系數β2取1.0。

工況一:使用在豎直面的情況下,模板受到混凝土的側壓力及自重。

工況二:使用在倒懸角度最大(81.92°)部位的情況下,模板受到混凝土的側壓力及自重。

3.3 模板設計組成說明

4.5m升層大壩懸臂模板包括面板部分、支撐部分、錨固部分和輔助部分。

圖1 錦屏電站3m×4.9m平面模板組裝圖

3.3.1 面板部分

模板面板高度為4.9m,3m×4.9m模板由一塊3.0m×1.8m、一塊3.0m×1.5m和一塊3.0m×1.6m的平面模板組拼而成,滿足甲方的技術要求和施工要求。2.7m×4.9m模板由一塊2.7m×1.8m、一塊2.7m×1.5m和一塊2.7m×1.6m的平面模板組拼而成。同樣,2.1m×4.9m模板由一塊2.1m×1.8m、一塊2.1m×1.5m和一塊2.1m×1.6m的平面模板組拼而成。

面板的工作面采用δ=5mm熱軋鋼板,面板零部件制作見平面模板裝配圖(圖1)。兩塊面板通過M16×45螺栓進行連接,豎圍令與面板通過D15加長鉤頭螺栓裝配,組成面積較大的模板單元。各模板單元間通過U型卡相連。

3.3.2 支撐部分

支撐部分選用D22K-G支架、豎圍令、軸桿、連接模件、懸桿及旋入架等部件。各部件由軸銷和螺栓連為一體,通過錨固部分的約束和吊車的配合,可使員工安全、便捷地完成模板作業。D22K-G支架主要由[16a的水平架、[14a的豎直桿和斜桿組成。豎圍令由[20組裝焊接而成。

3.3.3 錨固部分

錨固部分包括爬升錐、B7螺栓、預埋錨筋及密封殼。其中,預埋錨筋和密封殼為一次性消耗件,每套模板每澆筑層高需消耗兩套消耗件,其它部件為重復使用件。模板組裝成套后,錨固部分的埋置位置,將控制(或約束)混凝土的澆筑層高。該部分是重要的受力部件,施工中應予以足夠的重視。由于此次模板要求澆筑升層比較高(4.5m),并考慮到澆筑大壩上下游面一些倒懸角度較大的部位,故選用M52×5的10.9級高強螺栓及其配套的定位錐等錨固部件。

3.3.4 輔助部分

輔助部分主要有鋼板網工作平臺、組裝鋼管、組裝扣件等部件,通過螺栓與支撐部分連為一體,組成穩固的空間受力桁架。上、中、下三層工作平臺,可為清理修整模板面板、調整模板、安裝配件、修整混凝土表面及混凝土施工作業提供足夠的安全作業空間。

4 實施效果

以上設計的4.5m升層懸臂大壩模板在錦屏一級水電站大壩施工過程中應用非常成功,各種施工難題均得到了有效的解決,并且在施工過程中還發現4.5m升層懸臂大壩模板的很多優點:

(1)施工速度快。立模、拆模速度快,組拼簡單,操作簡便、快捷;

(2)表面成形質量高。由于采用大面積鋼模板,混凝土面分縫少,表面平整度高,外觀質量高;

(3)安全。模板采用鋼板網平臺,作業空間非常安全;錨固系統安全可靠,承載能力大。

5 結語

我國懸臂大模板的應用已經比較成熟,并且具有快速、經濟、方便的特點,可作為目前水利水電工程大體積混凝土結構施工的首選;但隨著結構部位的復雜多樣,施工技術的不斷提高,模板的要求也越來越高,模板設計的突破、改進、優化工作必不可少。此次模板施工,已將混凝土澆筑的升層高度由以往的3m提升到了4.5m,給混凝土澆筑技術帶來一次重大的飛躍。