水電站拱壩懸臂結構懸挑支模技術方案淺析

常耀華 米清文

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

水電站拱壩懸臂結構懸挑支模技術方案淺析

常耀華 米清文

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川成都 610081)

介紹了水電站拱壩懸臂部位立模的多種方案,比較有代表性的如溪洛渡、構皮灘和錦屏工程。溪洛渡與構皮灘的懸臂結構部位立模方案大部分一致,在導流底孔下游懸臂部位采用預制模板,在底孔、深孔懸臂倒懸部位采用外撐、內拉的立模方式;錦屏工程在導流底孔懸臂采用了爬升大模板,其他壩身泄流孔洞倒懸部位采用內拉立模方式,取得了成功,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

水電站大壩 泄流孔洞 懸臂結構 倒懸模板 立模技術 淺析

1 概述

水電站拱壩由于壩身布置泄流孔洞及工作閘門、檢修閘門等,所有拱壩孔口壩段壩體布置有很多懸臂結構,這些懸臂結構有的懸挑長度達到了20余米,有的懸臂坡度緩,接近1:1.3。懸臂結構混凝土施工的難點在于高空作業,下部支撐難于布置,模板受力大,安裝和拆除困難,風險大。且拱壩孔口部位較多,懸臂結構尺寸不一,難于實現模板和支模方式標準化。懸臂結構不但承擔非常復雜的設計荷載,而且要承擔較大的施工荷載,保證懸臂結構施工過程中的模板穩定、安全是保證施工質量、施工安全和結構安全的主要因素,是施工方案設計最需關注和專門設計的部分。

2 水電站壩體懸臂結構支模方案分類

在懸臂體的混凝土澆筑施工中,一般采用兩種方式固定澆筑倉。一種采用下部支撐法,這種方式適用于懸臂體位置距離支撐基礎高差較小的情況。此時,所需的支撐桿件相對來說較少,較經濟,而且支撐在固定基礎上有利于支撐體系的安全;一種是懸挑方式,對于懸臂體較高的情況,難以采用下部支撐法,適合采用懸挑方式。因懸挑結構簡單,方便加工和安裝,減少成本,此外連接點數量少,可降低出現問題的概率。對比國內同類水電站大壩工程懸臂結構,懸挑方式支模主要有預埋鋼桁架外撐式模板、懸臂爬升模板、混凝土預制模板和內拉式模板等支模方式。

圖1 溪洛渡水電站拱壩牛腿外撐支模方式

3 水電站壩體懸臂結構懸挑支模方式分析

3.1 預埋鋼桁架外撐支模方式

懸臂結構施工模板采用外撐裝配式鋼結構模板,該模板在懸臂底部相應位置按0.75米間距預埋錨固件,然后安裝角架形成施工平臺,在施工平臺上安裝符合懸臂結構體形的鋼桁架結構,再在其上設置圍柃后安裝小鋼模面板。外撐式模板三角架及桁架均在加工廠加工成型后運輸至倉內,采用汽車吊吊裝,待懸臂結構混凝土施工完畢后,先用人工將小鋼模面板及圍柃拆除,再用卷揚機配合汽車吊將鋼桁架及三角架拆除。詳見圖1。

外撐裝配式鋼結構模板與傳統的內拉式散模相比,取消了模板內拉筋及支撐立柱,減少了對混凝土澆筑的干擾,每層模板均設置有操作平臺,在模板拆除時安全快捷。這種模板支撐方式,在溪洛渡、構皮灘水電站拱壩均有采用,其安全系數較大、可靠性高、施工規范、現場作業量少,后期缺陷處理工程量較少,支模系統整體性好,作業安全。在懸臂坡度緩的情況下可以和內拉支模方式結合使用。

但這種支模方式存在不足:一次性投入量大,成本高;拆除需要采取專門措施;采用吊車鋼桁架拆除時,下部桁架搬動幅度太大,可能造成設備傾覆,安全隱患大;制作、安裝桁架復雜,耗時多;由于桁架重量大,本身的重量會增加錨筋尺寸和桁架構件尺寸等。

圖2 錦屏水電站3.0m升層大倒懸液壓自爬模板爬升支模

3.2 懸臂爬升模板

懸臂爬升模板基本原理是將大壩模板作為承受混凝土自重、側壓力以及施工荷載的主要受力構件,自動爬架為壩模爬升提供動力,自動爬架爬升的同時帶動大壩模板爬架上升并依靠導軌為壩模自動重新就位。倉內不設內拉條,所有荷載均由大壩模板承擔。其支模方式在錦屏一級右岸大壩4#導流底孔下游牛腿結構寬度為16.2米,結構高度約30米,倒懸角度54.50°,坡度約1:0.713,牛腿澆筑分層按照3米升層施工中成功運用。詳見圖2。

這種模板方式技術先進,具有創新性,模板安裝現場作業量少,能保證混凝土外觀質量,作業安全性高,較外撐模板的方式其更加科學。但首層需采用內拉支模方式進行澆筑,同時需設計專門的爬升模板,一般需專業模板廠家設計加工,模板周轉次數少,費效比低,系統復雜,操作不夠簡便,對于懸臂坡度變化要進行專門校核。

圖3 構皮灘水電站拱壩牛腿預制模板支模

3.3 混凝土預制模板

預制混凝土牛腿模板,是一種古老的懸臂結構支模方式,在過去經常采用,目前的施工組織設計專著里仍有介紹。構皮灘水電站拱壩的表孔、中孔、底孔進水口倒懸由于高度小,坡度陡,采用了改良的混凝土預制模板。預制模板在混凝土預制廠預制,工廠化作業,預制件的模板采用定型化的組裝模塊。

安裝前按施工縫要求處理下層混凝土面,鋪砂漿找平墊實,以保證模板穩固及與下層混凝土牢固結合。按施工詳圖將預制混凝土模板安裝在指定的位置上,精確就位,確保預制模板的外露面,特別是接縫處的平整美觀;然后用砂漿封填預制混凝土模板之間及預制混凝土與建筑物間的縫隙。預制混凝土模板往往作為結構混凝土的一部分,不再拆除。詳見圖3。

預制模板具有立?？焖?、能夠保證外觀質量的特點,但其制作精度要求較高,相對現立模板成本高,且其對于混凝土內部裂縫、滲水點的判斷分析處理難度大。一般情況下,為了處理滲水點、裂縫,很多工程已不允許采用預制模板。同時預制混凝土面板可能跟面層鋼筋有一定沖突,需要修改面層鋼筋的布置。

3.4 內拉式支模方式

懸臂結構倒懸部分采用內拉式支模方式是一種常見的支模方式,其包括前置拉筋、懸挑支撐體系(鋼構架)、后置拉筋三部分,通過前后拉筋將模板承擔的混凝土壓力轉換為支撐構件的壓力。一般在下層澆筑倉面先預埋承壓立柱構件,前置拉筋連接模板圍囹和立柱,后置拉筋連接承壓構件和預埋在混凝土里面的插筋,立柱與模板圍檁之間的拉筋和倉面立柱與埋設在倉內混凝土錨筋之間的拉筋中間均設置有可調節伸縮的法藍螺栓,以便調整模板規格,收緊拉筋。法藍螺栓均進行專項結構設計,制作好的法藍螺栓驗收合格后才能使用。拉筋直徑及其與立柱的連接角度、立柱材料和規格也需進行專門的結構設計,其穩定性要滿足要求。這種支模方式一般采用的是散裝鋼模板,模板外圍囹較密,前置拉筋與圍囹采用雙蝴蝶扣和雙螺帽,或者設計專門的卡具。

一般立柱與拉筋對應,不考慮受側向拉力。為增加系統整體性,在立柱間再設置橫向聯系筋。這種支模方式,構件加工簡單,安裝基本不用機械,易于操作,成本不高,立模速度較快,實踐證明其具有高度的可靠性,能夠保證施工安全及后期缺陷處理的需要。適用范圍較廣,可以和外撐結構聯合作用用于倒懸坡度較緩的情況。主要缺點就是計算復雜,一般采用結構力學軟件計算后還要進行人工計算進行復核,節點焊接質量要求嚴格,現場焊接工程量大,拉筋和立柱埋入混凝土中不能回收,材料消耗多,模板圍囹設置較多,拉模筋要采用雙螺帽。其后置拉筋延伸較遠,對倉面機械化施工有較大干擾。該支模方式在錦屏一級拱壩壩體各孔口上下游懸臂牛腿施工中得到了成功運用。詳見圖4。

圖4 錦屏水電站拱壩表孔下游牛腿倒懸內拉式支模

4 實施效果及結論

拱壩孔口懸臂倒懸部位施工是拱壩施工的難點,主要體現在倒懸部位的立模上,采用內拉式支模,雖然受力計算比較復雜,但其操作簡便,易于加工,與周邊備倉作業互不干擾的優點,施工備倉速度較快,不局限于大型吊裝設備輔助,在一定坡度范圍使用有較大優勢。但不同的倒懸坡度,必須進行校核計算,采取合適的拉筋直徑和立柱型式。通過對不同工程中預制模板、外撐支模、懸臂爬升模板和內拉支模的成功運用比較分析,在工期緊張、倉面面積不大,人力資源豐富的情況下建議采用內拉式支模方式。錦屏拱壩在表孔下游倒懸坡度達到1:1.2799的情況下,采用了內拉式的支模方式,保證了施工安全,也降低了施工難度和施工成本,具有借鑒意義。

常耀華,男,陜西寶雞人,2004年畢業于西安理工大學,工程師,現任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副總工程師兼技術部主任,主要從事水利水電工程施工與管理。

米清文,男,陜西渭南人,1993年畢業于武漢水利電力大學,教授級高級工程師,現任水利水電第七工程局有限公司錦屏施工局副

局長兼總工程師,主要從事土木工程施工與管理。