液壓自動爬升模板在向家壩升船機施工中的應用

滕 飛， 黃 小 丹， 秦 武， 張 懷 仁

(1. 中國長江三峽集團公司機電工程局，四川 成都 610042；2.四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091；3.水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心，河南 鄭州 450045)

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液壓自動爬升模板在向家壩升船機施工中的應用

滕 飛1， 黃 小 丹2， 秦 武1， 張 懷 仁3

(1. 中國長江三峽集團公司機電工程局，四川 成都 610042；2.四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091；3.水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心，河南 鄭州 450045)

向家壩升船機船廂室段主要承重結構為高聳薄壁筒體結構，結構復雜，施工高度大、精度要求高、模板用量大，故模板型式的選擇是保證筒體結構混凝土施工質量和安全的關鍵因素。經綜合對比分析，筒體結構施工采用了液壓自動爬升式模板，通過實踐證明該模板在保證施工質量和安全的基礎上，可提高施工功效，是大型高聳混凝土結構比較有效的施工措施和技術手段。

向家壩；升船機；設計布置；應用效果

11 概 述

向家壩水電站通航建筑物型式采用一級全平衡齒輪齒條爬升螺母柱保安式垂直升船機，由上游引航道、上閘首(包括擋水壩段和渡槽段)、船廂室段、下閘首和下游引航道(含輔助閘室與輔助閘首)等五部分組成，全長約1 530 m。升船機按Ⅳ級航道設計，最大過壩船隊為2×500 t級一頂二駁船隊，最大過壩單船為1 000 t級機動貨船，最大提升高度114.2 m。

升船機主要金屬結構及船廂設備布置于船廂室段，船廂室段位于升船機上、下閘首之間，船廂室段由四個高138 m(高程255～296 m為筒體結構與大體積擋水結構相結合，高程296～393 m為純筒體結構)的筒體作為承重結構，四個筒體結構對稱布置在船廂室兩側，每個筒體結構順水流方向長47.2 m，垂直水流方向寬14 m(高程296 m以上)，上、下游兩個筒體結構間距19.6 m。在筒體結構上安裝有齒條、螺母柱、縱導向、對接鎖定及平衡重等金屬結構埋件及設備，這些金屬結構埋件及設備均沿筒體高程方向安裝。升船機筒體結構為1～2 m厚薄壁型混凝土墻體結構，鋼筋密集，結構復雜，施工高度大、精度要求高、難度大，模板用量大，故模板型式的選擇是保證筒體結構混凝土高質量、安全、快速施工的關鍵因素。

2 模板的選取

升船機筒體結構要達到美觀、精確、快速施工的目的，宜采用整體大型模板施工。大型模板主要有整體滑模、大型懸臂模板和自動爬升式模板三種模板方案。

2.1 整體滑模

滑模施工與常規施工方法相比具有施工速度快、自動化程度高、上升不需起重設備、節省大量的模板和搭設腳手架所需材料、可不停歇地澆筑至設計高程等特點。因此，對混凝土拌和、運輸能力和入倉強度要求高，強調施工過程的連續性，避免中途停歇而造成混凝土初凝與模板粘結等事故。滑模主要適用于高度較大，豎直方向結構形狀規則及結構斷面尺寸變化小的建筑物，如豎井、墩柱等。

整體滑模施工的優點主要是上升速度快、結構表面平整光滑、外觀質量好，一次立模可澆筑至設計高程。筒體結構施工采用整體滑模施工的缺點：

(1)船廂室筒體結構內大量的鋼筋綁扎、預埋件的安裝、后澆筑樓板凹槽的設置，制約了滑模的連續上升，混凝土無法連續上升；

(2)筒體結構平面尺寸大，滑模需設置較多的支承桿和頂升液壓設備，且頂升同步性要求高，筒體結構高精度要求，施工將難以控制；

(3)筒體結構倉面面積大，高度高，混凝土入倉強度大、不間斷施工時間長，工人勞動強度大，難以保證施工的連續性；

(4)滑模施工過程中，一旦發生支承桿失穩等技術故障，將會發生混凝土初凝、模板粘結阻滑現象，致使整個倉位停頓，且事故處理耗時長，處理困難；

(5)起始滑模安裝工作量大，對施工組織和施工管理有較高的要求等。

2.2 大型懸臂模板

懸臂模板施工的優點有：

(1) 采取措施后，可適應有一期埋件和超出結構邊線埋件的施工工況；

(2)筒體結構上升過程中可以逐層消除施工誤差，整體上升精度相對有保證；

(3)混凝土沒有連續上升的強度壓力。

筒體結構采用懸臂模板施工的缺點：

(1) 模板安裝工作量大，每層澆筑完成后需起重設備起吊輔助安裝，并占用一定直線工期，本工程布置的設備起吊能力在鋼筋起吊、預埋件安裝以及后期金結安裝已經達到飽和，沒有足夠的起吊設備分配給模板；

(2)增加每層結合面處理工序，平均上升速度慢；

(3)埋件部位需采用專門加工制作的模板；

(4)層面結合處建筑物外觀稍差，對外觀質量有影響。

2.3 自動爬升式模板

自動爬升式模板是依靠自身的提升機構上升，結合了大型懸臂模板和滑模工藝及施工特點，具有懸臂模板和滑模共同的優點，尤其適用狹小場地超高層建筑物的施工。

采用自動爬升式模板施工主要優點為：

(1) 采取一定措施后，可適應有一期埋件和超出結構邊線埋件的施工工況；

(2) 筒體結構上升過程中可以逐層消除施工誤差，施工精度有保證；

(3)可群體分段或單獨自行上升，完全獨立于起重設備施工，減少了吊車工作壓力；(4)筒體結構模板分組爬升，各層平臺始終處于封閉空間，安全性能非常好。

其主要缺點為：

(1)模板初期安裝工作量較大；

(2)模板造價較高。

三種模板特點比較見表1。

表1 三種模板特點比較

通過對這三種模板施工的優缺點進行比較，根據對現場施工機械配置、施工進度要求、施工質量安全等各因素的全面綜合評估，最終確定選用世界上最大的專業模板制造商之一奧地利多卡模板有限公司生產的SKE50型液壓自動爬模作為筒體結構薄壁墻體施工專用模板。該模板在施工階段始終依附在建筑物結構面上，依靠自身的液壓系統自動爬升，完全獨立于垂直吊裝設備施工。

3 模板設計與布置

3.1 模板的設計

SKE50型液壓自動爬模系統由四大部分組成：模板系統、爬升系統、錨固系統、工作平臺，如圖1所示：

模板面板系統選用TOP50大面積模板系統，混凝土標準層高度H=3.5 m設計，面板設計高度為3.65 m。面板寬度按模數設計，最寬可達6 m。該爬模主要參數見表2。

表2 SKE50型液壓自動爬模主要技術指標

圖1 SKE50型液壓自動爬模示意圖

3.2 模板的改進

根據以往現場施工經驗和施工需要，向家壩升船機筒體結構自升模板在廠家模板設計的基礎上，進一步進行了優化和改進：

(1)加大水平鋼圍令剛度，由原廠家設計的10#槽鋼加大為12#槽鋼，并在模板頂口增加一道鋼圍令，空設一層對拉桿，并配置軸桿裝置，方便模板頂口立模精度調整，進一步提高筒體成形精度。

(2)增加膠合板開孔部位保護，配置專門的孔口保護件，延長膠合板使用周期。

(3)平臺靠近混凝土面設置翻轉蓋板，爬升就位后蓋板翻下，平臺與混凝土墻面完全密封。

3.3 模板的布置

升船機筒體結構的液壓自動爬模平面布置圖見圖2。

圖2 液壓自動爬模平面布置圖

4 應用效果

向家壩升船機船廂室段高程296～393 m筒體結構混凝土總量為7.1萬m3，鋼筋制安量為1.3萬t，混凝土每倉厚度一般為3.5 m(最高兩層因布置有連系梁，故厚為3 m)，每個筒體結構為28層，四個筒體結構同時施工，基本保持同步上升，單個筒體結構平均每倉循環時間為13 d，最短為8 d。使用該液壓自動爬升模板，達到了以下效果：

(1)選用的TOP50型大面積模板，最大寬度6 m，各標準模板通過連接件的連接，使各面墻體模板最終形成一塊完整的大模板，消除模板之間拼縫，極大改善了混凝土外觀質量，澆筑出的混凝土外觀光滑平整，顏色均勻一致，很少出現氣泡、麻面，無掛簾、錯臺等瑕疵，達到免裝修級別。同時，該模板體系組成簡單，組裝、拆卸快捷方便，在保證具有大鋼模體系足夠剛度與強度的前提下，最大化地減少了自身重量，以利于現場安裝和搬運。

(2)模板和爬架始終錨固在混凝土結構上，施工各階段具有很高的安全性。同時，寬敞的施工平臺為施工人員提供了一個安全而舒適的施工環境，模板的拆除和安裝均在安全的平臺上進行，保證了施工全過程的安全性。

(3)模板的上升是依靠自身的液壓驅動系統自動爬升，控制簡單、安全可靠，操作方便，爬升速度快，縮短施工周期，大大提高了施工效率。立模、鋼筋綁扎等不同的工作在不同的工作平臺上同時展開，更大程度地節省了工作時間。

(4)混凝土分層澆筑，模板逐層爬升，誤差逐層調整，故其垂直度和平整度易于調整和控制，可避免施工誤差的積累，施工精度較高。

(5)自動液壓爬升裝置免受天氣及氣候的干擾，風速不超過70 km/h，可安全進行爬升。

5 結 語

通過在向家壩升船機筒體結構應用液壓自動爬升模板的實踐表明, 該模板施工工藝符合高聳建筑施工中先豎向結構、后水平結構的常規做法, 并使立面結構施工簡單化、標準化和程序化,減少了按常規施工所需的大量反復裝拆、吊運和更換模板工序, 能使塔吊有更多的時間來進行鋼筋和其它周轉材料的運輸,有效的解決了常規施工工藝造成的時間消耗和成本損失問題，大大提高了施工功效，同時可以有效保證混凝土澆筑質量以及施工安全，是大型高聳混凝土結構比較有效的施工措施和技術手段。

(責任編輯：卓政昌)

2016-11-05

[TM622]；TU755.2+1；U642

B

1001-2184(2016)06-0101-03

滕 飛(1982-)，男，天津人，高級工程師，碩士研究生，從事水利水電工程建設項目管理工作；

黃小丹(1982-)，女，四川成都人，工程師，碩士研究生，從事水庫調度研究和管理工作；

秦 武(1984-)，男，湖北十堰人，工程師，碩士研究生，從事水利水電工程建設項目管理工作；

張懷仁(1984-)，男，河南許昌人，高級工程師，碩士研究生，從事工程測量工作.