淺談大壩面板混凝土滑模系統的設計、制作與使用

劉 麗 娟

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

淺談大壩面板混凝土滑模系統的設計、制作與使用

劉 麗 娟

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都 610091)

闡述了滑模施工過程中側模、面板滑模的設計和使用方法。滑模施工工藝具有施工速度快、機械化程度高的特點，是混凝土面板堆石壩經常采用的施工方法。

滑模設計；制作；使用；豐寧抽水蓄能電站

1 工程概述

豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿族自治縣境內，工程區距豐寧縣公路里程約62 km，上水庫位于永利村上游灤河左岸灰窯子溝頂部。上水庫大壩頂高程為1 510.3 m，最大壩高120.3 m，壩頂寬10 m，軸線長度為570 m，上游壩坡為1∶1.405，采用鋼筋混凝土面板堆石壩壩型。根據設計圖紙，大壩面板混凝土共分54條塊，條塊分12 m和10 m兩種(河床受壓區面板寬度為12 m，計19塊；左、右岸受拉應力區面板寬度為10 m，共33塊，邊角2塊，寬度為8 m)，最大塊斜長約207.5 m。水庫大壩面板混凝土按照由低至高、由中間向兩側、先寬后窄的施工順序安排施工，即由中心條塊向兩側分序跳倉澆筑。澆筑施工采用滑模一次成型施工。滑模通過設置在壩頂的卷揚機提升，混凝土通過負壓溜槽運輸至倉面。

2 滑模系統的設計制作與使用

滑模系統包括：(1)側模；(2)滑模；(3)抹面平臺及棚架；(4)壩頂卷揚牽引系統；(5)混凝土入倉布料系統；(6)輔助系統六部分。

2.1 側模的設計與制作

側模的作用有3點：支撐滑模、作滑模滑移軌道、限制混凝土拌和物側向流動。側模由側模板、側模外側采用角鋼焊接成的三角支架支撐固定及插筋組成。側模為鋼木組合結構，主要由[16輕型槽鋼配木模板組成。輕型槽鋼標準長6 m，部分為3 m。底部漸變段為63 mm厚木模板，每塊模板長3 m，寬度為漸變尺寸。每澆筑塊左、右為一套。側模共加兩套，單側模板長約207.5 m，側模總加工長度為207.5×4=830 (m)。制作時，每塊槽鋼豎向用螺栓連接，螺栓間距為1 m。每塊模板接頭設置相鄰模板連接板，加工后標識編號。側模外側采用角鋼焊接成的三角支架支撐固定和承受新澆混凝土的側壓力，每塊側模用三個三角支架支撐。支撐用的三角支架采用∠75×7 mm角鋼加工。側模三角支架支撐主要靠插筋固定，依靠插筋的抗剪能力平衡面板混凝土的側壓力。插筋直接插入斜坡面砂漿墊層內，深度不小于 400 mm。插筋用φ25的鋼筋打尖，長度為500 mm。側模結構見圖1。

圖1 側模結構圖

2.2 滑模的設計與制作

2.2.1 滑模模板尺寸的選定

滑模的寬度和長度以及結構形式主要根據大壩面板的寬度、壩面坡度以及混凝土的凝結速度等確定。

長度：根據面板結構分縫間距12 m且端頭考慮0.5 m的外挑長度，將滑模設計長度定為13 m，在12 m塊面板澆筑完成后，將滑模改成11 m長，以滿足10 m寬度的面板施工。

寬度：根據混凝土初凝時間為2.5～3 h，每小時澆筑一層，每層混凝土澆筑厚度為0.25～0.3 m，澆筑第三或第四層即可以開始脫模，因此，滑模的寬度選定為1.2 m。

2.2.2 滑模結構的設計與制作

無軌滑模為剛性結構，由底部鋼面板、上部型鋼桁架及抹面平臺三部分組成。考慮到滑模的周轉使用和克服混凝土浮托力的影響等因素，且需滿足模板自身的撓度將其控制在20 mm以內，滑模橫梁采用型鋼桁架([20、[16和∠7.5)結構形式，桁架截面為三角形，與混凝土接觸的面板采用8 mm厚鋼板。為便于鋪料、振搗，滑模頂部設0.85 m寬的操作平臺(用于振搗等操作，搭設遮陽棚)。

為方便加工、運輸和組裝，滑模分節加工，現場二次組合拼裝，加工三節，其中中間節設計長度為2 m，兩端節長5.5 m。三節組合為13 m長滑模，重約4.7 t，兩節組合為11 m長滑模重約3.9 t。

為便于滑模快速就位，在滑模兩邊各設置 1組行走輪裝置(每組2個行走膠面輪)。當滑模完成一倉位澆筑時，行走輪裝置通過鉸接翻轉，輪子接觸地面，使用千斤頂將滑模主體頂離壩面(下放時模板底面要高于側模)，行走輪裝置通過調整絲桿和鎖緊銷將滑模與行走輪固定后可以在壩面行走，卷揚機反向轉動，滑模通過行走輪滑至壩底。

滑模還應設防滑安全保護設置。為此，在滑模兩端各增設了手動葫蘆1臺，掛在面板鋼筋網上，用鋼絲繩拉緊，隨模板滑升而收短，使其始終處于受力狀態，以確保施工安全。

滑模上、下各設兩個吊環，以確保安放位置準確，保證滑模提升到位。

滑模后部設2個活動式修整平臺(一個作為1次收面平臺，另一個作為2次收面平臺)。修整平臺采用型鋼三角架，懸吊在滑模桁架梁上，隨滑模一起提升，三角架上鋪木板。操作平臺與修整平臺呈水平狀態，兩側設有護欄，以保證工人在平臺上正常工作與安全。為養護面板混凝土，在修整平臺背后吊裝一根多孔噴水管。

滑模結構見圖2。

圖2 滑模結構圖

2.2.2.1 滑模的自重和配重計算

滑模的自重加配重計算：

滑模要求自重加配重及施工荷載的法向分力略大于新澆混凝土對模板產生的上浮力P，即要求:

(G1+G2)cosα≥P

新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力由下式計算:

P=Pn×L×B

13 m滑模P= 4×12×1.2=57.6(kN)

(G1+G2)cosα≥57.6 kN

(G1+G2)≥71.3 kN

11 m滑模P= 4×10×1.2=48(kN)

(G1+G2)cosα≥48 kN

(G1+G2)≥59.3 kN

因為要求13 m滑模自重、配重及施工荷載合計大于71.3 kN，取(G1+G2)=85 kN；11 m滑模自重、配重及施工荷載合計大于59.3 kN，取(G1+G2)=71 kN。

式中G1為滑模的自重，13 m滑模自重為4.7 t,11 m滑模自重為3.9 t；G2為滑模的最小配重及施工荷載(kN)，待求參數；α為滑模面板與水平面的夾角，取α=36°；P為新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力(kN)；Pn為內側模板混凝土側壓力(kPa)，本方案取Pn= 4 kN/m2;L為滑模與混凝土接觸面的長度，分別取12 m和10 m；B為滑模寬度，取1.2 m。

13 m滑模：G2=85-47=38(kN)=3.8(t)，即需要配3.8 t的重量。

11 m滑模：G2=71-39=32(kN)=3.2(t)，即需要配3.2 t的重量。

2.2.2.2 滑模牽引力的計算

滑模牽引力的大小與滑模自重、底板及新澆混凝土的粘結力有關，按下式計算：

T={τA+Gsinα+f1P+f2(Gcosα-P)}K=[1.5×12×1.2+85×sin36+0.5×57.6+0.2×(85×cos36-57.6)]×1.5 =153.89(kN)

式中T為滑模滑動需要的最小牽引力(kN)；G為滑模自重加配重及施工荷載(kN)；τ為滑模底板與新澆混凝土之間的粘結力(kN/m2)，取1.5 kN/ m2；A為模體與新澆混凝土的接觸面積(m2)；f1為模板與混凝土的摩擦系數，取0.5；新澆混凝土對斜坡面上滑模的浮托力(kN)；f2為對于滾輪支撐的滑模，采用滾動摩擦系數，可取0.05；對于側模支撐的滑模，采用滑動摩擦系數，取0.15～0.2(鋼對鋼)；K為安全系數，可取1.5 。

2.3 滑模牽引設備的選用及固定與控制方式

2.3.1 滑模牽引設備的選用

滑模牽引設備選用2臺10 t卷揚機，每臺卷揚機附加1套動滑輪和1股直徑為24.5 mm、長450 m的鋼絲繩牽引滑模，2臺10 t卷揚機及其配套設施產生的牽引力之和為：T’=10×10×2×2=400(kN) >T，能夠滿足牽引要求。

2.3.2 卷揚機的安裝固定及控制

卷揚機底座為鋼結構，用配重混凝土預制塊壓于其上進行固定，配重為1.5 m×1.5 m×1 m的混凝土預制塊(單塊重5.4 t)。根據計算，每臺卷揚機壓重塊為2塊，每套滑模用4塊。具體計算過程如下：

卷揚機拉動滑模，受滑模牽引力的反向作用力作用，其大小與牽引力相等、方向相反，對該力進行正交分解，得出壓塊最小總質量:

M=T×Gcosα÷10=12.54(t)

即每塊壓塊最小質量為3.14 t。預制混凝土塊能夠滿足壓重要求。

兩臺卷揚機采用電控箱控制。電控箱的功能必須能夠同時操作兩臺卷揚機聯動、單獨動作、正反向運轉。

滑模就位的同時進行卷揚機的吊裝就位，用配重混凝土預制塊壓于其上進行固定。先將卷揚機牽引動滑輪與滑模前端的吊環連接起來。滑升機構安裝調試完成后、在下放滑模到混凝土澆筑點之前，應進行一到二次短距離的試滑，檢驗系統有無問題并確定上下統一指揮的方式。

2.4 溜槽的制作

溜槽采用輕型、耐磨、光潔、高強度的材料制作，每節長2 m，“U”型結構，采用對接式連接，每節溜槽一端設掛鉤，一端設掛環。溜槽上采用輕型材料作蓋板，內壁進行光滑耐磨處理。溜槽內每隔10～15 m設置軟擋板。

2.5 滑模的滑升

卷揚機控制電路布置在滑模上，由滑模上的施工人員操作，在壩頂卷揚機旁設專人負責設備運行，滑模滑升前，清除其前沿超澆的混凝土以減少滑升阻力。每澆筑一層(25～30 cm)混凝土，提升滑模一次，每次滑升的幅度控制在30 cm，滑模的滑升速度與澆筑強度、脫模時間相適應，將平均滑升速度控制在1～2 m/h，具體滑升速度通過工地現場試驗確定；滑升間隔時間不超過30 min，最大滑升速度不超過2 m/h；滑模提升過快，脫模混凝土可能會出現流淌；過慢，混凝土表面可能會出現拉裂。滑模滑升時應做到平穩、均衡上升。

3 結 語

滑模施工技術是建筑施工中比較特殊的一項施工技術，滑模施工具有機械化程度高、多工種協同工作和強制性連續作業的特點，設計一套安全可靠的滑模對大壩面板混凝土的澆筑具有重要意義，該施工工藝具有速度快、機械化程度高、能降低勞動強度、混凝土連續性好、表面光滑，能保證結構的整體性；材料消耗少，能節省大量的架子管及鋼模板和一些周轉材料，是一項可以廣泛采用和推廣的施工技術。

劉麗娟(1984- )，女，四川成都人,工程師，學士，從事水利水電工程施工技術工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 04- 10

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B

1001- 2184(2017)04- 0062- 03