懸臂式鋼架塑料大模板在大壩混凝土澆筑中的應用

(安徽惠農建設集團有限公司，安徽 六安 237000)

1 工程慨況

硃砂沖水庫地處硃砂沖河上游，位于安徽省六安市金安區毛坦廠鎮東南方向4km硃砂沖村，控制流域面積3km2，總庫容580萬m3。水庫設計防洪標準30年一遇，校核防洪標準300年一遇,設計洪水位215.80m，校核洪水位216.80m。水庫由大壩、溢洪道、引水涵管等組成。主壩為混凝土重力壩，最大壩高39.80m，壩頂高程216.80m,壩頂寬4m，壩頂線長146m。正常溢洪道設在大壩中間位置，泄洪方式采用壩身表孔自由溢流，為1孔20m寬的溢流堰，堰頂高程215.00m，溢流總凈寬20m，最大下泄流量75.10m3/s，堰體采用WES型堰面。泄洪洞位于大壩左側4號壩段，為1孔1m×1m閘門控制直徑1m圓形壓力鋼管，進口底高程185.50m，洞長38.83m，設計流量14.52m3/s。發電輸水涵洞位于大壩3號壩段位置，為1.50m×1.20m閘門控制內徑1m的圓形壓力鋼管，進口底高程185.50m，洞長38.83m，最大流量14.52m3/s。硃砂沖水庫保護著六市金安區毛坦廠鎮6萬人，6萬畝農田，G105國道、S258省道公路的安全。硃砂沖水庫是一座以城鎮供水為主，兼顧改善區域生態環境等綜合利用功能的小(1)型IV等水庫。

硃砂沖水庫2016年3月正式開工建設,2017年4月關閘蓄水,2017年12月竣工驗收。

2 傳統模板形式

目前，混凝土壩面澆筑常用模板形式主要有三種：采用對拉螺栓將鋼模板組合連接而成的半懸臂形式、翻轉(升)模板的全懸臂形式、多卡模板的全懸臂形式。

半懸臂模板和翻轉模板在每層模板上均設有預埋螺栓(或拉筋)。使用時，上下層模板連接，下層模板依靠預埋的螺栓承擔上層模板的作用力。澆筑完成后，將下層模板翻轉到上部，變為上層模板，而原來的上層模板則在下部發揮原下層模板的作用。其技術工藝較為傳統，安裝工藝簡便，但需要使用上下兩層模板，模板投入量較大。

多卡模板上部結構為模板部分，下部為支腿部分。安裝時，于固定位置預埋螺栓，通過卡式結構將下部固定到混凝土壁上，承受模板的側壓力，固定和松模均采用楔塊敲擊。其技術較為先進，安裝速度快，但各種構件造價較昂貴，并且工藝稍顯復雜。

3 懸臂式鋼架塑料大模板施工工藝原理

砂沖水庫工程大壩為常態混凝土重力壩。根據本工程特點，對傳統模板缺點改造后，研發了一種新的懸臂模板——懸臂式鋼架塑料大模板。

懸臂式鋼架塑料大模板施工工藝原理為：

a.上部結構為模板部分，下部為支腿部分，將上下兩部分整合為整體結構，增加結構剛度。模板鋼架與防護架設計為整體鋼結構，塑料面板用螺釘加環氧樹脂膠固定在整體鋼結構上。

b.在基礎混凝土澆筑完成并預埋高強螺栓和錐形螺母后，塔吊機吊起已組裝好的模板(預埋螺栓預先固定在上部結構的預定位置)，利用卡式結構將下部鋼架(梁系)通過螺栓固定到預埋在混凝土壁錐形螺母上。此時，高強螺栓承受模板傳來的混凝土側壓力、工作荷載和模板自重。

c.安裝和拆卸時，用校正絲桿調節模板傾斜度或松模。此模板防護架拆除后顛倒過來，用普通模板加固方法進行加固后，可用來澆筑基礎混凝土。本層混凝土澆筑完成36小時后，將本倉模板逐一拆除，用塔吊機提升一個升層，逐一安裝，依次循環。

4 模板構成

懸臂式鋼架塑料大模板由塑料面板、鋼架(包括支腿)、防護架(含走道板、爬梯、欄桿、防護網等)、承力螺栓、校正絲桿等構成(模板結構分別見圖1～圖3)。承力螺栓部分，除預埋螺栓外，其他部件均可拆卸周轉使用，而且螺栓分節安裝，適應模板提升與受力的不同階段。

圖1 垂直面模板結構圖注 1—水庫大壩；2—受力主梁；3—防護板；4—防護架；5—預埋高強螺栓；6—校正絲桿；7—橫向次梁和固定模板收縮緊固裝置

圖2 斜面模板結構圖注 1—水庫大壩；2—受力主梁；3—防護板；4—防護架；5—預埋高強螺栓；6—校正絲桿；7—橫向次梁和固定模板收縮緊固裝置

圖3 梁系布置圖注 2——邊梁；6——校正絲桿孔；7——緊固螺栓孔；8——受力主梁

4.1 面板

本工程大壩上游面鉛直，下游面坡度為1∶0.75，整個升層水平上升。確定混凝土上、下游面升層高度和垂直高度均為1.50m，單塊模板水平寬度為2m。幅面：上游為2m×1.60m，下游為2m×1.875m。模板面采用15mm厚的高強度PVC發泡塑料板制作(PVC發泡板是雙面結膜中心發泡的新型板，板厚15mm，具有板質輕、剛度高、可回收再利用等優點)。同時，在鋼架上模板四周焊制鋼板條框架，形成嵌入式面板和獨特的分縫線，以保護模板，減少混凝土漏漿，便于模板提升對位，提高混凝土外觀質量。

4.2 鋼架

塑料面板背面主梁采用2根L型80×8及6根80×60×8方鋼(間距280mm)焊接形成，次梁為鋼架背面2根[型140×53背靠背橫梁。

4.3 防護架

模板鋼架外側用方鋼、角鋼焊制爬梯、欄桿，并鋪設走道板組成工作防護架。防護架內設上下兩層操作平臺，底部桿件微傾，上部欄桿水平，鋪設走道多層板，便于安裝拆卸承力螺栓。

4.4 承力螺栓

承力螺栓為組合形式，由預埋螺栓、錐形螺栓、承力雙槽鋼(橫向次梁)和緊固螺栓等部件組成，如圖4所示。

圖4 承力螺栓組合圖

4.4.1 預埋螺栓

預埋螺栓的不可拆卸部分，預埋于混凝土中，是承力螺栓固定的部分，包括貓爪和螺栓兩部分。預埋螺栓均采用直徑25mm高強鋼筋，長89cm。上游面采用1排2φ25@1000鋼筋，貓爪是1φ16鋼筋(每根長0.5m)，間距1000mm(兩端500mm)；下游面采用1排2φ25@1000鋼筋，貓爪是1φ16鋼筋(每根長0.5m)，間距1000mm(兩端500mm)。預埋高度在預澆筑混凝土面下300mm。

4.4.2 錐形螺栓

錐形螺栓是承力部件和活動部件的連接桿，包括錐面和退栓卡槽。其錐頭與預埋螺栓的栓桿栓接，尾部與承力雙槽鋼栓接。混凝土澆筑完成36小時后，將緊固螺栓從承力雙槽鋼旋出，用工具卡通過退栓卡槽將錐形螺母旋出，以重復利用。

4.4.3 緊固螺栓

緊固螺栓是承力螺栓的鎖定緊固部分，包括φ25高強螺栓、鋼板墊片(厚15mm)和螺母，將模板傳遞來的拉力傳遞到承力螺栓。

4.4.4 校正(脫模)絲桿

撐桿螺栓設于支腿下部，其作用是拆模時旋進螺栓將模板脫離混凝土面。另外，通過脫模絲桿的旋進旋出，可調整模板傾斜度。校正絲桿采用φ22圓鋼開絲加工而成。

4.5 附屬結構

附屬結構主要是模板爬梯、走道板、欄桿、安全網等，是方便施工、安全操作的需要。模板走道板設兩層，即底層和上層。兩層走道板均采用木多層板，既方便施工行走，又可當防護網。上層走道板開進人孔。上游模板單塊質量1.1t，下游模板單塊質量1.22t。

5 結 語

懸臂式鋼架塑料大模板為懸臂模板的創新，考慮了傳統懸臂模板和多卡模板的特點,綜合了翻轉模板和多卡模板的優點，同時將面板改用高強的PVC發泡塑料板材料，進行必要改進而來，具有如下特點。

5.1 在水利工程施工中引入環保材料

模板的面板材料采用高強PVC發泡塑料板，既方便使用(輕便)、維修和更換、可回收再利用、綠色環保，又節省單方造價。

5.2 懸臂結構省工省料

采用懸臂結構，利用模板自帶鋼架(梁系)和承力螺栓體系，將新澆筑層的混凝土側壓力和模板自重等荷載傳至已澆48小時的混凝土上，無需使用其他材料(如鋼筋、鋼管、型鋼等)搭設支架、腳手架等設施；每個施工單元(500～700m3)只需4人(1個起重工，2個安裝工，1個信號工)，完成拆、裝、校正只需8～10小時，達到了省工、省料、節約造價的目的。

5.3 結構安全可靠且利用率高

預埋螺栓垂直于水平受力槽鋼，且預埋螺栓的一端嵌入大壩內，另一端通過緊固螺母和錐形螺母夾持在水平受力槽鋼上，安全可靠。預埋筋為全絲T牙高強螺紋桿結構，寬絲牙能提高螺栓絲牙的抗剪強度。錐形螺母為全鋼內絲螺母，中部設定位銷，保證兩端螺栓旋入位置準確均衡，確保模板的整體安全性。錐形螺母可以使用專用工具拆除多次使用，緊固螺桿、螺母及墊片均可拆除多次使用，重復利用率高。

5.4 操作安全可靠

結構鋼架外設安全防護架，外罩安全網。同時，為加強塔吊機操作工與安裝工間的溝通，在塔吊機上配備了成套的音視頻設備，減少塔吊機操作盲目性，確保模板安裝、拆卸操作安全。

懸臂式鋼架塑料大模板在六安市金安區硃砂沖水庫工程和太平水庫工程中進行了成功應用，取得了良好的質量效果和經濟效益，可在水利、交通、市政和建設工程等高大混凝土工程施工中推廣應用。