楊房溝水電站大壩牛腿倒懸部位預(yù)制模板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文章介紹為改善楊房溝拱壩牛腿倒懸部位模板安拆步驟繁瑣、風(fēng)險(xiǎn)較大等問題，創(chuàng)新了一種混凝土預(yù)制模板施工技術(shù)。該預(yù)制模板結(jié)構(gòu)包括鋼筋混凝土面板、內(nèi)支撐桁架、預(yù)埋錨固件及連接件，鋼筋混凝土面板采用C40混凝土進(jìn)行預(yù)制，內(nèi)支撐桁架制作好后與面板拼裝焊接，預(yù)埋件按照控制精度埋設(shè)在先澆混凝土中，再與內(nèi)支撐桁架進(jìn)行連接。經(jīng)楊房溝水電站工程實(shí)踐可知，該結(jié)構(gòu)施工難度較低，施工安全性得到大大的提高，同時(shí)降低了施工投入，可為其他項(xiàng)目倒懸部位模板工程施工提供參考。

楊房溝水電站; 大壩 ; 牛腿; 預(yù)制模板; 施工技術(shù)

TU755.2+1B〗

[定稿日期]2021-09-03

[作者簡(jiǎn)介]范維（1981～），男，本科，工程師，從事水利水電與市政工程施工技術(shù)與管理工作。

1 工程概況

隨著我國水資源的快速開發(fā)利用，為國家發(fā)展提供清潔能源的水電站開始向西部復(fù)雜山區(qū)轉(zhuǎn)移建設(shè)，越來越多的攔水大壩選擇混凝土拱壩這一壩型?；炷凉皦蔚囊缌骷靶购橥ǖ蓝荚O(shè)置在壩體之上。為實(shí)現(xiàn)水流挑流，避免水流對(duì)壩體造成侵蝕，需在溢流及泄洪通道兩側(cè)設(shè)置牛腿。牛腿結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜、多變，對(duì)模板設(shè)計(jì)要求高，施工難度大[1]。因此，選擇合適的牛腿模板對(duì)水電站的施工質(zhì)量、效率有著重要的意義。

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內(nèi)的雅礱江中游河段上，工程規(guī)模為大（1）型，其壩型為混凝土雙曲拱壩，壩高155 m，壩體共設(shè)置三個(gè)中孔，四個(gè)表孔，中孔及表孔皆設(shè)置有牛腿，因牛腿結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工期緊張、施工強(qiáng)度高，若采用傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土方式形成壩體牛腿，受備倉時(shí)間、資金投入、模板安拆難度、質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)等因素制約，很難滿足拱壩建設(shè)施工要求，故需要一種高效、安全、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單的牛腿倒懸部位施工技術(shù)為楊房溝水電站拱壩牛腿施工提供幫助。

通過查詢國內(nèi)外相關(guān)工藝的施工經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在白鶴灘水電站、善泥坡水電站以及溪洛渡水電站都有著成功應(yīng)用預(yù)制牛腿模板的經(jīng)驗(yàn)。

白鶴灘水電站攔河大壩壩身具有6個(gè)導(dǎo)流底孔、7個(gè)泄洪深孔和6個(gè)泄洪表孔等泄洪設(shè)施。面對(duì)其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、交通條件差，工期緊、施工強(qiáng)度高等不利條件，采用預(yù)制混凝土模板技術(shù)施工后，節(jié)約了大量勞動(dòng)力和設(shè)備投入，共節(jié)約工期約946 d[3]，鋼結(jié)構(gòu)制安部分增加，質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)顯著降低，施工進(jìn)度和效率明顯提升。

善泥坡水電站大壩壩型為碾壓混凝土雙曲拱壩，有3個(gè)泄洪表孔。上、下游均為懸挑結(jié)構(gòu)。為解決立模困難、施工進(jìn)度、危險(xiǎn)度高等問題，表孔上、下游 6 個(gè)牛腿均采 用了預(yù)制混凝土模板方案[4]。經(jīng)工程實(shí)踐結(jié)果分析可知，該施工工序簡(jiǎn)單，其模板能夠快速進(jìn)行拼裝、連接及加固，施工速度遠(yuǎn)快于現(xiàn)澆牛腿施工，并能大大減小模板安拆安全風(fēng)險(xiǎn)。

而在溪洛渡水電站拱壩建設(shè)施工過程中，通過合理設(shè)計(jì)并使用預(yù)制模板，簡(jiǎn)化了壩后棧橋、導(dǎo)流底孔、泄洪深孔、表孔及壩體井孔等結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的施工工序，降低了其施工難度[5] ，大大提高了施工效率，同時(shí)保證了施工質(zhì)量和安全，從而為溪洛渡拱壩均衡快速施工提供了可靠的技術(shù)保障。

通過白鶴灘水電站、善泥坡水電站以及溪洛渡水電站成功應(yīng)用預(yù)制模板進(jìn)行施工的案例，配合楊房溝水電站工程建設(shè)實(shí)際，創(chuàng)新了預(yù)制模板的施工技術(shù)，以便按期完成合同施工要求。

2 施工特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）牛腿底部與雙曲拱壩上、下游曲面相交，模板施工工藝復(fù)雜、施工難度高，需采用木模、 散裝鋼模以及自動(dòng)爬升模板等多種模板組合拼裝，安裝及拆除的步驟繁多，施工難度較大[2]。

（2）牛腿倒懸坡比最大1∶1，采用散裝模板的區(qū)域模板安拆非常困難，安全隱患大，需搭設(shè)專門的安拆平臺(tái)及其他安全保障措施。

（3）傳統(tǒng)組合模板安裝時(shí)間較長(zhǎng)，壓縮了其他部位的施工時(shí)長(zhǎng)。

（4）倒懸結(jié)構(gòu)的模板所受荷載較大，導(dǎo)致模板支撐加固難度增大，從而耗費(fèi)材料增多;同時(shí)平倉振搗設(shè)備受內(nèi)拉內(nèi)撐鋼筋體系支撐柱的影響，不能直接平鋪推混凝土料到模板邊緣，雖減小了模板受力，但大大降低了施工效率。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原理

根據(jù)拱壩的壩型及合同施工要求，以及現(xiàn)場(chǎng)的施工特點(diǎn)及難點(diǎn)情況，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆牛腿施工的方法難以滿足楊房溝水電站施工建設(shè)要求，故參考白鶴灘等水電站成功應(yīng)用預(yù)制模板進(jìn)行施工的案例，配合楊房溝水電站工程建設(shè)實(shí)際，以“安全、經(jīng)濟(jì)、高效、簡(jiǎn)便”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，創(chuàng)新了預(yù)制模板的施工技術(shù)，其設(shè)計(jì)原理如下：

（1）較傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土的施工方法相比，需縮短工期，提高安全性。預(yù)制模板采用25 t汽車吊整體進(jìn)行吊裝，且避免了拆除步驟，大大節(jié)約了工期，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）模板需保證混凝土施工質(zhì)量，并簡(jiǎn)化施工工序。模板采用流水式施工的方式進(jìn)行在后方施工，具有易于制作、易于養(yǎng)護(hù)、成品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。

（3）應(yīng)以經(jīng)濟(jì)、高效的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。模板采用鋼筋混凝土預(yù)制，降低了組合鋼模板的投入，且省略了模板拆除工序，大大降低了施工資源投入。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)需實(shí)施到位。預(yù)制模板外側(cè)采用保溫苯板附著，避免混凝土表面開裂。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

3.2.1 預(yù)制模板尺寸及設(shè)計(jì)參數(shù)

大壩中孔、表孔牛腿倒懸部位模板采用混凝土預(yù)制模板，混凝土預(yù)制模板最大塊尺寸為：長(zhǎng)×寬=4.243 m×1.8 m，混凝土澆筑最大高度為3 m，牛腿模板坡度為1∶1，牛腿模板采用預(yù)制混凝土模板。單塊尺寸為：長(zhǎng)×寬=4.243 m×1.8 m，模板及鋼桁架自重4.71 t，混凝土的坍落度為30～90 mm。其余因大壩中孔、表孔牛腿倒懸部位體型限制，需要較小寬度及斜長(zhǎng)的混凝土預(yù)制模板，則參照最大塊1.8 m×4.243 m（寬×斜長(zhǎng)）混凝土預(yù)制模板進(jìn)行施工。

3.2.2 預(yù)制模板焊縫設(shè)計(jì)參數(shù)

在對(duì)接和T形連接中，垂直于軸心拉力或軸心壓力的對(duì)接焊接或?qū)咏墙咏M合焊縫以及承受彎矩和剪力共同作用的對(duì)接焊縫或?qū)咏墙咏M合焊縫強(qiáng)度按小于176 N/mm2考慮。

3.2.3 預(yù)埋件錨固設(shè)計(jì)參數(shù)

本砂漿錨桿預(yù)埋兩根長(zhǎng)度為1.61 m的C36 mm錨桿。

3.2.4 混凝土預(yù)制模板設(shè)計(jì)配筋參數(shù)

混凝土預(yù)制模板的尺寸為：長(zhǎng)×寬=4.243 m×1.8 m。板厚18 cm，布置雙層鋼筋（HRB335和HRB300），橫向鋼筋采用A8鋼筋@20cm，縱向均采用B12鋼筋@20cm。鋼筋保護(hù)層厚度為25 mm，as=85 mm，泊松比=0.20。

3.2.5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

DL/T 5110-2013《通過水利水電工程模板施工規(guī)范》、GB 50017-2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50330-2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》、《理正結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工具箱》、《結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器》等工具對(duì)牛腿部位預(yù)制模板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所承受的荷載、結(jié)構(gòu)材料的抗剪、撓度以及強(qiáng)度、各節(jié)點(diǎn)的焊縫、預(yù)埋件的錨固能力以及混凝土預(yù)制模板的配筋率進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果均符合相關(guān)規(guī)范要求。

3.2.6 模板結(jié)構(gòu)

模板結(jié)構(gòu)見圖1～圖5。

4 施工工藝

4.1 工藝流程

大壩中孔、表孔牛腿1∶1倒懸部位混凝土預(yù)制模板由3部分組成：鋼筋混凝土面板、內(nèi)支撐桁架、預(yù)埋錨固件及連接件。

4.1.1 預(yù)制模板及其配件施工

（1）鋼筋混凝土預(yù)制面板施工：預(yù)制面板選型—鋼筋及埋件施工—模板施工混凝土施工。

（2）內(nèi)支撐桁架施工：材料選擇—材料切割—成品焊接。

（3）預(yù)埋件及連接件施工：錨固件加工—錨固件預(yù)埋。

4.1.2 預(yù)制模板安裝施工

預(yù)吊裝試驗(yàn)—預(yù)制模板吊裝就位—預(yù)制模板節(jié)點(diǎn)板與支座板、預(yù)埋鋼板焊接—重復(fù)前幾道工序直至所有預(yù)制模板全部吊裝就位—完工驗(yàn)收。

4.2 預(yù)制模板及其配件施工

4.2.1 鋼筋混凝土預(yù)制面板施工

4.2.1.1 鋼筋及面板埋件施工

鋼筋混凝土面板最大尺寸為：4.243 m×1.8 m（斜長(zhǎng)×寬）（根據(jù)中孔、表孔結(jié)構(gòu)局部預(yù)制模板小于上述尺寸，預(yù)制時(shí)在不改變其材料的情況下參照?qǐng)?zhí)行，下同）。受力鋼筋為B12 mm鋼筋，分布鋼筋為8 mm鋼筋，間距均按照20 cm安裝。制作時(shí)熱軋普通工字鋼（I25b）和角鋼（∠56×5）埋設(shè)在混凝土預(yù)制面板中。

4.2.1.2 模板施工

預(yù)制鋼筋混凝土面板側(cè)模框架邊框采用[16槽鋼。底模均采用鋼板鋪面作為底模，M1、M3面倒角20 mm部位模板采用厚2 mm的鋼板焊接形成。拆模需在混凝土強(qiáng)度達(dá)到不因拆模而導(dǎo)致面板損傷時(shí)才可進(jìn)行。

4.2.1.3 混凝土施工

鋼筋混凝土面板混凝土采用C40二級(jí)配澆筑，振搗用50軟軸振搗器進(jìn)行充分振搗，直至密實(shí)，對(duì)于預(yù)制模板外露面四周均應(yīng)進(jìn)行2 cm倒角處理，預(yù)制模板在澆筑前，接縫處應(yīng)進(jìn)行砂漿勾縫，避免漏漿。

4.2.2 內(nèi)支撐桁架施工

每塊預(yù)制模板采用兩榀內(nèi)支撐桁架，內(nèi)支撐桁架間距0.9 m（預(yù)制模板寬度小于1.8 m的內(nèi)支撐間距按照比例相應(yīng)減小，下同），桁架距預(yù)制板側(cè)邊0.45 m。桁架桿件為角鋼（∠75×10）雙肢構(gòu)件，采用桁架節(jié)點(diǎn)板連接桁架桿件，桁架桿件中間加填板。內(nèi)支撐桁架焊接時(shí)，焊條型號(hào)為CHE507，焊縫均為角焊縫，焊縫高度不小于6 mm。單榀桁架制作過程中做好施工期桁架定型，桁架制作好后與面板上工字鋼拼裝焊接。兩榀內(nèi)支撐桁架的橫向聯(lián)系均采用角鋼（∠75×10）連接成整體。

4.2.3 預(yù)埋件及連接件施工

首層需在先澆筑壩體混凝土中預(yù)埋錨固件（錨筋和鋼板），支座板（測(cè)量定位調(diào)整到位后方可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接前預(yù)埋板須去污、除銹）與預(yù)埋板、支座板與桁架節(jié)點(diǎn)板采用CHE507焊條進(jìn)行焊接。

4.3 預(yù)制模板吊裝施工

4.3.1 預(yù)吊裝試驗(yàn)

采用25 t汽車吊將混凝土預(yù)制模板吊離地面30 cm后，停機(jī)檢查起重機(jī)的穩(wěn)定性、制動(dòng)器的可靠性、重物的平穩(wěn)性及綁扎的牢固性，其目的是校核預(yù)制模板吊裝設(shè)備的安全性能、確定最佳運(yùn)輸路線及保證預(yù)制件精確就位。

4.3.2 預(yù)制模板吊裝

預(yù)制模板安裝時(shí)需上一倉混凝土強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的17 %，方可進(jìn)行牛腿倒懸部位預(yù)制模板安裝，安裝前先對(duì)工作面平整度等進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保安裝工作能夠順利進(jìn)行。預(yù)制模板整體吊裝就位后，調(diào)整模板誤差，焊接支座板，首層支座板在模板測(cè)量定位后現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊接前預(yù)埋板需去污、除銹。待焊縫到達(dá)受力要求后將桁架節(jié)點(diǎn)板與支座板焊接，桁架節(jié)點(diǎn)板與現(xiàn)場(chǎng)支座板焊接時(shí)同樣需作去污、除銹處理。支座板與預(yù)埋板、支座板與桁架節(jié)點(diǎn)板連接為現(xiàn)場(chǎng)焊接，焊縫高度不小于10 mm，滿焊，由于該節(jié)點(diǎn)受力較大，需嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量。每塊預(yù)制模板在安裝完成時(shí)對(duì)其加固，以防發(fā)生傾斜或局部位移。因牛腿倒懸結(jié)構(gòu)粘貼苯板脫落后恢復(fù)困難，故需在模板外露面噴聚氨酯保溫材料后再進(jìn)行吊裝，從而姐姐混凝土澆筑后的保溫問題。

5 結(jié)束語

通過牛腿預(yù)制模板在楊房溝水電站中的建設(shè)施工中的成功應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)該牛腿預(yù)制模板施工技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單，模板能夠快速拼裝連接，且后期無模板拆除步驟，與現(xiàn)澆牛腿施工相比，單倉能節(jié)約2天左右的施工工期。該預(yù)制模板能減少組合鋼模的使用，大大降低了材料使用成本，預(yù)制模板安裝時(shí)，臨空面無需搭設(shè)排架，降低了人工投入與安全風(fēng)險(xiǎn)。

本施工技術(shù)的應(yīng)用，滿足了楊房溝水電站大壩項(xiàng)目建設(shè)的進(jìn)度要求，且混凝土施工成本和質(zhì)量控制符合建設(shè)工程承包合同約定，獲得了較好的投資效益，可為其他項(xiàng)目的模板工程施工提供有效參考。

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