殷蘭馥
(安慶市花涼亭灌區(qū)管理處,安徽 安慶 246400)
碾壓混凝土壩模板工程優(yōu)化與否是影響混凝土連續(xù)上升的關(guān)鍵技術(shù)之一[1],翻轉(zhuǎn)模板施工技術(shù)具有機械化程度高、施工質(zhì)量好、施工速度快、人工用量少、施工安全等優(yōu)點。下滸山水庫工程要求翻轉(zhuǎn)模板滿足結(jié)構(gòu)可靠、穩(wěn)定性好,同時能夠克服各類倉內(nèi)機械荷載、風(fēng)荷載和混凝土側(cè)壓力,以及在迎、背水側(cè)折點處不間斷連續(xù)施工的要求。因此,結(jié)合工程結(jié)構(gòu)受力特點和荷載分布情況,深入研究翻轉(zhuǎn)模板設(shè)計施工方案是有效保證類似碾壓混凝土工程質(zhì)量和施工進度的重要途徑。
下滸山水庫是以防洪、灌溉、供水為主,兼顧發(fā)電的大沙河上控制性工程,總庫容1.96億m3,正常蓄水位115 m,地面式廠房共安裝3臺機組,裝機15 MW。防洪保護耕地13.59萬畝,灌溉農(nóng)田35.08萬畝,工程屬Ⅱ等大(2)型水庫工程。
攔河壩為為碾壓混凝土重力壩,壩頂高程119 m,最大壩高74 m。壩軸線全長295.5 m,共分17個壩段。根據(jù)工程特點,大壩上下游面、閘墩均采用翻轉(zhuǎn)模板,大壩碾壓砼范圍內(nèi)上游立面及閘墩,采用H×B=3.0 m×3.0 m鋼制翻升模板,下游斜坡面采用H×B=3.0 m×1.5 m鋼制翻升模板,靠近山體岸坡部位不能安裝翻升模板的部位采用P3015小型模板或木模板組裝。模板支立示意見圖1、圖2。
圖2 壩體斜坡組合翻轉(zhuǎn)鋼模板支立示意圖
圖1 壩體組合翻轉(zhuǎn)鋼模板支立示意圖
翻轉(zhuǎn)模板主要由支撐系統(tǒng)、面板系統(tǒng)、工作平臺和錨固系統(tǒng)組成,單套模板組裝圖示意見圖3。
圖3 單套模板組裝圖
翻轉(zhuǎn)模板垂直方向三塊為一單元,通過連接銷連接上下層面板,用U型卡連接左右面板。上下桁架通過調(diào)節(jié)螺栓和插銷連接,轉(zhuǎn)折處通過調(diào)節(jié)螺栓實現(xiàn)變坡,不影響倉內(nèi)混凝土的連續(xù)澆筑。
2.2.1 荷載確定
(1)恒荷載——新澆混凝土對模板側(cè)面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值
混凝土作用于模板的側(cè)壓力隨著澆筑高度增加,但達到某一臨界值后便不再變化,此臨界值即為混凝土對模板的最大側(cè)壓力。通過理論和實踐,可按式(1)、式(2)計算,并取其最小值:
F=0.22γct0β1β2V1/2
(1)
F=γcH
(2)
式中:F為混凝土對模板最大側(cè)壓力,kN/m2;γc為混凝土重力密度,kN/m3,此處取24 kN/m3;t0為混凝土的初凝時間,h;V為混凝土澆灌速度,m/h;H為側(cè)壓力計算起點至新澆混凝土頂面總高度,m;β1為外加劑影響修正系數(shù);β2為混凝土塌落度影響系數(shù)。
翻轉(zhuǎn)模板側(cè)壓力計算:
F=0.22γct0β1β2V1/2=0.22×25×10×1.2×1.15×0.10.5=
72.8 kN/m2
F=γcH=24×3=72 kN/m2
取二者中的較小值,F(xiàn)=72 kN/m2
(2)活荷載——倉內(nèi)振搗混凝土?xí)r所產(chǎn)生的荷載
根據(jù)測算,新澆筑混凝土有效高度內(nèi),振搗混凝土對模板產(chǎn)生的側(cè)壓力荷載為4 kPa。
(3)確定模板的側(cè)壓力
F=4×1.4+72×1.2=92 kN/m2
2.2.2 模板計算
(1)模板橫向計算
(2)側(cè)模豎向計算
面板厚度5 mm,豎肋為雙10#的槽鋼,間距1.8 m,支點間距1.8 m,模板橫向變形按簡支梁進行計算,斷面參數(shù)計算寬度b=1.8 m,支點間l=1.8 m,距中性軸最大距離y=10.5 cm,總慣性矩I=802.9 cm4,縱向的線性載荷q=Fb=16.7×1.8=30.06 kN/m,彈性模量E=206 GPa,最大撓度最大彎矩M=8350 N·m,σ=My/I=8350×10.5/802.9=109.2 MPa<[σ]=215 MPa,滿足要求。
(3)桁架計算
桁架內(nèi)弦桿采用雙10#槽鋼,外弦桿和腹桿采用單10#槽鋼,背架與模板之間通過M20的螺栓連接。按均布載荷進行計算,側(cè)壓力F=16.7 kN/m2計算高度h=3 m,寬度b=1 m,q=Fb=16.7×1=16.7 kN/m。
1)撐桿所受軸力F=75.15 kN
撐桿采用Φ60×6的無縫鋼管,面積A=1017 mm2,σ=F/A=75150/1017=73.9 MPa<[σ]=215 MPa,滿足要求。
2)桁架斜腹桿所受軸力F=70.296 kN
材料為單10#槽鋼,面積A=1274 mm2,σ=F/A=70296/1274=55.2 MPa<[σ]=215 MPa,滿足要求。
3)桁架內(nèi)弦桿所受剪力F=50.1 kN,彎矩M=9701 N·m材料為雙10#槽鋼,面積A=2548 mm2,抗彎截面系數(shù)W=79.4 cm3,τ=F/A=50100/2548=19.7 MPa<[τ]=130 MPa,滿足要求。σ=M/W=9701/79.4=122.2 MPa<[σ]=215 MPa,滿足要求。
2.3.1 工藝流程
轉(zhuǎn)模板的工藝流程見圖4。
圖4 工藝流程圖
2.3.2 翻轉(zhuǎn)模板組裝
模板組裝程序通常為:放置面板→配置桁架→加固定位腳手架鋼管→裝配工作平臺→安裝錨筋梁→裝配調(diào)節(jié)桿→檢查模板組裝質(zhì)量→完成模板編號。
翻轉(zhuǎn)模板組裝方法見圖5。
圖5 單套模板組裝圖
2.3.3 翻轉(zhuǎn)模板安裝
(1)運送成套模板至安裝處,面板朝下,方木墊平。從倉位一端或轉(zhuǎn)角處開始按照配板圖依次定位。
(2)使用門塔機或吊車進行吊裝,吊裝時鋼絲繩應(yīng)牢固拴在桁架兩側(cè)的吊耳上,起吊后架立模板在起始倉模板的上邊線,待桁架對接到位后裝好調(diào)節(jié)螺栓。
(3)最下層只安裝起始澆筑部位,中間層和上層伴隨著混凝土的澆筑上升后在距下層模板上邊線600 mm時開始安裝。
2.3.4 翻轉(zhuǎn)模板的使用
上游面翻轉(zhuǎn)模板為單層(3.0 m)上升、后背坡模板為(1.5 m)上升,上游面正常使用時兩層循環(huán)使用,第一層為固定層,第二層為本倉澆筑模板層。為加快施工進度,完成年度度汛目標(biāo),在下滸山水庫壩體施工中再增加一層模板作為循環(huán)上升層,即先安裝第三層,而后拆除第一層以節(jié)約時間,三層模板共9 m。
下游面通常按照四層循環(huán)使用,第一、二層為固定層,第三層為本倉澆筑模板層,第四層為循環(huán)上升使用層,先按裝第四層,再拆除第一層,以加快澆筑進度,提高作業(yè)效率。
2.3.5 翻轉(zhuǎn)模板拆除
(1)翻轉(zhuǎn)模板拆除時間
拆模時間依據(jù)混凝土澆筑至距下層模板的上邊線600 mm或最底層混凝土強度達到2.5 MPa以上時為準(zhǔn)。
(2)拆除工序
翻轉(zhuǎn)模板拆除程序通常為:模板拆除過程按照鋼絲繩栓掛吊耳→緊固中層模板套筒螺絲→拆除U型卡、連接銷→卸下下層模板套筒螺絲→脫開混凝土面→拆卸桁架上鐵楔和連接銷→將模板提升至上層模板上。
根據(jù)混凝土澆筑強度的需要,上游面模板安裝按三層布置。立模采用25 t吊車拆除,塔吊配合。模板的安裝與拆除是循環(huán)進行的,即從模板頂下2個上升層拆除底層模板,將其翻轉(zhuǎn)提升至頂層。拆除的模板及配件應(yīng)及時清理維修,分類堆存,刮除模板表面的粘結(jié)混凝土及灰漿,在碾壓混凝土倉面內(nèi)鋪編織布,以防污染倉面。
本工程在翻轉(zhuǎn)模板應(yīng)用過程中,經(jīng)后續(xù)檢測驗證,表明其安全可靠,混凝土澆筑工期明顯縮短,經(jīng)工程外觀質(zhì)量檢查,壩體上游面無錯臺、漏漿和掛簾現(xiàn)象,平整度及基礎(chǔ)沉陷均能滿足規(guī)范要求。碾壓混凝土連續(xù)上升模板自20世紀(jì)90年代初應(yīng)用至今,經(jīng)過不斷總結(jié)和改善已日趨完善,但是針對不同壩型和施工環(huán)境,還需因地制宜設(shè)計計算并完善施工工藝,以確保工程進度和質(zhì)量。