柘孝金 劉朝建 羅朝貴

(水電九局西藏建設(shè)工程有限公司，西藏 拉薩 850000)

1 工程概述

西藏大古水電站位于西藏自治區(qū)山南地區(qū)桑日縣境內(nèi)，為Ⅱ等大(2)型工程，開發(fā)任務以發(fā)電為主，電站裝機容量為660MW。大古水電站魚道布置在壩址右岸，魚道總長3471.22m，為豎縫式魚道。主要由4個魚道進口、2個魚道出口、總長度超過3km的魚道池室、進出口閘門及啟閉設(shè)施、防洪閘門及啟閉設(shè)施、1棟綜合管理房、1間觀測室和5間啟閉房等組成。

大古水電站魚道是全國范圍內(nèi)首次大量采用預制裝配技術(shù)的魚道，在邊坡盤折段采用大型鋼管柱群+大噸位預制梁+現(xiàn)澆底板澆筑方式。由于魚道沿大壩右岸邊坡地形布置，魚道在邊坡盤折段水平距離120m范圍內(nèi)盤折上升高度近40m，導致該部位存在大量長度不規(guī)則預制梁。根據(jù)設(shè)計圖紙，魚道預制梁共258榀，其中15m長標準段預制梁為96榀，僅占總預制梁的37.2%，其余均為5.87～17.96m的非標準段長預制梁。魚道典型斷面見圖1。

圖1 魚道典型斷面圖

2 工程重難點分析及解決方案

2.1 預制場地狹窄，預制梁制作工期緊

電站區(qū)位于深Ⅴ峽谷內(nèi)，施工臨建布置場地狹窄，前期較為有利的場地均被其他標段占據(jù)，魚道標預制廠占地僅3000m2，根據(jù)魚道施工進度計劃，預制件生產(chǎn)工期僅有5個月。由于非標準段長預制梁數(shù)量占預制梁總量的62.8%，非標準段長的預制梁數(shù)量多，按照5個月工期，則每月需預制52榀梁。而預制場地僅能擺放16榀標準段長預制梁定型模板，而按照每月52榀預制梁制作計劃，則每套模板每月必須完成3～4次周轉(zhuǎn)。另外，由于魚道工程合同質(zhì)量標準為優(yōu)良，預制件外觀質(zhì)量要求高，在預制場地有限、施工時間有限的情況下完成預制梁制作較為困難。因此，需合理規(guī)劃預制場地，提高預制梁制作效率，加快預制梁定型模板制作的周轉(zhuǎn)率。

2.2 非標準段長預制梁數(shù)量多，采用傳統(tǒng)的定型模板澆筑施工效率低

根據(jù)預制梁設(shè)計圖紙，15m標準段長預制梁共96榀，其余162榀均為5.87～17.91m非標準段長的預制梁，非標準段預制梁數(shù)量已占預制梁總數(shù)的62.8%。傳統(tǒng)的預制梁定型模板針對長度規(guī)格不統(tǒng)一的預制梁，每一榀預制梁均要立一次模板，在進行模板拼裝時需采用起重設(shè)備將笨重的定型鋼模板拆除移動至特定尺寸，最后拼裝。

傳統(tǒng)的預制梁預制場地占用面積大，多采用定型模板逐塊拼裝，對于不規(guī)則的部位則采用木模板進行拼裝。由于預制梁外觀質(zhì)量要求較高，定型模板面板、背肋等用料較厚，從而導致定型模板往往單塊較重，在模板安拆過程中還需采用手動葫蘆、起重設(shè)備等傳統(tǒng)工具進行拼裝，隨著使用時間的增加，接縫存在拼縫不嚴密的情況。因此，需對傳統(tǒng)的定型模板結(jié)構(gòu)進行創(chuàng)新，研發(fā)出具有伸縮功能、能適應不同梁長同時拆裝方便的定型模板。

3 模板研發(fā)思路

3.1 制約預制梁制作進度原因分析

大古水電站魚道為國內(nèi)首個大量使用裝配式構(gòu)件的魚道，預制梁為整個魚道設(shè)計、施工的創(chuàng)新亮點。由于預制梁制作工期緊，任務重，要在規(guī)定時間內(nèi)完成預制梁制作，就必須提高預制梁的制作效率。前期采用傳統(tǒng)的定型模板逐塊拼裝制作的24榀預制梁在模板安拆環(huán)節(jié)共占用132工時，占整個預制梁施工時間的62.62%。預制梁模板安裝時間較長的主要為模板移動、安裝固定等工序，單榀預制梁制作各工序用時見表1。

表1 單榀預制梁制作各工序用時統(tǒng)計

由于預制梁模板安裝、拆除用工占累計頻率的62.62%，若能將預制梁模板制安用工時間由累積頻率62.62%降低至25%，即施工效率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高1-(25%×212/132)=59.8%。要加快預制梁模板安裝、拆除進度，可對現(xiàn)有定型模板的拼裝技術(shù)和模板結(jié)構(gòu)設(shè)計進行改進，使之能提高模板安裝效率，加快預制梁制作進度。

3.2 新型定型模板設(shè)計思路創(chuàng)新

由于魚道預制梁成“L”形，預制梁高2.5m，底寬0.9m，常規(guī)拆裝式預制方式為將預制梁直立放置，沿梁的高度方向制作定型模板。但由于預制梁高度較高，若豎向預制，則模板制作面積大，需雙向架立模板，且需額外沿高度方向設(shè)置兩側(cè)斜撐，否則在施工過程中易發(fā)生預制梁整體傾覆的安全事故。另外，按照豎向預制，模板安裝高度已超過人員獨立操作的高度，在預制梁備倉期間必須搭設(shè)操作架，采用起吊設(shè)備吊裝模板，人工調(diào)節(jié)校準，模板安裝工序繁瑣，不利于快速施工。為此采用整體裝配式組合模板，既能實現(xiàn)快速拆模、合模，又能快速調(diào)節(jié)適應不同梁長的整體模板，以解決合模過程中的模板接縫不嚴密問題。新型模板的設(shè)計創(chuàng)新思路見表2。

表2 創(chuàng)新思路

續(xù)表

通過創(chuàng)新思路分析，在現(xiàn)有的分塊式組裝模板基礎(chǔ)上重新設(shè)計，將預制梁改為橫向(倒向)預制，并增加旋轉(zhuǎn)軸、插銷、連桿等裝置，實現(xiàn)側(cè)面模板翻轉(zhuǎn)。按照預制梁15m長度標準段，將模板分為1.5m+4×3m+1.5m，共6段，每段采用螺栓連接，并可獨立翻轉(zhuǎn)。

另外在整體定型模板靠近端部的位置增加3m長的伸縮節(jié)，底部設(shè)置軌道及行走機構(gòu)，采用1.5m+A×3m(標準節(jié)，A取0～4)+3m(伸縮節(jié)，調(diào)節(jié)范圍3～6m)+1.5m=6～21m預制梁，標準段節(jié)數(shù)可根據(jù)預制梁制作的長度進行刪減，并利用伸縮節(jié)實現(xiàn)預制梁長度調(diào)節(jié)功能。258榀梁中除了2榀5.87m長預制梁無法實現(xiàn)預制外，其余256榀均可實現(xiàn)預制，預制梁制作保證率為99.22%。新型模板的整體設(shè)計圖見圖2。

圖2 模板典型縱剖面圖

4 預制梁可調(diào)節(jié)整體模板研發(fā)方案

按照模板研發(fā)創(chuàng)新思路，模板分為標準節(jié)、伸縮節(jié)兩部分。每段模板的標準節(jié)均采用螺栓連接，并可獨立翻轉(zhuǎn)，就像“手臂”一樣可伸直、彎曲；伸縮節(jié)則利用桁架+木模板的形式實現(xiàn)梁長的精確調(diào)節(jié)，新型模板的設(shè)計技術(shù)要求及設(shè)計草圖見表3、圖3。

圖3 模板設(shè)計草圖

表3 模板設(shè)計技術(shù)要求

續(xù)表

根據(jù)設(shè)計草圖，對模板各部位進行細部結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用CAD三維建模，對模板標準段、非標準段進行詳細設(shè)計，最終確定模板總體設(shè)計方案、出具加工圖紙，并由模板廠家生產(chǎn)，運至施工現(xiàn)場組裝、使用。模板的三維設(shè)計圖及設(shè)計方案見圖4、圖5，新型模板現(xiàn)場運用及使用效果見圖6。

圖4 模板三維效果圖

圖5 模板設(shè)計方案樹狀圖

圖6 新型可調(diào)節(jié)整體裝配式模板現(xiàn)場運用情況及澆筑完成的預制梁

5 現(xiàn)場運用實施效果分析

在施工過程中預制梁整體模板通過轉(zhuǎn)軸翻轉(zhuǎn)，不用逐塊拆除后再二次拼裝。同時，由于非標準長度預制梁采用伸縮節(jié)進行梁長調(diào)整，在預制梁制作過程中加快了施工進度。施工過程中對每月澆筑預制梁數(shù)量進行統(tǒng)計，抽取了2020年5月26日—2020年8月25日的預制梁制作情況，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 預制梁澆筑數(shù)量統(tǒng)計

根據(jù)統(tǒng)計表，除2020年5月26日—2020年6月25日澆筑數(shù)量為52榀，與目標值相同外，其余兩月均超額完成任務。從平均值看，每月澆筑53.6榀，均全部達標。

同時在預制梁模板安裝、加固及拆除過程中，對每一榀預制梁模板安拆用工時間進行了統(tǒng)計，見表5。

表5 預制梁模板安拆用工時間統(tǒng)計

由表5可知，實施后單榀預制梁模板安拆用工均控制在53工時以內(nèi)，平均值為50.35工時，達到預期目標。

6 經(jīng)濟效益

按照模板采購費用、人工效率提高兩方面分別對傳統(tǒng)普通定型模板和新型預制梁可調(diào)節(jié)整體模板進行對比計算，具體經(jīng)濟效益如下：

6.1 采購費用對比

一套普通定型模板約5.5t，按照7800元/t計，16套模板共5.5×7800×16/10000=68.64萬元，模板設(shè)計費用3000元，合計68.94萬元。

一套裝配式魚道預制梁整體模板澆筑裝置重6.6t，按照7800元/t計，16套模板共6.6×7800×16/10000=82.67萬元，模板設(shè)計費用4500元，合計82.82萬元。

6.2 人工費用對比

一套普通拆裝定型模每榀安拆花費人工為132工時，一套裝配式魚道預制梁可調(diào)節(jié)整體模板平均每榀安拆花費人工為50.35工時。按照實際用工價格，技工每工時35元，普工每工時20元，每榀預制梁技工與普工占比為4:6，則每工時綜合用工單價為26元。共預制256榀預制梁(258榀預制梁中2榀預制梁未采用本工藝施工)，可提高的人工效益為(132-50.35)×26×256/10000=54.35萬元。

6.3 綜合經(jīng)濟效益對比

綜合經(jīng)濟效益見表6。

表6 經(jīng)濟效益對比 單位：萬元

由表6可知，預制梁可調(diào)節(jié)整體模板投入使用后預計可減少成本40.47萬元。

7 結(jié) 語

水電工程往往受山區(qū)地形限制，各類建筑物復雜程度高，大古水電站魚道是國內(nèi)首個在峽谷地區(qū)采用大型鋼管混凝土柱群+裝配式池室的魚道。在施工過程中對預制梁定型模板進行技術(shù)研究，在傳統(tǒng)的預制梁定型模板基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，通過將定型模板設(shè)計成整體翻轉(zhuǎn)式模板，并增加可調(diào)節(jié)的伸縮模板，加快了施工進度，節(jié)約了施工成本，確保了魚道池室預制梁制作強度滿足工期要求，為峽谷地區(qū)的水 電工程的裝配式建筑制作非標件預制梁提供了可以借鑒的成功經(jīng)驗。