水电站拱坝悬臂结构悬挑支模技术方案浅析

常耀华 米清文

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都 610081)

水电站拱坝悬臂结构悬挑支模技术方案浅析

常耀华 米清文

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都 610081)

介绍了水电站拱坝悬臂部位立模的多种方案,比较有代表性的如溪洛渡、构皮滩和锦屏工程。溪洛渡与构皮滩的悬臂结构部位立模方案大部分一致,在导流底孔下游悬臂部位采用预制模板,在底孔、深孔悬臂倒悬部位采用外撑、内拉的立模方式;锦屏工程在导流底孔悬臂采用了爬升大模板,其他坝身泄流孔洞倒悬部位采用内拉立模方式,取得了成功,保证了施工安全,也降低了施工难度和施工成本,具有借鉴意义。

水电站大坝 泄流孔洞 悬臂结构 倒悬模板 立模技术 浅析

1 概述

水电站拱坝由于坝身布置泄流孔洞及工作闸门、检修闸门等,所有拱坝孔口坝段坝体布置有很多悬臂结构,这些悬臂结构有的悬挑长度达到了20余米,有的悬臂坡度缓,接近1:1.3。悬臂结构混凝土施工的难点在于高空作业,下部支撑难于布置,模板受力大,安装和拆除困难,风险大。且拱坝孔口部位较多,悬臂结构尺寸不一,难于实现模板和支模方式标准化。悬臂结构不但承担非常复杂的设计荷载,而且要承担较大的施工荷载,保证悬臂结构施工过程中的模板稳定、安全是保证施工质量、施工安全和结构安全的主要因素,是施工方案设计最需关注和专门设计的部分。

2 水电站坝体悬臂结构支模方案分类

在悬臂体的混凝土浇筑施工中,一般采用两种方式固定浇筑仓。一种采用下部支撑法,这种方式适用于悬臂体位置距离支撑基础高差较小的情况。此时,所需的支撑杆件相对来说较少,较经济,而且支撑在固定基础上有利于支撑体系的安全;一种是悬挑方式,对于悬臂体较高的情况,难以采用下部支撑法,适合采用悬挑方式。因悬挑结构简单,方便加工和安装,减少成本,此外连接点数量少,可降低出现问题的概率。对比国内同类水电站大坝工程悬臂结构,悬挑方式支模主要有预埋钢桁架外撑式模板、悬臂爬升模板、混凝土预制模板和内拉式模板等支模方式。

图1 溪洛渡水电站拱坝牛腿外撑支模方式

3 水电站坝体悬臂结构悬挑支模方式分析

3.1 预埋钢桁架外撑支模方式

悬臂结构施工模板采用外撑装配式钢结构模板,该模板在悬臂底部相应位置按0.75米间距预埋锚固件,然后安装角架形成施工平台,在施工平台上安装符合悬臂结构体形的钢桁架结构,再在其上设置围柃后安装小钢模面板。外撑式模板三角架及桁架均在加工厂加工成型后运输至仓内,采用汽车吊吊装,待悬臂结构混凝土施工完毕后,先用人工将小钢模面板及围柃拆除,再用卷扬机配合汽车吊将钢桁架及三角架拆除。详见图1。

外撑装配式钢结构模板与传统的内拉式散模相比,取消了模板内拉筋及支撑立柱,减少了对混凝土浇筑的干扰,每层模板均设置有操作平台,在模板拆除时安全快捷。这种模板支撑方式,在溪洛渡、构皮滩水电站拱坝均有采用,其安全系数较大、可靠性高、施工规范、现场作业量少,后期缺陷处理工程量较少,支模系统整体性好,作业安全。在悬臂坡度缓的情况下可以和内拉支模方式结合使用。

但这种支模方式存在不足:一次性投入量大,成本高;拆除需要采取专门措施;采用吊车钢桁架拆除时,下部桁架搬动幅度太大,可能造成设备倾覆,安全隐患大;制作、安装桁架复杂,耗时多;由于桁架重量大,本身的重量会增加锚筋尺寸和桁架构件尺寸等。

图2 锦屏水电站3.0m升层大倒悬液压自爬模板爬升支模

3.2 悬臂爬升模板

悬臂爬升模板基本原理是将大坝模板作为承受混凝土自重、侧压力以及施工荷载的主要受力构件,自动爬架为坝模爬升提供动力,自动爬架爬升的同时带动大坝模板爬架上升并依靠导轨为坝模自动重新就位。仓内不设内拉条,所有荷载均由大坝模板承担。其支模方式在锦屏一级右岸大坝4#导流底孔下游牛腿结构宽度为16.2米,结构高度约30米,倒悬角度54.50°,坡度约1:0.713,牛腿浇筑分层按照3米升层施工中成功运用。详见图2。

这种模板方式技术先进,具有创新性,模板安装现场作业量少,能保证混凝土外观质量,作业安全性高,较外撑模板的方式其更加科学。但首层需采用内拉支模方式进行浇筑,同时需设计专门的爬升模板,一般需专业模板厂家设计加工,模板周转次数少,费效比低,系统复杂,操作不够简便,对于悬臂坡度变化要进行专门校核。

图3 构皮滩水电站拱坝牛腿预制模板支模

3.3 混凝土预制模板

预制混凝土牛腿模板,是一种古老的悬臂结构支模方式,在过去经常采用,目前的施工组织设计专著里仍有介绍。构皮滩水电站拱坝的表孔、中孔、底孔进水口倒悬由于高度小,坡度陡,采用了改良的混凝土预制模板。预制模板在混凝土预制厂预制,工厂化作业,预制件的模板采用定型化的组装模块。

安装前按施工缝要求处理下层混凝土面,铺砂浆找平垫实,以保证模板稳固及与下层混凝土牢固结合。按施工详图将预制混凝土模板安装在指定的位置上,精确就位,确保预制模板的外露面,特别是接缝处的平整美观;然后用砂浆封填预制混凝土模板之间及预制混凝土与建筑物间的缝隙。预制混凝土模板往往作为结构混凝土的一部分,不再拆除。详见图3。

预制模板具有立模快速、能够保证外观质量的特点,但其制作精度要求较高,相对现立模板成本高,且其对于混凝土内部裂缝、渗水点的判断分析处理难度大。一般情况下,为了处理渗水点、裂缝,很多工程已不允许采用预制模板。同时预制混凝土面板可能跟面层钢筋有一定冲突,需要修改面层钢筋的布置。

3.4 内拉式支模方式

悬臂结构倒悬部分采用内拉式支模方式是一种常见的支模方式,其包括前置拉筋、悬挑支撑体系(钢构架)、后置拉筋三部分,通过前后拉筋将模板承担的混凝土压力转换为支撑构件的压力。一般在下层浇筑仓面先预埋承压立柱构件,前置拉筋连接模板围囹和立柱,后置拉筋连接承压构件和预埋在混凝土里面的插筋,立柱与模板围檩之间的拉筋和仓面立柱与埋设在仓内混凝土锚筋之间的拉筋中间均设置有可调节伸缩的法蓝螺栓,以便调整模板规格,收紧拉筋。法蓝螺栓均进行专项结构设计,制作好的法蓝螺栓验收合格后才能使用。拉筋直径及其与立柱的连接角度、立柱材料和规格也需进行专门的结构设计,其稳定性要满足要求。这种支模方式一般采用的是散装钢模板,模板外围囹较密,前置拉筋与围囹采用双蝴蝶扣和双螺帽,或者设计专门的卡具。

一般立柱与拉筋对应,不考虑受侧向拉力。为增加系统整体性,在立柱间再设置横向联系筋。这种支模方式,构件加工简单,安装基本不用机械,易于操作,成本不高,立模速度较快,实践证明其具有高度的可靠性,能够保证施工安全及后期缺陷处理的需要。适用范围较广,可以和外撑结构联合作用用于倒悬坡度较缓的情况。主要缺点就是计算复杂,一般采用结构力学软件计算后还要进行人工计算进行复核,节点焊接质量要求严格,现场焊接工程量大,拉筋和立柱埋入混凝土中不能回收,材料消耗多,模板围囹设置较多,拉模筋要采用双螺帽。其后置拉筋延伸较远,对仓面机械化施工有较大干扰。该支模方式在锦屏一级拱坝坝体各孔口上下游悬臂牛腿施工中得到了成功运用。详见图4。

图4 锦屏水电站拱坝表孔下游牛腿倒悬内拉式支模

4 实施效果及结论

拱坝孔口悬臂倒悬部位施工是拱坝施工的难点,主要体现在倒悬部位的立模上,采用内拉式支模,虽然受力计算比较复杂,但其操作简便,易于加工,与周边备仓作业互不干扰的优点,施工备仓速度较快,不局限于大型吊装设备辅助,在一定坡度范围使用有较大优势。但不同的倒悬坡度,必须进行校核计算,采取合适的拉筋直径和立柱型式。通过对不同工程中预制模板、外撑支模、悬臂爬升模板和内拉支模的成功运用比较分析,在工期紧张、仓面面积不大,人力资源丰富的情况下建议采用内拉式支模方式。锦屏拱坝在表孔下游倒悬坡度达到1:1.2799的情况下,采用了内拉式的支模方式,保证了施工安全,也降低了施工难度和施工成本,具有借鉴意义。

常耀华,男,陕西宝鸡人,2004年毕业于西安理工大学,工程师,现任水利水电第七工程局有限公司锦屏施工局副总工程师兼技术部主任,主要从事水利水电工程施工与管理。

米清文,男,陕西渭南人,1993年毕业于武汉水利电力大学,教授级高级工程师,现任水利水电第七工程局有限公司锦屏施工局副

局长兼总工程师,主要从事土木工程施工与管理。