新政航电工程尾水扩散段模板及支撑系统设计与安装

金国政

(中国水利水电第七工程局有限公司第三分局，四川 郫县，611730)

新政航电工程尾水扩散段模板及支撑系统设计与安装

金国政

(中国水利水电第七工程局有限公司第三分局，四川 郫县，611730)

水电站厂房尾水管扩散段弧线段多于直线段，断面各异，模板设计难以做到标准化、系列化；同时要保证模板及支撑系统的设计具备足够的稳定性、刚度和强度，以保证浇筑混凝土结构面的形状、尺寸与相对位置符合设计及相关规范规定；模板设计、加工和现场安装难度较大。本文对新政航电枢纽工程厂房尾水扩散段模板设计与施工方案进行了总结，可为类似工程施工提供参考。

厂房流道 尾水扩散段 模板设计 模板安装 新政航电工程

1 工程概况

新政航电枢纽工程位于四川仪陇县新政镇境内的嘉陵江干流上，紧邻南部县，由左岸挡水坝段、船闸、厂房、三孔冲砂闸、十三孔泄洪闸和右岸土石坝组成。电站为河床式电站，共装机3台36MW灯泡贯流式机组。厂房坝段位于主河道，由上游进水口、主副厂房、安装间、下游防洪墙及尾水渠组成，轴线长112.3m。主厂房尺寸67.3m×27m×49.88m(长×宽×高)，主机间净宽20.5m，基础高程283.5m，顶高程336.6m，最大高度56m。机组安装高程298.50m，流道总长53.063m，流道底板以上沿水流方向设置两道临时施工纵缝，将厂房分成三部分：进水口段、机组中段(主机段)、尾水管段，机组中段预留机组管形壳二期混凝土回填部分。

2 尾水扩散段模板设计的总体思路

新政航电枢纽工程厂房流道尾水管段全长17.658m，根据厂房流道设计特点及临时施工缝情况,考虑到上游接钢衬锥管段处有0.475m(坝0+47.175m～坝0+47.65m)的二期混凝土，坝0+64.407m～坝64.833m为尾水门槽部位。此部位在前期施工中不需作模板设计，即尾水扩散段模板设计实际长16.757m。尾水扩散段最大净空尺寸11.044m×12.97m，沿水流方向顶部高程以8.31%的坡比从高程303.327m变至304.756m，边墙到流道中心线距离以9.61%的坡比从9.6673m变至

图1 机组流道示意

12.8922m。其底部高程同在293.712m；尾水扩散段圆锥的圆心轨迹由空间四折段组成，则锥面各段展开图各不相同。

根据本工程尾水管扩散段尺寸大小及相关技术规范要求，同时便于尾水扩散段模板的制作及安装，尾水管扩散段混凝土浇筑共分了七层(高程292.8m～305.727m)。第六层考虑在M-M(坝0+55.791m)处设临时施工缝，此处上游混凝土浇至高程304.265m，下游混凝土浇筑至高程304.004m；第七层尾水管顶拱须全部混凝土封顶。尾水管扩散段混凝土分层示意见图2。

图2 尾水管扩散段混凝土分层示意

考虑到尾水管扩散段锥面圆心轨迹由空间四折段组成，拟将其模板分成四块进行设计；从尾水管扩散段的结构图可知，在L-L剖面至P-P剖面边墙、顶拱及底板的平直段范围相对较大，拟将此范围内的模板采用常规模板拼装。尾水管扩散段模板分块设计详见图3、图4。

图3 流道纵剖面

图4 流道平面

2.1 尾水管扩散段模板分类

为便于模板加工制作及现场安装，拟将尾水扩散段模板设计分成四类模板，即：(1)底部模板(高程293.712m～296.066m)；(2)边墙靠上部位模板(高程298.4m～302.127m)；(3)边墙靠下部位模板(高程294.913m～298.4m)；(4)顶拱模板(高程302.127m～304.72m)。

3 锥形面板及支撑系统设计

3.1 锥形面板设计

结合面板受力分析与面板整体拼装的方便,拟将支撑模板面板的每榀桁架间距设计成95.8cm，模板面板材料选用东北落叶松,面板厚度5.5cm,以便于在直线段处与常规钢模板进行拼装接缝。面板强度、刚度校核则按面板最大单跨受1.5m厚混凝土均布荷载计算。从而确定面板的跨度，即每榀木桁架的最大间距。另考虑到尾水管扩散段端头须立模，故将上、下游端头面板挑出10cm作为上、下游模板固定平台。

对用木模板施工的面域进行展开，画平面展开图，计算其展开半径、圆心角等数据，结合桁架的布置进行分块并编号，在放样平台上以1∶1的实际比例放样。加工木板条制作面板详见图5。

图5 加工木板条制作面板

3.2 桁架设计

木桁架材料选用东北落叶松。根据尾水管扩散段各断面的结构尺寸、面板受力情况及其支撑系统受力情况，确定各榀桁架的结构形式；上弦杆拟选用6cm×15cm方木，腹杆及下弦杆拟选用6cm×9cm方木。

根据流道层尾水管扩散段的分块，我们拟把尾水管分成19个断面(如图6所示)。取最薄弱的部位对桁架各弦杆的强度、刚度进行校核。经过受力分析可知1号断面(坝0+47.65m)处的顶拱桁架受力最大。根据确定好的每榀桁架最大跨度，推算在实际浇筑混凝土荷载作用下的上弦杆最大结点间距，从而确定腹杆的位置。桁架上弦杆既要满足强度要求又要满足刚度要求，且与面板材料要很好的固定与接触。对上弦杆强度、刚度校核时，把弧线段简化成直线段进行计算，边墙按图7简化，顶拱按图8简化，弦杆结点为铰结点。经过计算，确定出上弦杆的结点间最大距离，以此距离确定腹杆的位置，并对腹杆的强度和刚度进行较核。在确定腹杆的尺寸和位置后，根据力的传递性确定下弦杆的尺寸和位置，并对下弦杆进行强度和刚度校核。

图6 断面编号及杵架布置

图7 边墙桁架受力简图

注：q为侧压力，H为浇筑高度，h为有效压头。

图8 顶拱桁架受力简图

注：q为混凝土压力，按实际尺寸推算。

4 不同部位模板与支撑系统设计

4.1 顶拱模板与支撑系统设计

考虑到L-L剖面至P-P剖面顶拱直线段施工区域相对较多，拟将流道层尾水管扩散段顶拱模板及支撑系统分成两类。

4.1.1 断面1～7号(坝0+47.65m～坝0+52.919m)

此段采用预埋工字钢支撑木桁架施工。工字钢采用I28mm，置于垂直水流方向，两头各埋入混凝土中50cm。在工字钢上顺水流方向摆放槽钢[16a，其上用10cm楔子调整桁架位置。I28mm工字钢则用3根φ108mm钢管支撑。

此段顶拱施工要点。在浇筑底层时，预埋用于固定φ108mm钢管的钢板；I28mm工字钢与φ108mm钢管一同安装到位，并与边墙桁架固定；φ108mm钢管的腰间沿水流方向用三道∠40×4角钢联系，其横向用φ16mm钢筋配合对拉螺杆与边墙模板拉筋头紧连接；桁架间用φ48mm架管形成纵横联结体系。

I28mm工字钢预埋高程301.587m，顶拱桁架设计高程302.127m。便于桁架现场安装就位，把同断面顶拱桁架设计成两榀，两榀桁架间留出10cm，在安装时，用10cm木楔子对桁架位置进行调整，并用多道帮扎丝帮接。

4.1.2 断面8～19号(坝0+52.919m～坝0+64.407m)

此段顶拱用常规钢模板和预制木模板组合施工，考虑此段木模板的宽度不大，拟预埋[10mm槽钢作操作平台，在[10mm槽钢顺水流方向上摆

放[10mm槽钢，后用10cm木楔子调整桁架高度，[10mm槽钢预埋高程为301.827m，模板设计高程302.127m。直线段支撑采用满堂红架施工，弧线段支撑采用蛇形柱内拉内撑，拉杆固定施工。蛇形柱主筋选用φ25mm钢筋，蛇形筋选用φ16mm钢筋。蛇形柱须进行强度、刚度校核，以确定用于固定模板的拉杆和螺栓的型号及数量。此段顶拱为组合模板施工，故设计时未考虑同断面两榀木桁架间预留安装空间。

满堂红架施工主要采用以下形式：用φ48mm架管搭设水平间距80cm×80cm，垂直间距150cm的满堂红架，在架管顶部上垫60cm×60cm方木，把常规钢模板置于方木上，并用木楔子调节模板的位置。满堂红架施工形式如图9。

图9 满堂红架施工形式

拉杆内拉固定木桁架形式如下：拉杆置于与下弦杆相交的腹杆结点处，并用三根φ48mm架管和垫片与木桁架一同来固定拉杆。

4.2 底部模板与支撑系统设计

由于同断面弧线段半径相同，且断面对称，因而拟把底部弧线段模板设计成与顶拱一致，其支撑系统主要采用蛇形柱内撑、拉杆内拉的形式，直线段直接收面。

5 边墙模板与支撑系统设计

5.1 边墙靠上部位(高程298.4m～302.127m)

此部位弧线段的模板支撑系统主要采用蛇形柱内拉，直线段采用蛇形柱内撑、拉杆内拉。施工时预埋槽钢[10mm作为操作平台，并用10cm楔子来调节桁架位置。

槽钢[10mm的预埋位置A:坝0+47.65m～0+58.663m，预埋高程298.20m，间距0.958m埋入混凝土中0.40m，伸出混凝土1.00m；模板设计高程298.40m。B：坝0+58.663m～0+61.535m，预埋高程300.10m，间距0.958m埋入混凝土中0.40m，伸出混凝土1.00m。模板设计高程300.30m。C：坝0+61.535m～0+64.407m，由于此段边墙为常规模板施工区域，因而不需要操作平台。

5.2 边墙靠下部位(高程294.913m～298.4m)

弧线段主要采用蛇形柱内撑、拉杆内拉形式进行施工，直线段采用单排脚手架常规钢木模板施工。弧线段模板的固定与底部模板的固定形式一致，此时的蛇形柱只起支撑作用。

6 模板及支撑系统制作与拼装

6.1 模板及支撑系统制作

加工厂选在新政航电枢纽工程下游3km左右，紧邻砂石筛分系统的木材加工厂内。在加工厂里用木板材料铺设一个7m×7m的放样平台。为及时满足现场对木桁架和木模板的需求，在加工厂区域设置了2个加工平台。

先在放样平台上按设计图纸放样，后在加工平台上制作桁架和面板。

6.2 模板整体拼装

为缩短工期，减少现场模板施工量，拟把流道层尾水管扩散段的木模板分成七段进行加工。其中，四段在木材加工厂内整体拼装，即为以下断面间的模板：断面1～6号、7～12号、13～15号、16～19号。模板整体拼装时，须注意各桁架间必须设纵横连接体系。断面6～7号、12～13号、15～16号间的面板单独制作，现场安装。

6.3 模板及支撑系统现场安装和拆除

需整体拼装部位的模板和桁架在木材加工厂拼装，后用吊车辅助运输车将其运到施工现场，再用门机吊装就位。未拼装部分在现场拼装，尺寸要严格控制。安装位置由图3、图4和图6及4所述内容来确定。

边墙和底部模板施工，在边墙桁架固定的同时，将支撑顶拱模板的满堂红架(断面L～P)或支撑顶拱桁架的承重平台I28mm工字钢及φ108mm钢管(断面J～L)一同安装到位，并与边墙桁架固定。桁架间用φ48mm架管联系形成纵横连接体系。

当混凝土达到28d龄期后，先解除各榀桁架间的纵横联系，再用人工配合机械拆除桁架和面板，将桁架和面板吊离流道，转至其它机组继续使用。

7 结语

水电站厂房流道层尾水管扩散段模板设计，应根据厂房尾水过流面由变直径圆过渡到圆变方形，体态不规则的特点，按设计及技术规范进行加工，以保证桁架和面板条制作的精确度。新政航电工程厂房尾水扩散段模板设计，依据其工程设计特点和现场条件，采取相应的设计思路和安装方法，取得了较好的效果，满足了施工工期及混凝土浇筑质量的要求。

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金国政(1977-)，男，安徽肥东人，工程师，从事水利水电工程施工技术和管理工作。