白鹤滩电站横缝液压自爬悬臂模板设计

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(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

白鹤滩水电站拦河大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289m。大坝共31个坝段，分左右岸两个标段施工。左岸标1#～18#坝段，右岸标19#～31#坝段。在白鹤滩坝区，显著特点是风力影响较大。据坝区新田气象站资料统计，7级以上极大风速年平均数约为104d，最大风级达12级。且最大风力主要出现在18#～26#坝段，要求模板需满足在大风环境下的安全使用。通过对各种结构模板优缺点分析，确定大坝上下游及横缝模板规划采用液压爬升模板和大型悬臂模板两种类型，其中27#～31#坝段全坝段上下游面及26#～30#横缝面均采用大型悬臂钢模板；19#～26#坝段上下游面及18#～25#横缝采用液压爬升模板。本文主要对横缝液压自爬悬臂模板设计进行阐述。

2 液压自爬悬臂模板设计

2.1 模板设计思路

白鹤滩主体大坝由于地理原因，常年大风，在大风环境下，由于吊车等起吊设备无法使用，会较大地影响施工进度。液压自爬模板使用时自带可靠爬升装置，仅初次和第二次安装需要塔吊或者吊车配合，其余升层均可自爬，提升速度快，单个坝段可整体提升也可单组爬升，安全好控制。依据白鹤滩常年地理环境和施工要求，液压自爬悬臂模板设计时还需考虑解决以下问题：

(1)目前常规薄壁结构施工中的液压自爬模板，侧压力均为通过模板传递给对拉拉杆，而大坝施工时无法穿对拉拉杆，需解决模板结构受力安全，同时模板还需适用大坝横缝宽度从坝底到坝顶在不断变化；

(2)常规液压自爬模板，只能满足6级风及以下使用，此项目设计需满足在8级风时，能满足模板的爬升及使用；

(3)液压自爬悬臂模板顶层工作平台设计需满足放置喷雾机、工具棚、厕所等设施；

(4)现场施工对保温要求高，需解决浇筑后混凝土保温问题；

(5)解决单套和多套模板的顶升同步性，避免碰撞出现安全事故。

经讨论分析，采取以下方法来解决以上问题：

(1)将常规液压自爬模板的爬架与悬臂模板支撑架合二为一，使其承受施工过程中混凝土的侧压力及风荷载。每套模板配置一套顶升系统，当宽度变窄需减少或宽度增加需增加时，只需拆除控制电线即可，方便快捷，不会出现因拆除液压管道发生泄漏等影响环境的情况；

(2)为满足现场施工大风及施工承载要求，将传统的悬臂模板双槽钢竖围檩优化设计成轻型桁架结构，通过对锚固系统及爬升部件进行加强设计，满足其无论在正风还是负风状态压的工况下，均能满足现场8级风的使用要求。模板设置了防风铁丝网护栏和抗风装置，模板背后工作面基本封闭，从而解决现场常年大风对安全和施工进度影响的问题；

(3)为满足在工作平台上放置喷雾机、工具棚、厕所等设施，对上工作平台采取加宽、加强承重支撑的措施；

(4)面板背部小方格内喷涂聚氨酯材料，外部采用1mm厚钢板覆盖，在四周筋板处打孔采用φ4mm弹性圆柱销加固，解决保温问题；

(5)设计每套模板采用一个小型液压站作为模板的提升驱动装置，采用同步马达控制，同时在马达后端增设两个二次调压阀进行调压，达到2支油缸力的平衡，确保同步精度，电磁换向阀安设在同步马达出口管路上。此种系统布置管路短、压力损失小，分散布置。当个别出现问题，不会影响模板整体爬升，系统通过集中控制，可实现单套独自爬升和多套同时高同步性爬升，操作方便、可靠。

2.2 模板主要部件

液压自爬悬臂模板由面板系统、支撑系统、锚固系统、爬升系统及平台系统组成。

2.2.1 面板系统

横缝面板设计成球形键槽模板与平面模板镶接的方式，用螺栓的形式将其固定在面板上，球形键槽可方便地从面板上拆下，以便横缝键槽施工完毕后，横缝面板可以改装成平面模板来使用，可拆卸设计也是为了模板能满足横缝灌浆区能顺利施工。平面模板面板、边框和筋板均采用厚度为6mm的钢板制作，筋板高120mm，模板总厚度126mm。为满足保温要求，面板背部由各筋板分隔形成的方格内填放3cm厚的聚氨酯保温板，表面阻燃处理达到B1级，外部采用1mm厚钢板覆盖，在四周筋板处打孔采用φ4mm弹性圆柱销加固。每块面板上配9个球形键槽。球形键槽用4mm钢板整体压制，成型直径为80cm，背部架设开有螺栓孔的加强筋板。

2.2.2 支撑系统

支撑系统选用D22F加强支撑系统，该系统主要包括D22F加强悬臂支架、桁架围檩、调节轴杆、连接模件、后退装置等部分，悬臂支架和桁架围檩之间通过连接模板、轴杆、后退装置连接。

D22F加强悬臂支架的双[18水平架、双[10斜压杆、双[10竖直杆间通过焊接组成整体。竖直杆与下部悬杆[8间之间通过螺栓连接，其余各部件由轴销和螺栓连为一体。支架前端设置有悬挂头，悬挂板采用25mm厚钢板仿割成型，悬挂口采用喇叭口设计，便于就位安装，悬挂头内设置前后两组滑轮，实现顶升过程顺滑和安全。

桁架围檩主要由[10槽钢和100×4的方钢组焊而成，在轴杆支撑部位，通过14mm厚钢板进行加强连接。围檩上装有调节模件，可实现面板相对于桁架左右和上下调节。每块模板配置2榀围檩，桁架围檩之间通过角钢剪刀撑和组装钢管连接，保证结构稳定。

后退装置为齿条上部扣盖10#槽钢的结构形式，前端通过销轴与连接模板件连接。为满足后退过程中突遇大风出现倾覆，后退装置与连接模板均设有卡板，可实现在支架上安全滑动。后退装置通过与安装在悬臂支架上的齿轮配合，可实现面板系统整体后退平移60cm。

2.2.3 锚固系统

锚固部分包括爬升锥、B7螺栓、蛇形锚筋，设计抗拉拔力能达到290kN。其中蛇形锚筋为一次性消耗件。单套模板一浇筑升层需消耗两套消耗件，其它部件为重复使用件。一套模板使用，需配置6套。爬升锥规格为M42/D32，采用40Cr材质制作，B7螺栓为10.9级高强螺栓，精度等级为B级。

2.2.4 顶升系统

爬升系统包括附墙座、导轨、支撑座、换向盒、液压系统。自爬模板就是通过顶升系统中的液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现爬升运动。

(1)附墙座作为爬模系统传力部件，液压自爬模板和轨道的受力均由其传递给锚固系统。由于键槽之间只有20cm的平面，每个附墙座设计采用一组锚固系统固定。为保证轨道在承重过程中的使用安全，在其上设有下坠挡板，对轨道建立起第二道安全防线。附墙座开设有承重销孔和安全销孔，当自爬模板通过悬挂头悬挂在承重销上后，穿上安全销，可防止模板坠落。

(2)导轨为H型结构，规格为150mm×150mm，导轨设计长度5.8m。腹板上等间距开设有8cm×4cm的长条孔，作为换向盒舌卡的卡槽，为满足现场8级风正常爬升使用、12级风停工安全，轨道采取了加强设计，翼缘板厚12mm，腹板厚8mm，材质选用Q345。为满足爬升时轨道就位稳定，在轨道下部设有轨道尾撑。轨道顶部腹板开设有楔形槽，通过楔形板与附墙座连接，此种结构设计，当单块模板两轨道高程不一样时，可通过楔形板进行适当调节。轨道就位靠近大坝横缝一侧，设有两条形安全挡块，可起安全防坠作用。

(3)支撑座由丝杆、螺母、钢板等焊接而成，安装在支架下支腿处。由于大坝横缝面有球形键槽，为避免丝杆顶到球形键槽里，而无法形成有效支撑，在丝杆前端安设有双[8槽钢承重梁。

(4)换向盒为模板爬升时的承重部件，一套模板需配置四套，通过销轴在导轨上同油缸上、下两端铰接。提升轨道和爬升模板时，换向盒手柄方向需与其对应，不然无法实现爬升。换向盒舌卡材质为16Mn厚30mm，靠压缩弹簧回位，摆动回位行程幅度大，便于在爬升过程中进行观察。

(5)液压系统由小型液压站、电控系统、管路、油缸等组成。

①小型液压站由油箱、油泵、过滤器、电机、支架、油路集成块、电磁换向阀、单向阀、溢流阀、二次调压阀、液压马达以及管路附件组成。为了防止现场冲仓等操作污染泵站，泵站上部设有钢质防护盖。

②液压系统采用电气集中控制，一个电控柜可控制五套模板的液压系统。电控系统具有过压、欠压、短路、过热保护、缺相等保护。电控箱上设有急停按钮，设有5个启动按钮、5个停止按钮，分别控制5套模板泵站的启停，设有三个转换开关，其中两个开关分别控制5组模板中的一个油缸，然后另一个总的转换开关再控制下级的两个转换开关实现5组模板10个油缸的单动、联动控制。电控箱配有电压表、电流表，可方便直观观测运行中的电压、电流变化，方便对运行过程进行监测。电机选用三芯四线控制电缆，电磁阀选用六芯控制电缆。

③每套模板单独有一套液压系统，液压系统设计参数如下：

系统设计压力：16MPa；油缸规格：HSGL63/40E-280；单根油缸顶升力：≥6T；电机功率：2.2kW；电机电压：380V；液压油：LH-46；两相邻机位油缸顶升同步精度：1.5%；爬升速度：30cm/min，完成3m一个循环升层约30min。

2.2.5 平台系统

模板平台系统共设有4层，上层和中层采用花纹钢板网进行铺设，下面两层吊平台由钢板网铺设。上层和中层平台背部架设有1.9m高围护钢丝网，下面两层平台设为全封闭形式，实现很好的保护施工人员的安全。钢丝网竖筋直径为5mm，水平筋直径为2mm，钢丝网与方钢梁之间通过U型螺栓和方形垫片连接。中层平台为合拆模操作平台，吊一层平台为液压操作平台，吊二层平台为修补平台，可对局部混凝土及时进行修补。模板的四层平台之间，通过爬梯错位相连，每条横缝布置两个通道，方便施工人员上下通行。

上层平台设计宽度为1.9m，下部铺设40×4方钢加强筋，通过C型卷边槽钢将力传递给桁架围檩上的100×4方钢主梁，设计承载可达到2t，从而可满足喷雾机、工具棚、厕所、通行栈桥等设施放置。模板相邻平台之间间隙为10cm，每套模板顶层平台一侧设有活页盖板，当爬升就位后，将其翻转搭接到相邻块模板平台上，可实现顶部平台完全封闭，避免小物件掉落伤人，安全可靠。

3 结语

液压自爬悬臂模板于2017年7月投入运用，已完成多仓使用，现场爬升过程平稳，操控简单，就位速度快，安全可靠，浇筑成型质量好，特别是施工不受外部环境的影响，较好的满足现场施工进度及质量要求。笔者结合液压自爬悬臂模板实际运用情况总结出以下几点优点：

(1)横缝液压自爬模板始终与大坝结构保持连接，模板爬升平稳，同步性好，不安装液压系统时，亦可当传统悬臂模板使用，综合应用效果好，此模板结构单套成独立完整体系，周转装拆灵活性好；

(2)全程无需使用外力提升，风力小于8级不影响模板提升，爬升时工人直接站在爬模里，无风险；

(3)抗风能力强，悬臂支架与爬升系统可靠连接，爬升系统与墙体保证两个连接点，无需额外设置缆风绳；

(4)可平移后退，避免常规悬臂模板后倾拆模损伤混凝土，混凝土表面质量好，同时退模空间大，利于清理模板表面混凝土；

(5)采用封闭走板，物料颗粒、小配件等不会掉落，外观整齐美观。