悬臂式钢架塑料大模板在大坝混凝土浇筑中的应用

(安徽惠农建设集团有限公司，安徽 六安 237000)

1 工程慨况

硃砂冲水库地处硃砂冲河上游，位于安徽省六安市金安区毛坦厂镇东南方向4km硃砂冲村，控制流域面积3km2，总库容580万m3。水库设计防洪标准30年一遇，校核防洪标准300年一遇,设计洪水位215.80m，校核洪水位216.80m。水库由大坝、溢洪道、引水涵管等组成。主坝为混凝土重力坝，最大坝高39.80m，坝顶高程216.80m,坝顶宽4m，坝顶线长146m。正常溢洪道设在大坝中间位置，泄洪方式采用坝身表孔自由溢流，为1孔20m宽的溢流堰，堰顶高程215.00m，溢流总净宽20m，最大下泄流量75.10m3/s，堰体采用WES型堰面。泄洪洞位于大坝左侧4号坝段，为1孔1m×1m闸门控制直径1m圆形压力钢管，进口底高程185.50m，洞长38.83m，设计流量14.52m3/s。发电输水涵洞位于大坝3号坝段位置，为1.50m×1.20m闸门控制内径1m的圆形压力钢管，进口底高程185.50m，洞长38.83m，最大流量14.52m3/s。硃砂冲水库保护着六市金安区毛坦厂镇6万人，6万亩农田，G105国道、S258省道公路的安全。硃砂冲水库是一座以城镇供水为主，兼顾改善区域生态环境等综合利用功能的小(1)型IV等水库。

硃砂冲水库2016年3月正式开工建设,2017年4月关闸蓄水,2017年12月竣工验收。

2 传统模板形式

目前，混凝土坝面浇筑常用模板形式主要有三种：采用对拉螺栓将钢模板组合连接而成的半悬臂形式、翻转(升)模板的全悬臂形式、多卡模板的全悬臂形式。

半悬臂模板和翻转模板在每层模板上均设有预埋螺栓(或拉筋)。使用时，上下层模板连接，下层模板依靠预埋的螺栓承担上层模板的作用力。浇筑完成后，将下层模板翻转到上部，变为上层模板，而原来的上层模板则在下部发挥原下层模板的作用。其技术工艺较为传统，安装工艺简便，但需要使用上下两层模板，模板投入量较大。

多卡模板上部结构为模板部分，下部为支腿部分。安装时，于固定位置预埋螺栓，通过卡式结构将下部固定到混凝土壁上，承受模板的侧压力，固定和松模均采用楔块敲击。其技术较为先进，安装速度快，但各种构件造价较昂贵，并且工艺稍显复杂。

3 悬臂式钢架塑料大模板施工工艺原理

砂冲水库工程大坝为常态混凝土重力坝。根据本工程特点，对传统模板缺点改造后，研发了一种新的悬臂模板——悬臂式钢架塑料大模板。

悬臂式钢架塑料大模板施工工艺原理为：

a.上部结构为模板部分，下部为支腿部分，将上下两部分整合为整体结构，增加结构刚度。模板钢架与防护架设计为整体钢结构，塑料面板用螺钉加环氧树脂胶固定在整体钢结构上。

b.在基础混凝土浇筑完成并预埋高强螺栓和锥形螺母后，塔吊机吊起已组装好的模板(预埋螺栓预先固定在上部结构的预定位置)，利用卡式结构将下部钢架(梁系)通过螺栓固定到预埋在混凝土壁锥形螺母上。此时，高强螺栓承受模板传来的混凝土侧压力、工作荷载和模板自重。

c.安装和拆卸时，用校正丝杆调节模板倾斜度或松模。此模板防护架拆除后颠倒过来，用普通模板加固方法进行加固后，可用来浇筑基础混凝土。本层混凝土浇筑完成36小时后，将本仓模板逐一拆除，用塔吊机提升一个升层，逐一安装，依次循环。

4 模板构成

悬臂式钢架塑料大模板由塑料面板、钢架(包括支腿)、防护架(含走道板、爬梯、栏杆、防护网等)、承力螺栓、校正丝杆等构成(模板结构分别见图1～图3)。承力螺栓部分，除预埋螺栓外，其他部件均可拆卸周转使用，而且螺栓分节安装，适应模板提升与受力的不同阶段。

图1 垂直面模板结构图注 1—水库大坝；2—受力主梁；3—防护板；4—防护架；5—预埋高强螺栓；6—校正丝杆；7—横向次梁和固定模板收缩紧固装置

图2 斜面模板结构图注 1—水库大坝；2—受力主梁；3—防护板；4—防护架；5—预埋高强螺栓；6—校正丝杆；7—横向次梁和固定模板收缩紧固装置

图3 梁系布置图注 2——边梁；6——校正丝杆孔；7——紧固螺栓孔；8——受力主梁

4.1 面板

本工程大坝上游面铅直，下游面坡度为1∶0.75，整个升层水平上升。确定混凝土上、下游面升层高度和垂直高度均为1.50m，单块模板水平宽度为2m。幅面：上游为2m×1.60m，下游为2m×1.875m。模板面采用15mm厚的高强度PVC发泡塑料板制作(PVC发泡板是双面结膜中心发泡的新型板，板厚15mm，具有板质轻、刚度高、可回收再利用等优点)。同时，在钢架上模板四周焊制钢板条框架，形成嵌入式面板和独特的分缝线，以保护模板，减少混凝土漏浆，便于模板提升对位，提高混凝土外观质量。

4.2 钢架

塑料面板背面主梁采用2根L型80×8及6根80×60×8方钢(间距280mm)焊接形成，次梁为钢架背面2根[型140×53背靠背横梁。

4.3 防护架

模板钢架外侧用方钢、角钢焊制爬梯、栏杆，并铺设走道板组成工作防护架。防护架内设上下两层操作平台，底部杆件微倾，上部栏杆水平，铺设走道多层板，便于安装拆卸承力螺栓。

4.4 承力螺栓

承力螺栓为组合形式，由预埋螺栓、锥形螺栓、承力双槽钢(横向次梁)和紧固螺栓等部件组成，如图4所示。

图4 承力螺栓组合图

4.4.1 预埋螺栓

预埋螺栓的不可拆卸部分，预埋于混凝土中，是承力螺栓固定的部分，包括猫爪和螺栓两部分。预埋螺栓均采用直径25mm高强钢筋，长89cm。上游面采用1排2φ25@1000钢筋，猫爪是1φ16钢筋(每根长0.5m)，间距1000mm(两端500mm)；下游面采用1排2φ25@1000钢筋，猫爪是1φ16钢筋(每根长0.5m)，间距1000mm(两端500mm)。预埋高度在预浇筑混凝土面下300mm。

4.4.2 锥形螺栓

锥形螺栓是承力部件和活动部件的连接杆，包括锥面和退栓卡槽。其锥头与预埋螺栓的栓杆栓接，尾部与承力双槽钢栓接。混凝土浇筑完成36小时后，将紧固螺栓从承力双槽钢旋出，用工具卡通过退栓卡槽将锥形螺母旋出，以重复利用。

4.4.3 紧固螺栓

紧固螺栓是承力螺栓的锁定紧固部分，包括φ25高强螺栓、钢板垫片(厚15mm)和螺母，将模板传递来的拉力传递到承力螺栓。

4.4.4 校正(脱模)丝杆

撑杆螺栓设于支腿下部，其作用是拆模时旋进螺栓将模板脱离混凝土面。另外，通过脱模丝杆的旋进旋出，可调整模板倾斜度。校正丝杆采用φ22圆钢开丝加工而成。

4.5 附属结构

附属结构主要是模板爬梯、走道板、栏杆、安全网等，是方便施工、安全操作的需要。模板走道板设两层，即底层和上层。两层走道板均采用木多层板，既方便施工行走，又可当防护网。上层走道板开进人孔。上游模板单块质量1.1t，下游模板单块质量1.22t。

5 结 语

悬臂式钢架塑料大模板为悬臂模板的创新，考虑了传统悬臂模板和多卡模板的特点,综合了翻转模板和多卡模板的优点，同时将面板改用高强的PVC发泡塑料板材料，进行必要改进而来，具有如下特点。

5.1 在水利工程施工中引入环保材料

模板的面板材料采用高强PVC发泡塑料板，既方便使用(轻便)、维修和更换、可回收再利用、绿色环保，又节省单方造价。

5.2 悬臂结构省工省料

采用悬臂结构，利用模板自带钢架(梁系)和承力螺栓体系，将新浇筑层的混凝土侧压力和模板自重等荷载传至已浇48小时的混凝土上，无需使用其他材料(如钢筋、钢管、型钢等)搭设支架、脚手架等设施；每个施工单元(500～700m3)只需4人(1个起重工，2个安装工，1个信号工)，完成拆、装、校正只需8～10小时，达到了省工、省料、节约造价的目的。

5.3 结构安全可靠且利用率高

预埋螺栓垂直于水平受力槽钢，且预埋螺栓的一端嵌入大坝内，另一端通过紧固螺母和锥形螺母夹持在水平受力槽钢上，安全可靠。预埋筋为全丝T牙高强螺纹杆结构，宽丝牙能提高螺栓丝牙的抗剪强度。锥形螺母为全钢内丝螺母，中部设定位销，保证两端螺栓旋入位置准确均衡，确保模板的整体安全性。锥形螺母可以使用专用工具拆除多次使用，紧固螺杆、螺母及垫片均可拆除多次使用，重复利用率高。

5.4 操作安全可靠

结构钢架外设安全防护架，外罩安全网。同时，为加强塔吊机操作工与安装工间的沟通，在塔吊机上配备了成套的音视频设备，减少塔吊机操作盲目性，确保模板安装、拆卸操作安全。

悬臂式钢架塑料大模板在六安市金安区硃砂冲水库工程和太平水库工程中进行了成功应用，取得了良好的质量效果和经济效益，可在水利、交通、市政和建设工程等高大混凝土工程施工中推广应用。