杨房沟水电站大坝牛腿倒悬部位预制模板设计与应用

文章介绍为改善杨房沟拱坝牛腿倒悬部位模板安拆步骤繁琐、风险较大等问题，创新了一种混凝土预制模板施工技术。该预制模板结构包括钢筋混凝土面板、内支撑桁架、预埋锚固件及连接件，钢筋混凝土面板采用C40混凝土进行预制，内支撑桁架制作好后与面板拼装焊接，预埋件按照控制精度埋设在先浇混凝土中，再与内支撑桁架进行连接。经杨房沟水电站工程实践可知，该结构施工难度较低，施工安全性得到大大的提高，同时降低了施工投入，可为其他项目倒悬部位模板工程施工提供参考。

杨房沟水电站; 大坝 ; 牛腿; 预制模板; 施工技术

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[定稿日期]2021-09-03

[作者简介]范维（1981～），男，本科，工程师，从事水利水电与市政工程施工技术与管理工作。

1 工程概况

随着我国水资源的快速开发利用，为国家发展提供清洁能源的水电站开始向西部复杂山区转移建设，越来越多的拦水大坝选择混凝土拱坝这一坝型。混凝土拱坝的溢流及泄洪通道都设置在坝体之上。为实现水流挑流，避免水流对坝体造成侵蚀，需在溢流及泄洪通道两侧设置牛腿。牛腿结构体型复杂、多变，对模板设计要求高，施工难度大[1]。因此，选择合适的牛腿模板对水电站的施工质量、效率有着重要的意义。

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，工程规模为大（1）型，其坝型为混凝土双曲拱坝，坝高155 m，坝体共设置三个中孔，四个表孔，中孔及表孔皆设置有牛腿，因牛腿结构复杂、工期紧张、施工强度高，若采用传统现浇混凝土方式形成坝体牛腿，受备仓时间、资金投入、模板安拆难度、质量安全风险等因素制约，很难满足拱坝建设施工要求，故需要一种高效、安全、经济、简单的牛腿倒悬部位施工技术为杨房沟水电站拱坝牛腿施工提供帮助。

通过查询国内外相关工艺的施工经验，发现在白鹤滩水电站、善泥坡水电站以及溪洛渡水电站都有着成功应用预制牛腿模板的经验。

白鹤滩水电站拦河大坝坝身具有6个导流底孔、7个泄洪深孔和6个泄洪表孔等泄洪设施。面对其结构复杂、交通条件差，工期紧、施工强度高等不利条件，采用预制混凝土模板技术施工后，节约了大量劳动力和设备投入，共节约工期约946 d[3]，钢结构制安部分增加，质量安全风险显著降低，施工进度和效率明显提升。

善泥坡水电站大坝坝型为碾压混凝土双曲拱坝，有3个泄洪表孔。上、下游均为悬挑结构。为解决立模困难、施工进度、危险度高等问题，表孔上、下游 6 个牛腿均采 用了预制混凝土模板方案[4]。经工程实践结果分析可知，该施工工序简单，其模板能够快速进行拼装、连接及加固，施工速度远快于现浇牛腿施工，并能大大减小模板安拆安全风险。

而在溪洛渡水电站拱坝建设施工过程中，通过合理设计并使用预制模板，简化了坝后栈桥、导流底孔、泄洪深孔、表孔及坝体井孔等结构复杂部位的施工工序，降低了其施工难度[5] ，大大提高了施工效率，同时保证了施工质量和安全，从而为溪洛渡拱坝均衡快速施工提供了可靠的技术保障。

通过白鹤滩水电站、善泥坡水电站以及溪洛渡水电站成功应用预制模板进行施工的案例，配合杨房沟水电站工程建设实际，创新了预制模板的施工技术，以便按期完成合同施工要求。

2 施工特点及难点

（1）牛腿底部与双曲拱坝上、下游曲面相交，模板施工工艺复杂、施工难度高，需采用木模、 散装钢模以及自动爬升模板等多种模板组合拼装，安装及拆除的步骤繁多，施工难度较大[2]。

（2）牛腿倒悬坡比最大1∶1，采用散装模板的区域模板安拆非常困难，安全隐患大，需搭设专门的安拆平台及其他安全保障措施。

（3）传统组合模板安装时间较长，压缩了其他部位的施工时长。

（4）倒悬结构的模板所受荷载较大，导致模板支撑加固难度增大，从而耗费材料增多;同时平仓振捣设备受内拉内撑钢筋体系支撑柱的影响，不能直接平铺推混凝土料到模板边缘，虽减小了模板受力，但大大降低了施工效率。

3 结构设计

3.1 设计原理

根据拱坝的坝型及合同施工要求，以及现场的施工特点及难点情况，传统的现浇牛腿施工的方法难以满足杨房沟水电站施工建设要求，故参考白鹤滩等水电站成功应用预制模板进行施工的案例，配合杨房沟水电站工程建设实际，以“安全、经济、高效、简便”的原则进行设计，创新了预制模板的施工技术，其设计原理如下：

（1）较传统的现浇混凝土的施工方法相比，需缩短工期，提高安全性。预制模板采用25 t汽车吊整体进行吊装，且避免了拆除步骤，大大节约了工期，降低了安全风险。

（2）模板需保证混凝土施工质量，并简化施工工序。模板采用流水式施工的方式进行在后方施工，具有易于制作、易于养护、成品质量好等优点。

（3）应以经济、高效的原则进行设计。模板采用钢筋混凝土预制，降低了组合钢模板的投入，且省略了模板拆除工序，大大降低了施工资源投入。

（4）混凝土养护需实施到位。预制模板外侧采用保温苯板附着，避免混凝土表面开裂。

3.2 结构设计参数

3.2.1 预制模板尺寸及设计参数

大坝中孔、表孔牛腿倒悬部位模板采用混凝土预制模板，混凝土预制模板最大块尺寸为：长×宽=4.243 m×1.8 m，混凝土浇筑最大高度为3 m，牛腿模板坡度为1∶1，牛腿模板采用预制混凝土模板。单块尺寸为：长×宽=4.243 m×1.8 m，模板及钢桁架自重4.71 t，混凝土的坍落度为30～90 mm。其余因大坝中孔、表孔牛腿倒悬部位体型限制，需要较小宽度及斜长的混凝土预制模板，則参照最大块1.8 m×4.243 m（宽×斜长）混凝土预制模板进行施工。

3.2.2 预制模板焊缝设计参数

在对接和T形连接中，垂直于轴心拉力或轴心压力的对接焊接或对接角接组合焊缝以及承受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或对接角接组合焊缝强度按小于176 N/mm2考虑。

3.2.3 预埋件锚固设计参数

本砂浆锚杆预埋两根长度为1.61 m的C36 mm锚杆。

3.2.4 混凝土预制模板设计配筋参数

混凝土预制模板的尺寸为：长×宽=4.243 m×1.8 m。板厚18 cm，布置双层钢筋（HRB335和HRB300），横向钢筋采用A8钢筋@20cm，纵向均采用B12钢筋@20cm。钢筋保护层厚度为25 mm，as=85 mm，泊松比=0.20。

3.2.5 结构验算

DL/T 5110-2013《通过水利水电工程模板施工规范》、GB 50017-2017《钢结构设计标准》、GB 50330-2013《建筑边坡工程技术规范》、《理正结构设计工具箱》、《结构力学求解器》等工具对牛腿部位预制模板设计结构所承受的荷载、结构材料的抗剪、挠度以及强度、各节点的焊缝、预埋件的锚固能力以及混凝土预制模板的配筋率进行计算，所得结果均符合相关规范要求。

3.2.6 模板结构

模板结构见图1～图5。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

大坝中孔、表孔牛腿1∶1倒悬部位混凝土预制模板由3部分组成：钢筋混凝土面板、内支撑桁架、预埋锚固件及连接件。

4.1.1 预制模板及其配件施工

（1）钢筋混凝土预制面板施工：预制面板选型—钢筋及埋件施工—模板施工混凝土施工。

（2）内支撑桁架施工：材料选择—材料切割—成品焊接。

（3）预埋件及连接件施工：锚固件加工—锚固件预埋。

4.1.2 预制模板安装施工

预吊装试验—预制模板吊装就位—预制模板节点板与支座板、预埋钢板焊接—重复前几道工序直至所有预制模板全部吊装就位—完工验收。

4.2 预制模板及其配件施工

4.2.1 钢筋混凝土预制面板施工

4.2.1.1 钢筋及面板埋件施工

钢筋混凝土面板最大尺寸为：4.243 m×1.8 m（斜长×宽）（根据中孔、表孔结构局部预制模板小于上述尺寸，预制时在不改变其材料的情况下参照执行，下同）。受力钢筋为B12 mm钢筋，分布钢筋为8 mm钢筋，间距均按照20 cm安装。制作时热轧普通工字钢（I25b）和角钢（∠56×5）埋设在混凝土预制面板中。

4.2.1.2 模板施工

预制钢筋混凝土面板侧模框架边框采用[16槽钢。底模均采用钢板铺面作为底模，M1、M3面倒角20 mm部位模板采用厚2 mm的钢板焊接形成。拆模需在混凝土强度达到不因拆模而导致面板损伤时才可进行。

4.2.1.3 混凝土施工

钢筋混凝土面板混凝土采用C40二级配浇筑，振捣用50软轴振捣器进行充分振捣，直至密实，对于预制模板外露面四周均应进行2 cm倒角处理，预制模板在浇筑前，接缝处应进行砂浆勾缝，避免漏浆。

4.2.2 内支撑桁架施工

每块预制模板采用两榀内支撑桁架，内支撑桁架间距0.9 m（预制模板宽度小于1.8 m的内支撑间距按照比例相应减小，下同），桁架距预制板侧边0.45 m。桁架杆件为角钢（∠75×10）双肢构件，采用桁架节点板连接桁架杆件，桁架杆件中间加填板。内支撑桁架焊接时，焊条型号为CHE507，焊缝均为角焊缝，焊缝高度不小于6 mm。单榀桁架制作过程中做好施工期桁架定型，桁架制作好后与面板上工字钢拼装焊接。两榀内支撑桁架的横向联系均采用角钢（∠75×10）连接成整体。

4.2.3 预埋件及连接件施工

首层需在先浇筑坝体混凝土中预埋锚固件（锚筋和钢板），支座板（测量定位调整到位后方可进行现场焊接，焊接前预埋板须去污、除锈）与预埋板、支座板与桁架节点板采用CHE507焊条进行焊接。

4.3 预制模板吊装施工

4.3.1 預吊装试验

采用25 t汽车吊将混凝土预制模板吊离地面30 cm后，停机检查起重机的稳定性、制动器的可靠性、重物的平稳性及绑扎的牢固性，其目的是校核预制模板吊装设备的安全性能、确定最佳运输路线及保证预制件精确就位。

4.3.2 预制模板吊装

预制模板安装时需上一仓混凝土强度不低于设计强度的17 %，方可进行牛腿倒悬部位预制模板安装，安装前先对工作面平整度等进行复测，确保安装工作能够顺利进行。预制模板整体吊装就位后，调整模板误差，焊接支座板，首层支座板在模板测量定位后现场焊接，焊接前预埋板需去污、除锈。待焊缝到达受力要求后将桁架节点板与支座板焊接，桁架节点板与现场支座板焊接时同样需作去污、除锈处理。支座板与预埋板、支座板与桁架节点板连接为现场焊接，焊缝高度不小于10 mm，满焊，由于该节点受力较大，需严格控制现场焊接质量。每块预制模板在安装完成时对其加固，以防发生倾斜或局部位移。因牛腿倒悬结构粘贴苯板脱落后恢复困难，故需在模板外露面喷聚氨酯保温材料后再进行吊装，从而姐姐混凝土浇筑后的保温问题。

5 结束语

通过牛腿预制模板在杨房沟水电站中的建设施工中的成功应用，发现该牛腿预制模板施工技术施工工艺简单，模板能够快速拼装连接，且后期无模板拆除步骤，与现浇牛腿施工相比，单仓能节约2天左右的施工工期。该预制模板能减少组合钢模的使用，大大降低了材料使用成本，预制模板安装时，临空面无需搭设排架，降低了人工投入与安全风险。

本施工技术的应用，满足了杨房沟水电站大坝项目建设的进度要求，且混凝土施工成本和质量控制符合建设工程承包合同约定，获得了较好的投资效益，可为其他项目的模板工程施工提供有效参考。

参考文献

[1] 何国锋，张发斌，彭正良. 一种多维曲面酸洗板在牛腿混凝土施工中的运用[J]. 低碳世界，2020，10（12）：99-100.

[2] 王进. 锦屏一级大坝右岸导流底孔牛腿施工技术[J]. 四川水力发电，2018，37（2）：127-129.

[3] 高俊锋. 浅谈预制混凝土模板技术在白鹤滩大坝施工中的应用[J]. 四川水利，2020（3）：349.

[4] 邓绍祥，刘永恒. 表孔牛腿预制混凝土模板在善泥坡电站的设计与应用[J]. 城市建设理论研究：电子版，2015，5（28）：5567-5568.

[5] 周勇，熊淑兰. 溪洛渡拱坝预制模板快速施工技术[J]. 广东水利水电，2013（11）：44-47.

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