瓦瓦供水项目导流箱涵高边墙钢模移动台车的设计与应用

胡月恒 张思哲

(中国水利水电第三工程局有限公司，陕西 西安 710024)

1 工程概况

为了缓解马尼拉东部用水紧张问题，于菲律宾首都马尼拉大都会区东北部的黎刹省建设了菲律宾瓦瓦供水项目大坝工程，距离马尼拉市区约20km。瓦瓦大坝为RCC重力坝，坝顶高程140.00m，正常蓄水位135.00m，最大坝高86m，坝顶长度438.50m，共分24个坝段。其中，1～7号坝段坝轴线为直线形，8～24号坝段坝轴线为圆弧形。大坝由中部溢流坝段和两侧非溢流坝段组成。

本工程导流箱涵位于左岸大坝第7坝段，全长385m，大坝与导流箱涵结合段长度为120m，总共分为18段。其中第1段为进口闸室段，第2～5段为上游箱涵段，第6～11段为过大坝箱涵段，第12～14段为下游箱涵段，第15～18段为下游明渠段。

导流箱涵为双孔矩形过流结构，典型过水断面尺寸为6.75m×6.5m(宽×高)，典型断面边墙厚度3.0m，中隔墙厚度2.5m，底板厚度3.0m，顶板厚度2.9m。

2 设计技术要求

为了适应混凝土的快速施工特性，本工程采用自行设计加工的高边墙钢模移动台车。台车采用两个相对独立的三角形支架结构通过上下两层横梁连接成为整体台车，台车整体结构简单，现场可实现台车的快速安装，同时台车各单元结构重量轻，台车部件的运输和吊装难度小，钢模模板面板无须专门针对台车制作配套模板，模板面板可以与施工现场的其他模板实现通用(本工程采用通用2m×3m的翻转模板)，台车模板使用结束后可以继续在其他部位使用，模板面板的使用周转次数大幅调高，台车模板成本减小，相对于传统的多块小模板的立模方法来说，模板面板无须反复拆装，面板接缝质量好，模板实现整体拆装，能有效解决模板分块安装拆除施工效率低、立模速度慢、施工质量差、存在安全风险等问题。模板提升和脱模采用千斤顶顶升和丝杠伸缩方式，无须电动液压等设备，使得台车制造和使用维护容易，操作简单，以吊杆方式实现模板提升，并利用吊杆上下连接点为铰接方式的特点，通过吊杆摆动解决了模板垂直提升问题，同时使模板脱模时水平移动不受垂直提升力的约束，结构简单易于实现，高边墙钢模移动台车在本工程的应用取得了良好的效果。

高边墙钢模移动台车主要用于导流箱涵边墙的浇筑，主要技术要求如下：边墙规格：385m×6.5m(长×高)；模板、拉杆有足够的刚度、强度和稳定性；台车与模板固定形式，便于安装、拆卸、提升、移动。

3 高边墙钢模移动台车方案

3.1 高边墙钢模板移动台车单元组成

高边墙钢模移动台车主要由面板系统、支撑系统、锚固系统、运行系统及辅助系统组成(见图1)。

图1 高边墙钢模板移动台车方案及组成示意图

a.面板系统。面板单边由15块翻转模板与15块1050的钢模板组装而成。翻转模板尺寸：2m×3m，钢模板尺寸：3m×0.5m。

b.支撑系统。支撑系统是由4根φ159×4.5mm的钢管支架连接[12槽钢组成1个相对独立的三角形支架结构并通过上、下两层250mm×118mm×10mm的工字钢做主梁，400mm×200mm×8mm的H型钢做次梁连接形成一个台车整体。

c.锚固系统。锚固系统采用定位锥与D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆对拉；定位锥长度38cm，采用D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆与另一端定位锥连接，D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆采购成品，施工时，D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆预埋在混凝土中，定位锥与锚筋旋紧后在锥形套筒表面刷黄油以便拆除、周转使用，定位锥另一端通过螺帽和钢垫片固定模板。

d.运行系统。沿箱涵轴线方向铺设两条行走钢轨，整个模板移动台车在两个三角形支架底座下部分别设置四个轨道钢轮，通过卷扬机牵引架设在行走钢轨上。

e.辅助系统。包括高边墙钢模移动台车组装、拆除及安装等的专用工具，为高边墙钢模移动台车快速施工提供了必要条件。

3.2 高边墙钢模板移动台车工艺原理

根据本项目导流箱涵施工规划，6.5m边墙混凝土一次成型，导墙浇筑时按照平铺法从一端向另一端逐层浇筑，每层铺料厚度不大于50cm，故垂直模板方向每3块模板为1个单元，面板之间直接使用U形卡连接，边墙两侧的两块模板直接采用D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆对拉加固。

高边墙钢模板移动台车在工作状态时为恒定结构。浇筑过程中产生的混凝土凝结侧压力，由面板系统集中传递至下层的锚固系统。作用在模板上的所有荷载最终转换为集中力，由下层模板的D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆承担。高边墙钢模板移动台车在混凝土开始浇筑前应全部安装到位，定位锥和锚筋也应一次性安装完成。

3.3 高边墙钢模板受力计算

3.3.1 混凝土产生荷载受力计算

高边墙钢模板移动台车在施工状态时主要是面板系统与锚固系统受力，其余系统受力可忽略不计。通过对混凝土浇筑过程中单块模板产生的荷载进行分析可知：对于已初凝混凝土，面板系统与锚固系统处于不受力状态；对于未初凝混凝土，面板系统与锚固系统处于受力状态，则混凝土侧压力通过面板系统传递给锚固系统。

为避免理解偏差，对边墙名称作必要的区分与明确：以每层的下一层定义为已初凝混凝土，每层的上一层定义为未初凝混凝土(见图2)。

图2 边墙名称

a.荷载计算。

恒荷载：高边墙钢模板移动台车在施工状态时，根据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ 162—2008)，当采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板，模板主要受到恒荷载与活荷载。计算公式如下，并取其中的较小值：

F=0.22γct0β1β2V1/2

F=γcH

式中F——新浇筑混凝土的侧压力计算值，kN/m2；

γc——混凝土的重力密度，kN/m3；

V——混凝土的浇筑速度，m/h，本次计算取0.5m/h；

t0——新浇筑混凝土初凝时间，h，取2h；

β1——外加剂影响修正系数；

β2——混凝土塌落度影响修正系数；

H——混凝土侧压力计算位置处至新浇混凝土顶面的总高度，m。

根据导墙浇筑施工方案，C25/30常态混凝土铺设以0.5m为一层，采用平铺法。故进行钢模板侧压力计算：

H=2×0.5=1m，β1=1.2，β2=1.15m，t0=2h

由此可得

F=0.22γct0β1β2V1/2=11kN/m2

F=γcH=26kN/m2

取二者中较小值，F=11kN/m2

活荷载：采用汽车泵入仓对模板产生的荷载标准值为F1，主要是振捣产生的荷载标准值F2，根据《建筑施工模板安全技术规范》(JGJ 162—2008)，F1=2kN/m2，F2=4kN/m2。

确定模板的侧压力设计值

F模=γ1t0+0.9(γ3F2+γ2F1)

式中γ1——永久荷载分项系数，取1.2；

γ3——振捣混凝土时产生的荷载分项系数，取1.4；

γ2——倾倒混凝土时产生的荷载分项系数，取1.3。

得

F模=γ1t0+0.9(γ3F2+γ2F1)=1.2×11+

0.9×(5.6+2.6)=26.3kN/m2

b.模板强度验算。采购的翻转钢模板强度>F模=26.6kN/m2，面板系统满足要求。

c.D15精轧螺纹钢筋PSB785拉杆验算。采用D15精轧螺纹钢筋PSB785作为对拉钢筋。模板施工过程中，以D15精轧螺纹钢筋PSB785作为对拉锚筋。D15精轧螺纹钢筋PSB785是屈服强度不小于785/MPa的一种高强度钢筋，它的抗拉强度不小于980MPa，断后伸长率不小于7%。

在此对D15精轧螺纹钢筋PSB785单独受力的情况进行验算：该单块模板总面积为6m2，则单块模板所受的混凝土侧压力合力为F=26.3×6=157.8kN=15.8tf。模板总共由4根拉杆承担拉力，即每根所分担的拉力为15.8/4=3.95tf。可知D15精轧螺纹钢筋PSB785横截面积为176mm2，计算得抗拉承载力约等于17tf>3.95tf，满足要求。

3.3.2 高边墙钢模移动台车稳定性分析

高边墙钢模移动台车在工作或运行状态时，其自重荷载已经由底部的混凝土底板或钢轨提供的支撑力抵消，故在工作或运行状态时的自重荷载无须计算。

4 高边墙钢模移动台车施工方法

4.1 高边墙钢模移动台车施工工艺流程

施工准备→台车制作→测量放样→钢模移动台车就位→流道侧钢模板安装→最外层钢模板安装→模板校正加固→高边墙钢模移动台车验收→高边墙钢模移动台车移动→高边墙混凝土浇筑→高边墙钢模移动台车拆除。

4.2 移动台车制作

施工准备：熟悉设计图纸；选择适宜的制作场地；准备好制作平台；准备好原材料和施工机具。

本移动台车包括两个独立的三角形支架，每个三角形支架底座下部设置四个轨道钢轮，两个三角支架由下部和上部的两层横梁连接成为整体。

本移动台车顶部设置有顶升活动框架，顶升活动框架的四个角与三角支架顶部横梁之间均设置一个千斤顶，千斤顶上下端头均采用卡箍固定在顶升活动框架和三角支架顶部横梁上。

4.3 模板组装与安装

侧墙模板由模板面板和模板背架组成。模板面板由钢板和网格状加劲肋焊接为多个面板，多个面板之间采用螺栓连接成为侧墙整体面板。模板背架采用型钢制作，模板面板和模板背架的连接是利用模板横棱上的开孔和模板背架上的开孔通过螺栓连接成整体，模板背架分段与模板面板分块对应。

顶升活动框架左右两边分别设置有两个模板提升吊杆，模板提升吊杆上端利用销轴挂在顶升框架横梁上，模板提升吊杆下端通过销轴与模板背架上的销轴孔连接。

模板背架与台车上下两层横梁之间设置多个丝杠采用销轴连接。

4.4 模板移动台车实施方法

具体实施时，吊杆装置上部挂在顶升活动框架横梁上，吊杆下端通过销轴与模板背架上的销轴孔连接。台车左右两侧分别设置2根吊杆，每侧模板由2根吊杆悬挂。模板提升时，通过千斤顶顶升活动框架，带动吊杆上升，吊杆再牵引提升模板。

提升模板时需要台车上的4个千斤顶同时顶升。开始受力后，先利用台车上层丝杠收缩使模板整体向台车方向倾斜，模板脱离混凝土面板，当模板倾斜至吊杆基本处于垂直时，继续顶升千斤顶使模板提升，当模板底部脱离底板混凝土面5～10cm时，停止千斤顶顶升，收缩台车下层丝杠使模板底部侧面脱离混凝土面，直至模板面板整体处于基本垂直状态，台车就可以带动模板整体行走将模板移动到下一段。

台车在顶升模板时，需要两侧模板同时顶升受力，防止一侧受力导致台车向一侧倾斜。

4.5 高边墙钢模台车移动

沿箱涵轴线方向铺设两条台车行走钢轨，通过在两个三角形支架底座下部分别设置四个轨道钢轮，将高边墙钢模台车放置在行走钢轨上进行移动。

在三角形支架底座平台上安装牵引卷扬机，台车移动模板时把卷扬机的牵引钢丝绳固定在底板混凝土前方的锚点上，通过卷扬机的牵引了牵引台车移动模板到下一段侧墙位置。

4.6 高边墙钢模移动台车拆除

熟悉高边墙钢模移动台车有关图纸及资料，进行高边墙钢模移动台车安全技术交底。高边墙钢模移动台车模板拆除时，先将移动台车移动到合适位置，需安排多人配合施工。拆模前检查高边墙钢模移动台车各连接点焊缝情况、螺栓连接是否松动，确认正常后，在统一指挥下进行拆模，台车两侧模板拆卸须步骤一致，使台车受力均匀。拆模时先拆除模板之间的连接螺栓与模板提升吊杆下端的销轴，将侧模放至混凝土底部摆放，钢模上部靠在混凝土上，全部侧模拆除完成后移动钢模台车，用汽车吊将侧模放至轨道上，拆解后装车运走。

用汽车吊从上至下将水平连接丝杠拆除后，拆除提升吊杆上端的销轴，利用吊车拆除活动顶升框架、提升吊杆、连接横梁等，解体并装车运走。

利用汽车吊拆除钢轨，解体并装车运走。

5 结 语

随着我国“一带一路”“走出去”的进程，中国企业承包了越来越多的水利水电国际工程项目，钢模台车技术已在实际施工中得到成功应用，同时，与高边墙的快速施工相适应的模板设计和应用也在积极探索与不断改进。菲律宾瓦瓦供水项目大坝工程中的高边墙钢模移动台车结合本项目导流箱涵的体型特点，在国内外相关经验的基础上进行了扩展与创新。本高边墙钢模移动台车在符合工程实际的基础上，设计思路较为先进，实用价值高，为高边墙混凝土的快速、连续浇筑创造了有利条件，也对高边墙快速施工模板进行了补充和完善。本项目的成功经验可为海外其他类似工程项目的模板设计和使用提供借鉴。目前，本项目导流箱涵已成功过流，高边墙钢模移动台车在菲律宾瓦瓦供水项目在使用过程中并未出现安全、质量和设计等问题，得到了当地业主与欧洲咨询公司的一致认可。