大型钢模板在浆砌石闸墙外包混凝土中的应用.pdf

第 7期 2 0 l O年 7月 广东水利水 电 GUANGD0NG WATER RES0URCES AND HYDR0POW ER No 7 J u 1 2 O 1 O 大型钢模板在浆砌石闸墙外包混凝土中的应用 张春梅 ( 广东省源天工程公司， 广东 广州 5 1 1 3 7 0 ) 摘要： 通过连江渠化枢纽船闸加固工程的施工实践， 介绍大型钢模板在挂网薄壁混凝土包裹浆砌石高墙施工中的应用， 主要包括模板选型、 模板的锚固安装及使用效果。实践证明， 由于大型钢模板表面平整光滑， 自身刚度大， 加上安装固定得 当， 使用大型钢模板不仅使 混凝土表面观 感好 ， 而且也有利 于混凝 土振捣 密 实， 对消除蜂 窝麻 面、 减 少混凝 土裂缝发生、 提 高薄壁混凝土防渗性能都有明显的效果。大型钢模板安装与固定不需要脚手架， 安装简单、 耗工少、 可以重复使用， 其经济 价值 十 分 明 显 。 关键词 ： 加 固闸墙 ； 挂网混凝土 ； 大型钢模板 ； 模板锚固安装 中图分类号： T U 3 7 5 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 8 0 1 1 2 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 1 6 0 4 前 言 进入 2 1 世纪， 建国初期建设 的闸坝相继进入使用 寿命的末期 ， 对这些工程 的加 固改造 必将提上议事 E t 程。本文结合广东省连江渠化枢纽黄牛船 闸加固改造 工程 ， 介绍大型钢模板在浆砌石外包挂网混凝土施工 中 的应用， 具体介绍模板的选型、 尺寸确定 、 锚固方式 、 使 用效果等 ， 希望在类似工程施工 中能得到借鉴 ， 限于篇 幅， 模板的设计制作不做详细介绍。 1 工程概况 黄牛枢纽位于广东省清远市阳山县石螺村黄牛滩 ， 是连江渠化枢纽梯级开发的第 3个梯级， 1 9 7 2年 4月建 成并投入使用。黄牛船闸闸室长为 1 5 0 m、 宽为 1 2 m、 墙 高为9 m， 墙体断面形式大部分为直角梯形 ， 墙体材料为 浆砌灰岩。闸墙加固前有 3种典型断面形式， 详见图 1 。 ( zz 6 zz 9 齄1 ( zY s zY 一7 段) 图 1 加 固前闸墙 断面示意 ( 单位 ： 高程 m； 长度 mm) 本次加固分 2种形式 ， 闸室上游侧 6 8 m段 ， 由于左 右闸墙墙体与基岩较差， 本次加固保留原墙钢筋混凝土 基础部分 ， 浆砌石部分拆除重建 ， 改为钢筋混凝土墙体。 闸室下游 8 2 m墙 段仅在 墙面凿 毛处 理后 ， 包裹厚 为 2 0 c m的挂 网混凝土 ， 沿闸墙轴线方 向每隔 3 m在挂 网 混凝土内布置一肋柱 ， 肋柱断面3 0 c m X 3 0 c m， 肋柱 中轴 线上每隔 1 IT I 布置 中2 5穿墙锚杆。以上 2种加固形式 的典型断面如图2 ( 加固后闸室典型断面图) 所示。 图 2 加 固后 闸墙断面示意 ( 单位 ： 高程 m； 长度 m m) 2 混 凝土施 工模板 2 1 混凝土施工模板选择 黄牛船 闸左右闸室墙是采用厚 2 0 c m的外包挂网 薄壁混凝土施工。采用大型钢模板表面平整光滑 ， 自身 刚度大 ， 不仅使混凝土表面观感好 ， 而且也有利于薄壁 混凝土的振捣密实 ， 对消除蜂窝麻面 、 减少混凝土裂缝 发生 、 提高薄壁混凝土防渗性能都有明显的效果。大型 钢模板安装与固定不需要脚手架 ， 安装简单 、 耗工少、 可 以重复使用 ， 其经济价值十分 明显； 而采用木模板或小 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 5 2 4： 修回 日期 ： 2 0 1 0 0 6 0 8 作者简介： 张春梅( 1 9 8 2一) ， 女， 大专， 从事水利水电工程施工管理工作。 1 6 叶 ，目 ， t r 2 0 1 0年 7月 第 7期 张春梅 ： 大型钢模板在 浆砌石 闸墙外包 混凝土 中的应用 N o ， 7 J u 1 2 0 1 0 型钢模板需搭设脚手架 ， 必要时需增设左右闸墙对拉支 撑， 模板安装时间长。由于属小 型模板 ， 材料 自身刚度 小， 容易产生胀模 ， 蜂窝麻面较多 ， 影响混凝土表面平整 度 ， 并浪费大量劳动力 。经综合 比选 ， 薄壁混凝土决定 选用大型钢模板施工。 2 2 混凝土施工模板的构造 混凝土施工模板为组合式大型钢模板 ， 其结构形式 采用钢面板 、 小扁钢横肋 、 小角钢纵肋 、 双槽钢大横肋及 双槽钢纵向桁架 ， 顶部设混凝 土浇筑操作平台， 底部加 橡胶止水带。 其 中面板规格厚为 4 m m， 横肋小扁钢规格为 4 0 m m 4 m m， 纵 肋 小 角钢 规 格 为 3 0 mm3 0 m m、 双 槽 钢 大 横 肋及槽钢组合 的纵向桁架均为 8槽钢 ， 大横肋间距 为 6 0 0 m m， 桁架高度为 8 0 0 m m， 宽为 5 0 m m， 用专用胶水粘 贴 。组合式大型钢模板示意如图 3所示 。 图 3组 合 式 大 型 钢 模 板 示 意 ( 单 位 ： mm) 根据模板的安装工艺， 模板由预埋在其上下端 口的 锚固螺栓锁定在墙面上 ， 模板在水平方 向的刚度借助 固 定模板的锚固螺栓 ， 由模板的大横肋提供， 纵向刚度 由模 板的纵向桁架提供。模板刚度的大小直接影响挂网混凝 土的平整度及表面质量。模板 自身的纵向刚度 由于桁架 的作用已能满足 ， 横向刚度则取决于锚固螺栓的间距。 3 混凝土浇筑及模板选型 3 1 混凝土生产 、 运输及浇筑工艺 混凝土的浇筑工艺直接影响混凝 土分层及模板的 几何尺寸。 混凝土采用搅拌站集 中搅拌 、 搅拌车水平 运输 、 汽 车吊垂直运输 。模板上 口布置漏斗与导管 ， 混凝土经导 管人仓 ， 用插入式振捣器振捣 ， 分层浇筑 ， 收仓前再由固 定在模板上的附着式振动器进一步补振 ， 以保证混凝土 振捣密实， 减少表面气泡 ， 消除蜂窝麻面。 3 2 模板选型 根据新浇混凝土分仓， 选择 3 0 7 0 m m和 3 7 7 0 m m 2种 高度的模板 ， 分别用于梯型断面的直立面和斜面， 见图4 。 图4 典型断面模板装配示意( 单位： 高程 m； 长度 m m) 由于闸室上游侧 6 8 m重建段第一层新浇筑混凝土 的几何特征 ， 配 以 1 3 3 0 m m 和 2 2 0 0 ra m 2种高度的模 板 ， 见 图 5 。 图 5典型断面模板装配 示意 ( 单位 ： 高程 m； 长度 m m) 其它仓位的模板将 由这 4种规格模板组合而成 。 挂网混凝土仓位 同样 由这 4种规格模板组合拼装 ， 只是 其安装和锚固方式与重建段不同 ， 具体见图 6所示。 4模板的锚固与安装 4 1 模板 的锚 固方式 由图 1可见， 挂网混凝土沿 闸墙水平方向每隔 3 m 1 7 2 0 1 0年 7月第 7期 广 东水利水电 N o 7 J u 1 2 0 1 0 图6挂 网混凝土典型断面模板安装示意 ( 单位 ： 高程 m； 长度 m m) 设一肋柱 ， 肋柱内沿竖直方向每 1 m间隔设置 2 5穿墙 对拉锚筋。利用这些锚筋接驳螺杆作为模板上端的锚 固拉杆， 固定模板上端。模板下端锚 固分 2种情况 ： 第 1层挂网混凝 土浇筑前， 在闸底板预埋止推锚杆 ， 利用 肋柱内第 1 层对拉锚筋和底板止推锚杆一起 固定模板 下端； 第 2及 以上各层则利用下层混凝土浇筑时预埋的 钩头螺栓 ， 经定位锥接驳与模板连接固定模板 ， 图 7为 预埋螺栓经定位锥接驳示意图。其 中定位锥在拆模后 取出重复使用 ， 取出定位锥 留下 的孔用水泥砂浆封堵。 对拉锚筋和预埋螺栓 的大小及分布密度通过内力计算 校核后确定。 整体 钢模板 图 7 预埋螺栓经定位锥接驳示意 6 8 m重建段混凝土浇筑时， 其模板下端用预埋原 闸 墙基础混凝土上的锚筋及墙体两侧设置对拉钢筋固定 ， 上口用顶 口桁架固定 。 1 8 4 2 模板锚固螺栓的内力计算及承载力校核 1 )计算简图 由于挂网混凝土厚度仅 2 0 0 ra m， 单仓 混凝土体积 为 1 01 5 m ， 一般都能在底部混凝土初凝前浇完， 因此 混凝土满仓时模板及锚固螺栓承受的荷载最大 ， 是模板 和锚固螺栓承载最大和最不利的工况。此时， 模板和锚 固螺栓沿水平方向所受应力基本相同， 沿水平方向以单 位宽度模板为模型作简支梁计算模板及上下端锚固螺 栓的内力， 计算简图如图 8所示。 图 8 挂网混凝土模板和锚固螺栓 内力计算示意 2 )荷载 模板 自重 模板 自重和 自重对上下锚固螺栓产生的拉力。 新浇筑混凝土对模板的侧压力 据挂网混凝土浇筑情况 ， 模板侧压力按下式计算 ： F =R c H ( 1 ) 式 中 F为新浇筑混凝土在计算位置对模板的最大侧 压力 ， k N； 尺 为 混 凝 土 的重 力 密 度， k N m 。 ，一 般取 2 4 k N m ； 为混凝土侧压力计算位置处至新浇筑混凝 土顶面的总高度 ， m。 倾倒混凝土对模板产生的侧压力 倾倒混凝土对模板产生的侧压力与吊斗容量有关， 查混凝土施工手册。 振捣时混凝土对模板产生的侧压力 振捣时混凝土对模板产生的侧压力 ， 查混凝土施工 手册 。 实际混凝土作业时 ， 下料和振捣不在同一部位 ， 且 振捣时产生的侧压力小于倾倒混凝土时产生的侧压力。 因此 ， 对模板锚固螺栓受力最不利荷载组合为 ： 模板 自 重 、 新浇混凝土侧压力 、 倾倒混凝土时产生的侧压力。 3 )算 例 本工程 选用 的模 板为 3 7 7 0 m m、 3 0 7 0 mm、 2 2 0 0 m m 和 1 3 0 0 ram 4种规格 ， 以 3 7 7 0 m m模板为例 ， 其他以此 类推。 2 0 1 0年 7月 第 7期 张春梅 ： 大型钢模板在 浆砌石 闸墙 外包混凝 土中的应 用 N o 7 J u 1 2 0 1 0 模板 自重 3 7 7 0 ra m模板 自重 6 0 0 k g m， 重心距面板 3 3 0 m m。 作用在模板上的侧压力 F =R H ( 2 ) 其中 混凝土的重力密度 R 取 2 4 k N m ； 混凝土浇满 仓时模板的有效高 日取 3 6 0 0 mm， 相应其下缘锚固的搭 接长度为 1 7 0 ra m。 倾倒混凝土对模板产生的侧压力 倾倒混凝土时， 0 8 m 容量的 吊斗 ， 查施工手册得 倾倒混凝土时产生的侧压力为 6 k N m 。 模板水平方向单位宽度锚 固螺栓的内力 将上述数据代人公式 ( 1 ) 及按计算简图算得 ： 3 7 7 0 ram规格 的模板在浇筑混凝 土满仓时沿水平 方向单位宽度锚 固螺栓承受的拉力分别为： 下端锚 固螺栓承受的拉力 ： 1 2 1 0 k N 上端锚 固螺栓承受的拉力 ： 6 9 4 k N 锚固螺栓及其间距选择 选用 Q 2 3 5钢螺栓 ， 其允 许应力 6 =2 3 5 MP a ， 从 而算得 ： 下端锚 固的截面积： 5 1 5 e ra 上端锚固的截面积 ： 2 9 3 c m 根据模板安装工艺 ， 模板下端 的锚 固螺栓不仅在浇 筑混凝土时锚固模板 ， 同时还支撑模板 的 自重 ， 本工程 选用定位锥相应的预埋和按驳螺栓直径为 q b 2 8 。螺栓 问距与模板纵 向桁架 间距相 同为 6 0 0 m m。从 而算 得 3 7 7 0 m m 规 格 模 板 下 端 单 位 宽 度 螺 栓 载 面 积 为 1 0 3 e m ， 能满足强度要求。 模板上端则利用挂 网混凝土肋柱内的穿墙锚杆焊 接来固定， 肋柱 间距为 3 m。相应 3 m 间距所需锚 固螺 栓截面积为 8 8 6 c m 。本工程选用 2根 2 5的螺栓 ， 相 应截面积为 9 5 e ra ， 满足强度要求。 由此， 施工中在安装 3 7 7 0 ram和 3 0 7 0 mm模板 时， 沿其上缘水平方向在 2条肋柱中问加密 1根 2 5的锚 杆 。 5 模板 刚度 在上述选用 3 7 7 0 ram、 3 0 7 0 ram、 2 2 0 0 mm、 1 3 0 0 m m 几种高度 的模板 中， 高度为 3 7 7 0 m m 的模板要求 的刚 度最大 ， 经验算 3 7 7 0 ram模板在上 、 下缘锚固螺栓问距 分别不大于 3 m和 2 m的情况下 ， 其横 向刚度就能满足 要求 。如上述模板的锚固与安装中所述 ， 模板上缘受锚 固螺栓强度控制 ， 锚 固螺栓间距为 1 5 m。下缘因安装 模板时承受模板 自重要求 ， 锚固螺栓间距为 0 6 m， 相应 其横向刚度已能满足要求 。模板的纵 向刚度 因其纵向 桁架刚度的作用 ， 刚度较大不需验算。其它规格模板刚 度验算以此类推。 刚度验算 比较复杂 ， 限于篇幅， 本文不做详述。 6模板装配设计与浇筑混凝土 根据上述针对连 江渠化枢纽 黄牛船闸加 固工程所 确定的模板类型、 模板尺寸 、 混凝土浇筑开仓 、 模板安装 工艺及其相应参数 ， 对工程所有新浇筑混凝土分仓完成 模板安装设计及绘制装配图 ， 再根据施工进度计划及同 种模板的重复使用次数 ， 确定所需的模板数量 ， 从而完 成用大模板施工现浇混凝土的所有准备工作。按上述 程序 ， 成功地将大模板用 于黄牛船闸加 固工程 ， 完成左 右闸室墙各长为 8 2 m、 高为 9 m浆砌石墙体包裹挂 网混 凝土 ， 包裹 面积 为 1 5 5 8 m ， 完成 左 右 闸室 墙长 各 为 6 8 m， 高为 9 m重建墙体现浇钢筋混凝土 ， 相应浇筑混凝 土为 3 9 0 0 m 。实际使用模板 2 2 0 m ， 相应模板总重约 4 0 t ， 模板重复使用次数最多达 3 7次 ， 且仍能在后续类 似工程 中正常使用。 7结 语 经黄牛船闸加 固工程的施工实践 ， 在浇筑大面积混 凝土墙体或墙面包裹挂网混凝土施工中 ， 用大型钢模板 是合适的， 与其它类型的模板相 比， 优势十分 明显。其 中 ： 1 )大型钢模板平整光滑， 刚度又得到保证 ， 用其浇 出的混凝土面平整 、 光滑、 外观质量好。 2 )大型钢模板整体 吊装 ， 模板锚 固螺栓的承载力 和模板刚度 ， 模板安装 的整体稳定都经严格的计 算校 核 ， 浇混凝土时可放 心地按最佳方式人仓和振捣密实， 对混凝土内在质量 ， 尤其是消除混凝土表面蜂窝麻面， 减少混凝土裂缝发生 ， 提高挂 网薄壁混凝土防渗性能有 明显 的效 果 。 3 )大型钢模板安装 与固定不需要脚手架 ， 安装工 艺简单 、 工耗少， 定位锥和锚固接驳栓都能重复使用 ， 模 板的重复使用次数多 。在劳动力和材料价格走 高的今 天 ， 其经济价值十分 明显 。 4 )针对黄牛船 闸加固工程 ， 在大型钢模板设计制 作 中， 选用 的纵向桁架过高 ， 可适 当降低 ， 改成 5 0 0 mm 为宜。降低桁架高度 ， 既可减少模板投资， 也能减轻模 板重量 ， 便 于安装。 参考文献 ： 1 建筑施工手册( 第一版) M 北京： 中国建筑工艺出版社， 1 9 81 2 混凝土施工手册 M 北京 ： 中国建筑 工艺 出版社 ( 本文责任编辑马克俊 ) l 9