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碾 压 混 凝 土模 板 综 述 混凝土工程 i | 刘更 军 ( 中国水利水电第八工程局有限公司) 【 摘要】 碾压混凝土坝是 2 O世纪 8 o 年代初兴起的新坝型，具有施工快速、成本低的优点，得到了迅速发展， 其中与之配套的模板起到了重要作用 碾压混凝土模板的显著特点是满足碾压混凝土连续浇筑上升，而翻转模 板的应 用，实现 了真正 意义上的碾 压混凝土连续浇筑 。 【 关键词】 碾压混凝 土模 板应用 1 概述 1 1 模板特性 碾压混凝 土 是 采用 机 械碾 压 密 实 的干 硬 性混 凝 土 ， 其显著特性之 一就 是可 连续 作业 、施工 快 速。碾压 混凝 土模板要求适 应其 连续 快速施 工 的特性 ，并有 足够 的刚 度和稳定性 ，保证 模板 在混 凝土碾 压 过程 中不 产生 变形 与跑模，从而保证混凝土浇筑后结构物的形状、尺寸和 相互位置等符合设计要求。 1 2 碾 压 混凝 土模 板的 演变 历程 碾压混凝土 的兴起，可追溯到 2 0世 纪 2 O年代末 期，当时常用 于高速公路路基和机场地面建设 。直 到 1 9 6 0 1 9 6 1 年 ，碾 压混凝 土才 在 大坝 施 工 中得 到应 用 。 第一座真正的碾压混凝 土坝是美 国 1 9 8 2年建成 的高 5 2 m 的 Wi l l o w C r e e k坝 ，该 坝上 游面 采用 预制 混凝 土 面 板 。对 碾压混凝 土技术 发展起 了重要 作用 的另 一座 坝是 美国的 Up p e r S t i l l wa t e r坝，该 坝建于 1 9 8 5 1 9 8 7年， 其上 、下游 面 采用 了滑模 施 工 。到 1 9 9 6年 底 ，全 世界 至少 建成 1 5 7座碾 压 混凝 土 坝 。经对 1 5 7座 坝 的统 计 ， 坝体 上 、下游 面施工采 用模板( 含 预制模 板 )浇筑 碾压 混凝 土的约 占 2 6 0 ，大部分 是采用 常态混凝 土浇筑 于 碾压混凝土坝的上、下游面，只有极少量的下游面是采 用机械压实的无模坝面。我国从 1 9 8 6 年建成第一座坑口 碾压混凝 土试 验坝 ，至 2 0 0 5年 ，已建 、在建 的超过 3 0 m 高的碾压混凝土大坝有 7 O余座，其中 3 5座超百米级， 所建大坝上 、下游 坝面 的 9 O 以上是 采用模 板浇 筑碾 压 混凝 土。 2 模板种类与形式 适用于碾压混凝土坝施工的模板有钢模板、木模板、 混凝土模板等；模板结构形式有组合钢模板、半悬臂模 板 、悬臂 模 板 、连 续 上 升 式 翻 转 模 板 、混 凝 土 预 制模 板等 。 在选择碾压混 凝土 模板 时 ，须 根据 碾压混 凝 土浇 筑 升层高度来确定，并考虑其经济性。 3 模板设计概 要 3 1 模板的结构要素 水工模板的种类很多，无论是按其材料划分，还是 按其功能划分，模板的结构均由以下三部分组成 ： ( 1 )模板 面板 。新浇混凝 土的直接 承力 板 ，满足新浇 混凝土结构成型 。 ( 2 )支撑结构。支撑新浇混凝土产生的各种荷载、模 板面 板荷 载 和施 工 荷 载 ，确 保 模 板 面 板 整 体 受 力 ，不 变形 。 ( 3 )连接件。将模板面板与支撑结构连接成整体的 部件 。 3 2 模板的受力计算 在进行模板设计计算时，模板所承受的荷载包括模 板 自重、混凝土对模板的侧压力、施工荷载及风荷载等。 碾压混凝土对模板的侧压力 目前在 国内暂无成熟的经验 公式可应用。根据有关文献资料 ，碾压混凝土对模板的 侧压力与 V C值、碾压遍数、浇筑速度等关系密切。试验 推荐最大侧压力为 0 0 1 5 0 O 1 7 MP a比较适宜。 1 5 _ 水利水 电施 工2 0 1 3 第 5期 总第 1 4 0期 在实际丁程中 ，由于模板周边 5 0 c m或更 大范 围内普 遍浇筑变态混凝 土 ，因此碾压 混凝 土 的侧压 力仍按 常态 混凝土 的规律取值 ，如 _二峡 工程 三期碾 压混凝 土 围堰 的 翻转模板 没计 。 3 3 模板的结构计算 模板的结构计算原理与常态混凝土一样，仅在混凝 土侧压力取值上有差异。 4 组合钢模板 4 1 坝 面铅 直面 、斜面 采用标准散钢模现场组合立模，以脚手架钢管或薄 壁矩形钢管为围囹，拉模筋同定 ，间距 6 0 c m，每上升 6 0 c m高埋设一层拉模筋 ，单 块模 板之 间用 U 形 卡连接 。 模板竖向围图在加高时须错位连接。碾压混凝土的浇筑 上升速度宜控 制 在 0 9 m d ，以防模 板跑 模 ，模 板 5 0 c m 范围内浇筑变态混凝土 。 该模板安装形 式适 用于 结构物 尺寸 不高 、工 程量 较 小的部位 ，如 临时 同堰工程等 。 4 2 坝面 台阶 早 期 ，碾 压混 凝 土 坝 面 台 阶一 般 采 用 预 制 模 板 ， 随着施工工艺的改善，目前 ，坝面台阶普遍采用定型 的 台阶 钢模 板 。如 构 皮 滩 水 电 站 上 游 碾 压 混 凝 土 围 堰 ，堰体 下 游 面设 计 为 6 0 c mx 4 5 c m ( 高 宽 ) 台 阶 状 ，最大堰体高度为 7 2 6 m。施工时 ，针对下游台阶 专 门设 计一 款定 型组合 模 板 。该模 板 由组 合 钢 模板 与 背后 支 架组 成 ，见 图 1 。面板 长 3 O m，高 7 0 c m，由 块 组 成一 个单 元 ，交 替 上升 ，拉 模 筋 固定 ，两组 合 模板 之 问用 U 形卡 连接 ，离模 板 5 0 c m 内浇 筑 变 态混 凝 土 。 图 1 台阶模板 简图 ( 单位 ：mm) 1 标准钢模板 ；2 2 E 1 0 0 方钢或槽钢立柱；3 2 8 0槽钢支架；4 联系角钢L 5 0 4 5 一蝶形扣件 ；6 1 6预埋拉模筋，长 1 l O c m；7 铁扎丝；8 木楔 5 半悬臂模板 、悬臂模板 5 1 半悬臂模板 半悬臂模板使用普遍，其结构简单，易加工制作 ， 见罔 2 。面板由标准的散钢模板组合而成 ，平面尺寸为 3 1 5 c rux 3 3 0 c m 和 4 6 5 c mx 3 3 0 c m 等 。槽钢或 薄壁矩 形钢 管做 同囹，型钢做立柱 ，拉模条 同定 ，间距为 1 5 m。 半悬臂模板用于碾压混凝土浇筑时，其斜拉模筋不 宜拉得太长。拉模筋以下不能碾压的局部混凝土改浇变 态混凝土 。 5 2 悬臂模板 悬臂模板结构较复杂，由模板面板与悬臂支撑体系 两大部件组成 。悬臂模 板结 构形 式多 样 ，主要 变化 在模 板的悬臂支撑体系，有型钢梁式、三角桁架式，也有矩 形桁架式 。 目前 同内应用 比较 广泛 的悬臂 模板 为三 角桁 1 6 架式支撑体系，典型产品有多卡悬臂模板。 云南大朝 山水 电站碾压混 凝土 重力 坝上 游面采 用悬 臂模板 立模 ，模 板 周 边 5 0 c m 范 围 内 浇筑 变 态 混 凝 土 。 该模板面板为厚 2 1 mm的胶合板 ，其表面涂刷一层釉质 防水层 ，使表面平整、光滑 而不吸水。胶合板 四周用 2 1 ram厚 钢条镶边保 护 。面板 后 面的加 强格 栅 采用 Z形 型钢 ，模 板的支撑 体 系为 型钢 制 作 的刚性 三 角形 桁 架 。 面板尺寸为 3 6 0 c m3 1 5 c m，其倾角通过背后可变撑杆 的长度 变化来 调节 ，面板的水 平与铅 直调整 分别 南设 置 在下部三角桁架 的横梁 和竖梁 内的水平 与铅 直调 节装 置 来调节 。 模板的固定系统由预埋锚筋、锥形连接螺栓和高强 紧同螺杆组成 。 多卡悬臂模板 结构 形式 与其 类 似，只在调 节装 置 、锚 固件等细部 结构 上有 所差异 ，且面板 为全钢 面板 。 图 2 半悬臂 模板 简图 ( 单位 ：尺 寸为 m m，高程 为 m) 1 标准钢模板；2 2 8 槽钢围囹 ；3 2 1 2槽钢立柱；4 一工字钢围囹；5 操作平台；6 2 5预埋套筒螺栓 7 一 2 5拉筋套筒螺栓 ；8 -4 2 o拉模条；9 - - 4 1 8紧固套筒；1 O 预埋拉模锚筋 6 连续上升式翻转模 板 连续上升式翻 转模 板采 用悬 臂 结构 形式 ，通过 水平 方向预埋的锚筋 固定 ，无需在仓 内设置斜拉筋，模板受 力条件好，仓面安装简单 ，可连续翻升 ，便于碾压混凝 土机械化、快速施工作业。目前 ，连续上升式翻转模板 是国内大体积碾压混凝土施工普遍采用的模板形式 。 1 9 9 3年完工的贵州普定碾压混凝土拱坝工程，其施 工采用 的模板 是 用 两 块尺 寸 各为 4 0 0 c m3 0 0 c m ( 长 高 )的模板通过 活动铰组成 4 0 0 c mX 6 0 0 c m ( 长 高 )能 交替连续上升的可调式悬臂模板。该模板在拱坝上游面 和下游 面 ( 坡度 为 1： 0 3 5 )应用 。 葛洲坝多能模板公司生产的连续上升式翻转模板在国 内多个水电站工程中广泛使用，已形成系列品牌产品。模 板面板有 3 0 0 c m3 1 0 c r n 、3 0 0 c m2 1 0 c m、3 0 0 c r n 1 5 5 c m 三种尺寸，其结构形式见图 3 ，由三块模板组合成一单元 连续上升 。上 、下层模板 面板之 间通过 连接销 连接 ，左 、 右之间用 u形卡连接；上、下桁架之间通过插销和调节 螺杆连接，桁架与面板用连接螺栓 固定。在转折处，可 通 过调节螺 杆 实 现 变坡 ，不影 响仓 内混 凝 土 连续 浇 筑 。 连续上升式翻转模板立模程序见图 4 。 该系列翻转模板的主要技术参数： ( 1 )翻转模板 承受 最大混凝土侧压力为 1 5 k N me 。 ( 2 )锚筋 D1 5拉拔力为 6 0 k N m2 。 ( 3 )混 凝 土 的浇筑 速 度 宜为 3 0 c m 8 h ，最 大 不超 过 1 2 m d 。 ( 4 )持力层锚筋所在的混凝土浇筑完毕后 4 8 h方能 受 力。 7 混凝土预制模板 混凝土预制模板一般采用重力式，并作为建筑物结 混 凝 土 工 程 0 0 囊 构的一部分，不需拆除。断面形式有矩形、梯形及 形 等，可用于直立面、斜面和台阶。坝体内的廊道、小孔 洞等也可采用混凝 土预制模板 。 7 1 坝面重力式混凝土模板 在我 国碾压 混凝 土坝施 工 中，坝 面为 台阶或 斜 面的 坝体一般采用预制重力式混凝土模板 ，垂直面采用 l l 形 重力板式混凝 土模 板 ，内部浇 筑常 态 ( 或 变态 )混凝 土 过渡 。随着变态 混凝 土 的广泛 应用 ，以及碾 压混 凝 土特 制模板技术 的成熟 ，坝 面预制 混凝 土模 板 的使用 逐渐 减 少或基本不用 。 矩形或梯 形 重 力 式混 凝 土 模 板 规 格一 般 为( 2 0 0 2 5 0 )c mX8 0 c mX 6 0 c m ( 长 宽高) ，内配构造筋。 形重力板式混凝土模板高 1 2 0 c m，宽 1 9 8 c m，板厚 1 5 c m， 内配结构钢筋，见图5 。预制模板混凝土的标号依坝体混 凝土标号确定 ，一般有结构钢筋配置 的不宜低于 C 2 0 。 7 2 坝 内孔 洞模 板 坝体 内的孔 洞 主要 是廊道 、电梯 井等 ，这 些部 位 均 可采用预制混凝土模板施工，周边浇筑变态混凝土过渡。 在以往 的施 工 中 ，对碾 压 混 凝 土坝 中廊 道 的形 成 ， 应用最普遍的方式是在模板内同步浇筑常态混凝土形成 廊道。其次是采用先充填砂砾石后挖除的方式形成廊道， 如美国的 Wi l l o w C r e e k坝 内廊 道就是 采用该 方 式。该方 式在早期修建的碾压混凝土坝中应用普遍，但现在基本 不采用。只有少量的是采用预制混凝土廊道或碾压混凝 土浇筑之前先形成廊道，或模板浇筑碾压混凝土形成廊 道。目前，在我国，随着变态混凝土的广泛应用 ，采用 预制混凝土廊道已成为最普遍的方式。沙牌拱坝、龙滩 重力坝、彭水弧形重力坝等内部廊道均采用全断面预制 混凝 土廊道 。 坝体 内廊道 断面尺寸一般 为 2 m2 5 m 或 3 m 3 5 m。采用钢筋混凝土全断面预制，壁厚 1 5 1 8 c m，每 节长度 为 1 5 m。侧墙 及 顶 部 均 留有 6 8 o的吊装孔及 5 O 1 7 1 厂 O O 。 墨 1 = 3 = 0 l 4 5 0 2 0 0 图 5 I I 形预制模板结构及安装示意 图 ( 单位 ：r a m) 混 凝 土 工 程 鬻 图 6 钢 筋混凝土倒悬预制模 板 ( 单位 ：ram) 7 4 横缝、诱导缝预制模板 碾压混凝土坝因碾压混凝土技术的不断成熟与改进 而逐步向高坝发展。在重力坝中，因各个断面单独承受 荷载和维持稳定，无论横缝或诱导缝 ，采用切缝方式即 可成型。但在拱坝设计中，因拱坝是整体性承受荷载， 为防止坝体施工 期温 度应 力产 生贯 穿性 裂缝 ，破坏 坝体 整体稳定性，结构设计上设置一定数量的横缝或诱导缝， 后期需 灌浆连成整体 。 南非的 Wo l w e d a n s 碾压混 凝土 拱形 重力 坝 中 ，设置 了按 1 0 m间距布置的可灌浆的诱导缝。诱导缝采用塑料 板隔断混凝土，并安装止水片，止水片也起止浆作用。 在上、下游诱导板之间，沿径向埋设高 2 5 0 ram的折叠塑 料片，并在其中装有带孔 的塑料灌浆管，折叠塑料片的 垂直 间隔高度为 1 ， 0 m ( 隔 4 个碾 压层 ) 。 在我国的普定碾压混凝土拱坝中，共设置三条诱导 缝 ，将坝体分为四段，缝 间设有灌浆系统。诱导缝是采 用两块对接 的多孔混 凝 土成缝 板 ，成 缝板 事先 预制 ，板 长 1 0 m、高 3 0 c m、厚 4 5 c m。按双 向间断的形式布置 ， 水平方向间距 2 0 m，垂直方向间距 6 0 c m ( 隔 2个碾压 层) ，并在诱导缝中预埋灌浆管。成缝方法是：在埋设层 碾压混凝土施工完成后，再挖沟掏槽埋设多孔混凝土成 缝板 。 沙牌碾压混凝土拱坝，坝高 1 3 0 m是我国第一座高 碾压混凝土拱坝。坝内结构分缝设置为 “ 2条诱导缝+2 条横缝”的组合方式。无论是横缝还是诱导缝，均采用 重力 式 预 制 混 凝 土 成 缝 模 板 。预 制 模 板 长 1 0 m，高 3 0 c m，底宽 3 5 c m。诱导缝模板每两块模板对接成缝 ，沿 水平径向间隔 0 5 m、垂直方向间隔 0 6 m ( 即间隔两个 碾压层)布设一问断诱导缝。横缝模板有两种类型，一 种主要供埋设灌浆管路用，另一种设置有弧形键槽。在 缝面上每上升一个碾压层埋设一次模板 ，每 6 0 m高度设 置一个灌 区 ，见图 7 、图 8 。 1 9 水利水 电施工2 0 1 3 第 5期总第 1 4 0期 M_M r 、 固定插销 【 l 止水片 诱导缝预 制模板 l lj l l l I 呈 图 7 诱导缝及预制模板结构 简图 ( 单位 ：I T l m) L 止浆片 诱导缝模板 止浆片 ， | 7 l 、 I 、 、 、 1 f 诱 导 空 腔 H 止 浆 片 横缝 ； 横缝模栅 t c 、固定插 销、 一 横缝模板B ； I 2 0 横缝预制模板 J 2 5 0 l 5 0 0 + - _ o_ _ 1 r 2 5 0 l 。 。 横 缝预制模板B I 2 I l - 1 1 0 0 0 l e 2 【 墨 图 8 横缝及预制模板结构 简图 ( 单位 ：ram) o- 一 一 媒蜒烘鞲一 一 下 引 _ _ 十 r 下 诱导缝模板 的应用 ，为碾 压 混凝 土拱 坝施 工奠 定 了 技术基础 。 8 结束语 碾 压混凝 土模 板 随 碾压 混 凝 土技 术 的 进步 而 发 展 。 在前期的碾压混凝土坝施工 中，大部分是采用常态混凝 土浇筑于碾压混凝土坝的上、下游面作为模板 ，或采用 混凝土预制块作为模板。常态混凝土与碾压混凝土同步 浇筑 ，称 为 “ 金包银 ” 。 随着碾压混凝土工艺的改进，尤其是变态混凝土的 混凝土工程 = 广泛使用，拓展了碾压混凝土模板的应用途径 ，悬臂或 半悬臂模板等逐渐用于碾压混凝土坝施工中。但即使这 样 ，也受模板高度的限制不能无间断上升 。 翻转模板的成 功应 用 ，真 正实 现 了碾压 混凝 土连续 浇筑上升。这种模板最开始应用于贵州普定碾压混凝土 拱 坝施 工 。经不断 改进 ，现 成 为碾压 混凝 土施 工 的标 准 配置模板。在大花水碾压混凝土双曲薄拱坝施工中连续 浇筑上升 3 3 5 m，创 2 0 0 5年度施工企业新纪录；在索风 营碾压混凝土重力坝与乌江彭水大坝施工中，分别最高 连续 上升 3 1 m及 2 8 m，碾 压混凝 土施 工快速 的优 势得 到 充分体 现。 ( 上接 第 8页) 墙需保护的构筑物为钢筋混凝 土结构 。以往类似工程 的经验认为，钢筋 混凝土结构具有很 强的抗震性 能， 爆破控制值较高 。根据 山西禹门 口提水 工程进 口岩埂 拆除爆破，大朝山水电站、小湾水电站导流隧洞 围堰 及岩埂拆除爆破 ，围堰堰体均距 主体建筑物很近 ，最 近处实测的质点振速为 2 0 c m s 左右，紧邻爆区的质点 振速 更 大 ，拆 除爆 破 后 建 筑 物 均 未 发 生 破 坏 。小 湾 水 电站 围堰 及岩 埂 控 制爆 破 拆 除 、贵州 乌 江 构 皮 滩 水 电 站围堰及岩埂控制爆破拆除及彭水 围堰及岩埂控制爆 破 拆 除均 控制 单 响 药 量 在 1 5 0 k g左 右 ，该 工 程 控 制 在 1 0 0 k g左 右 。 5 3 爆破质点振速的控制 在堰体爆破拆 除过程 中，由于堰体一 次爆破装药 量 大 、与进 出 口混 凝 土 构 筑 物距 离 近 ，爆 破 所 产 生 的 振 动波 会 对 导 流 洞 进 口边 坡 及 相 关 构 筑 物 产 生 不 利 影 响 。 冈爆破而引起的质点振动速度可按萨道夫斯基公式 计算 ，即 一 K ( ) 。 式 中 一 介质点振动速度 ，c m s ； K介质性质系数，与介质性质 、爆破方法等因 素有关，一般 K一5 0 3 5 0 ，岩土介质性松 软 时取 大值 ； Q 一 一 同段起 爆的最大单响药量 ，k g ； 爆心距 ，即测点至爆源的距离 ，m； 地震波 衰减 系数 ，与地 质条件 有关 ，近 区为 1 5 2 0 ，远 区为 1 O 1 5 。 K、 值根据 S L 4 7 1 9 9 4 选 取 ，K值取 1 5 0 ， 值取 1 5。 根据 D L T 5 1 3 5 2 ( ) ( 】 l 水利水电工程爆破施工技 术规范 ，允许爆破质点振动速度见表 1 。 按 照规 定 ，限 制 最 大 质 点 振 速 一 l O c m s 。根 据 式( 2 ) 一 R 。 ( ) ( 2 ) 将最大单响药量等有关参数代入上述计算公式后计算得 出进水塔及 门槽 二期 振速 ，见表 2 。 表 l 允许爆破 质点振 动速度 龄期 ( 天) 备注 项 目名称 3 3 7 7 2 8 混凝 土 1 2 2 5 6 1 0 坝基灌浆 1 1 5 2 2 5 含坝体 、接缝灌浆 预应力锚索 1 1 5 5 7 含锚杆 电站机电设备 O 9 含仪表、主变压器 表 2 最 大单响与振动速度对照表 距离 允许 V n m x Q m a x 保护物 ( m) ( c m s ) ( c m s ) ( k g ) 进 水塔 及 5 4 1 O 3 7 8 1 O O 门槽二期 从计算结 果看，采用 Q m 一l O O k g进行 最大单响 药 量控 制是 可行 的 。同 时 ，考 虑 大量 工 程 的实 际 和 进 水 塔结 构 特 点 ，认 为 局 部 位 置 的 质 点 振 动 速 度 达 到 1 5 C 1T I S 也是可以接受 的，并 可以按此 原则 确定单 响 药 量 。 6 结束语 爆破单耗和起爆 网络设计和实施 是围堰拆除爆破 成功 的关键 。功果 桥 电站 导流 洞 进 口混 凝 土 围堰 爆 破 拆 除 单 耗选 择 1 5 1 8 k g m。 ，爆 破 网络 中排 间延 时 5 0 ms 、孔 间延 时 3 0 ms 、一 期 孔 内延 时 6 5 0 r n s 、二 期 孔 内延 时 8 8 0 ms 、最大单 响控制为 1 0 0 k g等爆破 参 数选择合理 ，防护 方案可靠 。爆破振 动未对 临近建 筑 物 造 成 破 坏 ，爆 渣 块 度 适 宜 ，并 按 预 计 被 水 流 冲 走 ，爆破取得 圆满成功 。2 0 0 8年 1 1月 1 5日，功果 桥水 电站 导 流洞 主 围堰 顺 利爆 破 拆 除，围堰 成 功 分 流 。 21