河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺高立柱模板選型分析

徐俠松，王 杰，張松華，江 巍，王從鋒

（1.湖北省送變電工程公司，湖北 武漢 430063 2.三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443002）

0 引言

在河網(wǎng)區(qū)域的特高壓輸變電線路工程建設(shè)中，大型承臺的圓形高立柱混凝土澆筑必不可少，其中模板型式的選擇對于高立柱工程的施工進(jìn)度、施工安全和施工質(zhì)量有著非常重要的影響。圓形高立柱混凝土的施工在道橋工程、房建工程等領(lǐng)域經(jīng)常遇到，除了已經(jīng)在《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范（JGJ162-2008）》（以下簡稱《模板規(guī)范》）[1]中明確規(guī)定可以采用的定制鋼模板、木模板之外，如玻璃鋼模板[2]、波紋管模板[3]和紙管模板[4]等新型模板型式也在實(shí)際工程中取得了一定的應(yīng)用。雖然對于這些模板型式的使用特點(diǎn)和施工工藝等方面已有不少的總結(jié)和分析[5-7]，但針對河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺的圓形高立柱這一特殊對象，如何選擇合理的模板型式仍然缺乏深入的研究。

本文以湖北河網(wǎng)區(qū)域的特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱為主要工程對象展開研究，圓形高立柱的直徑一般在2～3 m之間，高度一般在5～8 m之間,施工區(qū)域?yàn)榕禾?、魚塘或水田等星羅棋布的河網(wǎng)區(qū)域。針對該工程對象，對定型鋼模板、木模板、玻璃鋼模板、波紋管模板和紙管模板等模板型式進(jìn)行適用考察分析，力求通過經(jīng)濟(jì)性、輕便性和可靠性等方面的比較，確定最為適合河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路大型承臺圓形高立柱工程施工的模板型式，為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸變電線路建設(shè)提供技術(shù)參考。

1 河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點(diǎn)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和發(fā)電量、用電量的倍數(shù)增長，輸電線路采用的電壓等級越來越高（達(dá)到750 kV以上稱為特高壓輸電線路），其可以有效地減少輸電損耗，降低線路單位造價，充分的利用線路走廊。目前我國已經(jīng)投入運(yùn)行的最高電壓等級的輸電線路為“晉東南—荊門1 000 kV輸電線路工程”，2006年8月19日正式開工建設(shè)，2009年1月6日正式投入運(yùn)行，線路全長約604 km。特高壓輸電線路建設(shè)經(jīng)過河網(wǎng)區(qū)域時，其大型承臺的圓形高立柱工程施工對整體工程的順利實(shí)施意義重大。

河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工，與道橋工程、房建工程等領(lǐng)域中的類似工程在以下方面有所區(qū)別。

1）工程項(xiàng)目的不集中。道橋工程、房建工程等領(lǐng)域中的圓形高立柱工程施工，其工程項(xiàng)目呈現(xiàn)明顯的集中性質(zhì)。房建工程中的圓形高立柱，一般位置均在主體工程所位于的紅線范圍內(nèi)，道橋工程中的圓形高立柱根據(jù)實(shí)際情況略有差異，如高速鐵路的橋墩間距一般為25 m和35 m兩種，杭州灣大橋橋墩間距50 m，除此之外，由于道橋工程和房建工程中的圓形高立柱工程實(shí)施可以與其它分部工程協(xié)同考慮，所以圓形高立柱工程的施工設(shè)備和工藝方面選擇性較大。特高壓輸電線路的大型承臺建設(shè)，參照《1 000 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50065-2011)》[8]規(guī)定，其距離往往以km計(jì)，在輕冰區(qū)為不大于10 km，其建設(shè)地點(diǎn)距離大，工程項(xiàng)目非常不集中，且混凝土分部工程數(shù)量有限。

2）圓形立柱的尺寸大、高度小。房建工程等領(lǐng)域中的圓形高立柱一般來說其混凝土凈截面直徑為0.6～1.6 m范圍內(nèi)，高度根據(jù)具體工程項(xiàng)目存在差異（如飛機(jī)機(jī)庫大廳柱高可達(dá)18 m[9]），在橋梁建設(shè)過程中數(shù)十米高的橋墩也是非常常見的。河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺的圓形高立柱其混凝土凈截面直徑可達(dá)3 m，截面尺寸相對較大，但其高度一般在5～8 m之間，相對較小。

3）施工地點(diǎn)的局限性。房建工程和道橋工程的實(shí)施一般都具備較好的施工條件，其施工道路和施工場地可以容許大型機(jī)械設(shè)備的采用。河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路的施工則受到諸多限制：河網(wǎng)區(qū)域施工道路的布置受到局限，較窄的道路和渠堤限制了大型機(jī)械設(shè)備的行進(jìn)，如果進(jìn)行道路建設(shè)則會導(dǎo)致額外的征地補(bǔ)償支出；魚塘、藕塘等淺水區(qū)的存在對展開大規(guī)模的施工形成障礙，也對施工工藝提出了較高的要求。

2 不同模板型式的使用特點(diǎn)和施工工藝

針對河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點(diǎn)，我們對已經(jīng)列入《模板規(guī)范》的定制鋼模板、木模板和目前已經(jīng)取得一定工程應(yīng)用的玻璃鋼模板、波紋管模板、紙管模板的使用特點(diǎn)和施工工藝進(jìn)行調(diào)查分析，以獲取這些模板型式與本項(xiàng)目的適應(yīng)性。

2.1 定制鋼模板

定制鋼模板一般是由生產(chǎn)廠家按照施工單位要求進(jìn)行定制，其結(jié)構(gòu)包括面板、豎肋、橫肋、豎龍骨等部分，形式一般如圖1所示。

圖1 定制鋼模板Fig.1 Customized steel formwork

根據(jù)圓柱的直徑大小，定制鋼模板可采用1/4圓柱鋼模組拼（大直徑情況下）或者1/2圓柱鋼模組拼（小直徑情況下），鋼模面板鋼板厚度4～5 mm，豎肋可采用5 mm左右厚度鋼板或者Φ8槽鋼，橫肋可采用6 mm左右厚度鋼板或者Φ10槽鋼，豎龍骨采用Φ10槽鋼，腰孔之間采用Φ18螺栓連接。板材一般采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板。

定制鋼模板的質(zhì)量一般較大，制作費(fèi)用較高。以圖1中的定制鋼模板為例，其擬澆筑的混凝土圓柱直徑僅為1.2 m，采用1/2圓柱鋼模組拼而成，每個鋼模模塊尺寸為柱半圓，高度為1 155 mm，質(zhì)量為150 kg，模板制作費(fèi)用達(dá)到350元/m2。

定制鋼模板由于使用鋼板為主要材料，因此在牢固性方面最為優(yōu)良，可多次重復(fù)周轉(zhuǎn)，但是其運(yùn)輸、安裝和拆卸方面相對復(fù)雜，由于其自重較大，在安裝和拆卸過程中需要使用大型機(jī)械，而且其模板拼裝過程中形成的拼縫較多（根據(jù)本項(xiàng)目的柱高和直徑，會形成豎向拼縫4條，水平拼縫4～6條），進(jìn)而導(dǎo)致混凝土外觀質(zhì)量保證方面存在困難。

2.2 木模板

傳統(tǒng)的圓柱木模板(如圖2所示)一般采用18 mm厚松木膠合板制作圓柱模板,板背面用手電鋸每隔4～5 cm鋸一道12～15 mm深的縫隙,使模板正面仍保持完整的一塊膠合板,釘?shù)侥纠闵?制成圓柱模板。該種方法制作的模板混凝土表面不光滑，圓弧不柔順，費(fèi)工、費(fèi)時、費(fèi)料，接縫不密實(shí)影響施工質(zhì)量，柱模不垂直影響受力及美觀。

圖2 傳統(tǒng)圓柱木模板Fig.2 Classicalwood formwork for circular column

目前在實(shí)際工程中逐步得到運(yùn)用推廣的定型凹凸槽木模板是一種比較先進(jìn)的木質(zhì)模板做法，該型模板的主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 定型凹凸槽木模板Fig.3 Setting concavo-convex wood formwork

定型凹凸槽木模板一般采用優(yōu)質(zhì)樺楊木在熱壓機(jī)上加工制成具有一定半徑和弧長的彎板，現(xiàn)場拼接成圓柱、橢圓柱等。支模時不需另加鋼管柱箍和對拉螺桿，采用固定環(huán)箍和螺栓加固。模板具有膠合力強(qiáng)、重量輕、幅面大的特點(diǎn)。環(huán)氧樹脂水晶面能使混凝土達(dá)到清水混凝土表面要求。

定型凹凸槽木模板的優(yōu)點(diǎn)在于首先現(xiàn)場加工隨意性強(qiáng)，采用常規(guī)加工工具，可鋸、可釘、可鉆孔，可根據(jù)需要切割成任意的形狀，拼裝靈活，操作方便；然后在于接縫處凹凸槽，使模板拼縫緊密結(jié)合，防止跑漿、漏漿，使混凝土脫模既快又美觀，同時又有穩(wěn)定加固的作用，制作費(fèi)用僅為160元/m2左右。不足之處在于其結(jié)構(gòu)上取消了鋼管柱箍和對拉螺桿，則其環(huán)向上需要采用扁鋼或者鋼帶加固，其設(shè)置間距和材料需要根據(jù)實(shí)際情況確定，在確定模板垂直度后，在柱模上下每隔 1.0～1.5 m需要設(shè)置鋼管腳手架進(jìn)行固定。

2.3 玻璃鋼模板

圓柱玻璃鋼模板目前在國內(nèi)工程中已經(jīng)廣泛運(yùn)用。該型模板采用不飽和聚酯樹脂作為膠結(jié)材料，用低堿纖維布作骨架逐層粘裹而成，按照擬澆筑柱子的圓周周長和高度制成的整塊或多塊模板，由廠家按照要求進(jìn)行定制。

圓柱玻璃鋼模板根據(jù)圓柱的直徑大小可制成整塊或多塊卷曲式模板，兩個半圓卷曲式模板。整張和半張卷曲式模板拼接縫處，均設(shè)置用于模板組拼的拼接翼緣，翼緣用扁鋼加強(qiáng)（如圖4所示）。扁鋼設(shè)有螺栓孔，以便于模板組拼后的連接。為了加強(qiáng)模板支設(shè)后的整體剛度和穩(wěn)定性，在柱模外一般須設(shè)置上、中、下三道柱箍，柱箍采用型鋼制成，一般設(shè)計(jì)成兩個半圓形，拼接處用螺栓連接。模板的厚度，根據(jù)混凝土側(cè)壓力的大小通過計(jì)算確定，一般為3～5 mm?？紤]模板在承受側(cè)壓力后，模板斷面會膨脹變形，因此，模板的直徑應(yīng)比圓柱直徑小0.6%為妥。

圖4 圓柱玻璃鋼模板Fig.4 Glass steel formwork for circular column

圓柱玻璃鋼模板的優(yōu)點(diǎn)在于重量輕、工效高和澆筑成型的圓柱柱面光滑整潔等特點(diǎn)，其制作費(fèi)用介于定制鋼模板和定型凹凸槽木模板之間，為280元/m2左右，該型模板的制作、安裝和拆卸均無需大型機(jī)械，可周轉(zhuǎn)次數(shù)為20次左右（定型凹凸槽木模板可周轉(zhuǎn)次數(shù)約10次），因此具備較好的應(yīng)用前景，澆筑出的混凝土外觀質(zhì)量優(yōu)良。

2.4 波紋管模板

波紋管模板是目前在國內(nèi)實(shí)際工程中逐漸開始運(yùn)用的一種新型模板。該型模板主要使用PVC－U 型雙壁波紋管（以聚氯乙烯為主要原料）作為模板主體，PVC－U 型雙壁波紋管內(nèi)壁光滑、外壁波紋、內(nèi)外壁中空，具有質(zhì)輕、抗壓能力強(qiáng)、內(nèi)壁光滑且便于安裝等優(yōu)點(diǎn)。波紋管模板整個系統(tǒng)主要由波紋管、木楞、螺桿、鋼管扣件和支撐系統(tǒng)等組成（如圖5所示）。

圖5 波紋管模板Fig.5 Corrugated pipe formwork

波紋管模板一般首先需要根據(jù)工程特點(diǎn)及現(xiàn)場施工條件（特別圓柱的直徑）選擇合適的波紋管，并驗(yàn)算波紋管上木楞所需的尺寸及間距，及水平鋼筋箍的豎向間距，繪制配板圖，按配板圖將一個圓柱波紋管模板預(yù)分成兩片，模板拼裝時先將圓柱兩片模板組合，并按設(shè)計(jì)要求規(guī)格及間距的方木作為波紋管模板外豎楞，在安置方木豎楞的同時，采用環(huán)形鋼箍按設(shè)計(jì)豎向間距作為水平約束箍，組合后用鋼管、木方及螺桿將其臨時固定，等到柱的垂直度調(diào)整完畢后再進(jìn)行加固固定。

波紋管模板優(yōu)點(diǎn)很多：采購方便；本身內(nèi)表面光滑，圓度準(zhǔn)確，并具有一定的剛度；接縫少、平整度高；無橫向接縫，圓度準(zhǔn)確；自重輕、強(qiáng)度高、韌性好；易于成型、拆裝方便、工效高。其制作費(fèi)用方面，PVC－U型雙壁波紋管直徑500 mm的市場采購價在167元/m，所以具備明顯的價格優(yōu)勢。但是波紋管模板也存在著一些難以克服的問題：（1）目前市面上很難找到直徑2～3 m的波紋管，工程實(shí)例方面也并未發(fā)現(xiàn)此種規(guī)格；（2）波紋管模板在進(jìn)行兩個半圓拼裝后，為保證拼縫處的強(qiáng)度采用在接縫處設(shè)置豎向木方上，在木方上打眼用Φ10 mm的螺栓連接固定的方法，且為防止接縫處漏漿，模板安裝時需在接縫處粘貼海綿條，此項(xiàng)施工工藝對施工人員要求較高，若處理不好則會影響整根柱的外觀質(zhì)量。

2.5 紙管模板

紙管模板是一種新型圓柱模板型式，它是以純紙為原料卷制的圓管型模板，紙管模板主要可分為3個組成部分，即紙管結(jié)構(gòu)層，采用多層高質(zhì)量復(fù)合紙卷制而成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度承受混凝土澆灌時所產(chǎn)生的壓力和沖擊；內(nèi)壁保護(hù)層，采用特殊的復(fù)合耐水紙卷制，紙面覆蓋著特殊的防水薄膜，可以防止紙管內(nèi)新澆筑的混凝土中水分流失；外壁保護(hù)層，采用復(fù)合耐水紙卷制而成，保證紙管外壁具有足夠防水和保護(hù)等能力(見圖6)。

圖6 紙管模板Fig.6 Paper tube formwork

紙管模板在安裝前需要對紙模進(jìn)行剛度加強(qiáng)，支設(shè)間距控制在2 500～3 500 mm，紙模抱箍可采用簡易鋼管抱箍或?qū)Ｓ霉ぞ呤奖Ч?。在紙模抱箍與紙模外壁之間需設(shè)置增加橡膠襯墊，橡膠襯墊長度同紙模外徑，紙模抱箍安裝完成后，采用長鋼管對抱箍進(jìn)行相互連接，通過扣件將長鋼管與抱箍短鋼管進(jìn)行整體連接，使得紙管柱模整體剛度得到加強(qiáng)。安裝紙模時，將紙模豎立高于柱鋼筋上部，自上而下緩慢套入柱鋼筋內(nèi)，直到安裝至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置。拆除紙模時，利用帶有限位裝置的手提電動切割機(jī)，順著已彈出的垂直通長線進(jìn)行切割，限位厚度按照模板厚度少2 mm(避免損傷混凝土表面)，直到將2根垂線全部切開，然后采用美工刀由上往下切開。

紙管模板的優(yōu)點(diǎn)包括：質(zhì)量輕，可以鋸短；成型效果好；內(nèi)模光滑，拆模時能很順利地從混凝土柱面剝離，不需要在模板表面涂刷脫模劑；價格低廉，紙模價格約在100元/m2左右；工期短，采用紙模可以實(shí)現(xiàn)大批量一次性模板安裝，并同時進(jìn)行混凝土澆筑；一次性模板，紙模在拆模中需要實(shí)施破壞性切割，拆除后的紙?？梢援?dāng)廢紙回收利用。但是紙管模板也存在一些難以解決的問題：（1）與波紋管一樣，目前的工程實(shí)例方面也并未發(fā)現(xiàn)2～3 m直徑的紙管模板使用；（2）紙模在安裝過程中忌諱尖銳、凸出物對內(nèi)壁層劃傷，否則會影響混凝土柱成型效果；（3）紙模在平躺狀態(tài)承壓能力差，因此，在運(yùn)輸和搬運(yùn)過程中需要加以適當(dāng)保護(hù)，否則會影響紙模圓曲率；（4）紙模在需要管體切割時，其截?cái)嘈枰捎媚z帶等進(jìn)行防水處理，否則遇水會引起模板變形，這一點(diǎn)在本項(xiàng)目上很難避免。

3 不同模板型式針對本項(xiàng)目的適應(yīng)性分析

根據(jù)前節(jié)對這些模板型式的分析，基于本項(xiàng)目的具體情況，不同模板型式的適應(yīng)性情況分析列于表1中。

根據(jù)綜合分析，定型凹凸槽木模板和玻璃鋼模板對于本項(xiàng)目具備較好的適應(yīng)性，可作為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺高立柱工程施工的模板型式備選。

表1 五種模板型式在本項(xiàng)目中的適應(yīng)性Table 1.Adaptabilities of five formwork types in this project

4 結(jié)論

通過分析河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱的施工特點(diǎn)，比較定制鋼模板、木模板等五種模板型式的施工特點(diǎn)和工藝，選擇定型凹凸槽木模板和玻璃鋼模板作為河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱施工的模板型式，該結(jié)論可供河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路建設(shè)單位參考。但是對于這兩種模板型式在河網(wǎng)區(qū)域特高壓輸電線路大型承臺圓形高立柱施工具體實(shí)施時的施工工藝，還有待進(jìn)一步的細(xì)化。

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