白鶴灘電站橫縫液壓自爬懸臂模板設(shè)計(jì)

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(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

白鶴灘水電站攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，最大壩高289m。大壩共31個(gè)壩段，分左右岸兩個(gè)標(biāo)段施工。左岸標(biāo)1#～18#壩段，右岸標(biāo)19#～31#壩段。在白鶴灘壩區(qū)，顯著特點(diǎn)是風(fēng)力影響較大。據(jù)壩區(qū)新田氣象站資料統(tǒng)計(jì)，7級(jí)以上極大風(fēng)速年平均數(shù)約為104d，最大風(fēng)級(jí)達(dá)12級(jí)。且最大風(fēng)力主要出現(xiàn)在18#～26#壩段，要求模板需滿(mǎn)足在大風(fēng)環(huán)境下的安全使用。通過(guò)對(duì)各種結(jié)構(gòu)模板優(yōu)缺點(diǎn)分析，確定大壩上下游及橫縫模板規(guī)劃采用液壓爬升模板和大型懸臂模板兩種類(lèi)型，其中27#～31#壩段全壩段上下游面及26#～30#橫縫面均采用大型懸臂鋼模板；19#～26#壩段上下游面及18#～25#橫縫采用液壓爬升模板。本文主要對(duì)橫縫液壓自爬懸臂模板設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。

2 液壓自爬懸臂模板設(shè)計(jì)

2.1 模板設(shè)計(jì)思路

白鶴灘主體大壩由于地理原因，常年大風(fēng)，在大風(fēng)環(huán)境下，由于吊車(chē)等起吊設(shè)備無(wú)法使用，會(huì)較大地影響施工進(jìn)度。液壓自爬模板使用時(shí)自帶可靠爬升裝置，僅初次和第二次安裝需要塔吊或者吊車(chē)配合，其余升層均可自爬，提升速度快，單個(gè)壩段可整體提升也可單組爬升，安全好控制。依據(jù)白鶴灘常年地理環(huán)境和施工要求，液壓自爬懸臂模板設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮解決以下問(wèn)題：

(1)目前常規(guī)薄壁結(jié)構(gòu)施工中的液壓自爬模板，側(cè)壓力均為通過(guò)模板傳遞給對(duì)拉拉桿，而大壩施工時(shí)無(wú)法穿對(duì)拉拉桿，需解決模板結(jié)構(gòu)受力安全，同時(shí)模板還需適用大壩橫縫寬度從壩底到壩頂在不斷變化；

(2)常規(guī)液壓自爬模板，只能滿(mǎn)足6級(jí)風(fēng)及以下使用，此項(xiàng)目設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足在8級(jí)風(fēng)時(shí)，能滿(mǎn)足模板的爬升及使用；

(3)液壓自爬懸臂模板頂層工作平臺(tái)設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足放置噴霧機(jī)、工具棚、廁所等設(shè)施；

(4)現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)保溫要求高，需解決澆筑后混凝土保溫問(wèn)題；

(5)解決單套和多套模板的頂升同步性，避免碰撞出現(xiàn)安全事故。

經(jīng)討論分析，采取以下方法來(lái)解決以上問(wèn)題：

(1)將常規(guī)液壓自爬模板的爬架與懸臂模板支撐架合二為一，使其承受施工過(guò)程中混凝土的側(cè)壓力及風(fēng)荷載。每套模板配置一套頂升系統(tǒng)，當(dāng)寬度變窄需減少或?qū)挾仍黾有柙黾訒r(shí)，只需拆除控制電線即可，方便快捷，不會(huì)出現(xiàn)因拆除液壓管道發(fā)生泄漏等影響環(huán)境的情況；

(2)為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工大風(fēng)及施工承載要求，將傳統(tǒng)的懸臂模板雙槽鋼豎圍檁優(yōu)化設(shè)計(jì)成輕型桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)錨固系統(tǒng)及爬升部件進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足其無(wú)論在正風(fēng)還是負(fù)風(fēng)狀態(tài)壓的工況下，均能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)8級(jí)風(fēng)的使用要求。模板設(shè)置了防風(fēng)鐵絲網(wǎng)護(hù)欄和抗風(fēng)裝置，模板背后工作面基本封閉，從而解決現(xiàn)場(chǎng)常年大風(fēng)對(duì)安全和施工進(jìn)度影響的問(wèn)題；

(3)為滿(mǎn)足在工作平臺(tái)上放置噴霧機(jī)、工具棚、廁所等設(shè)施，對(duì)上工作平臺(tái)采取加寬、加強(qiáng)承重支撐的措施；

(4)面板背部小方格內(nèi)噴涂聚氨酯材料，外部采用1mm厚鋼板覆蓋，在四周筋板處打孔采用φ4mm彈性圓柱銷(xiāo)加固，解決保溫問(wèn)題；

(5)設(shè)計(jì)每套模板采用一個(gè)小型液壓站作為模板的提升驅(qū)動(dòng)裝置，采用同步馬達(dá)控制，同時(shí)在馬達(dá)后端增設(shè)兩個(gè)二次調(diào)壓閥進(jìn)行調(diào)壓，達(dá)到2支油缸力的平衡，確保同步精度，電磁換向閥安設(shè)在同步馬達(dá)出口管路上。此種系統(tǒng)布置管路短、壓力損失小，分散布置。當(dāng)個(gè)別出現(xiàn)問(wèn)題，不會(huì)影響模板整體爬升，系統(tǒng)通過(guò)集中控制，可實(shí)現(xiàn)單套獨(dú)自爬升和多套同時(shí)高同步性爬升，操作方便、可靠。

2.2 模板主要部件

液壓自爬懸臂模板由面板系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、爬升系統(tǒng)及平臺(tái)系統(tǒng)組成。

2.2.1 面板系統(tǒng)

橫縫面板設(shè)計(jì)成球形鍵槽模板與平面模板鑲接的方式，用螺栓的形式將其固定在面板上，球形鍵槽可方便地從面板上拆下，以便橫縫鍵槽施工完畢后，橫縫面板可以改裝成平面模板來(lái)使用，可拆卸設(shè)計(jì)也是為了模板能滿(mǎn)足橫縫灌漿區(qū)能順利施工。平面模板面板、邊框和筋板均采用厚度為6mm的鋼板制作，筋板高120mm，模板總厚度126mm。為滿(mǎn)足保溫要求，面板背部由各筋板分隔形成的方格內(nèi)填放3cm厚的聚氨酯保溫板，表面阻燃處理達(dá)到B1級(jí)，外部采用1mm厚鋼板覆蓋，在四周筋板處打孔采用φ4mm彈性圓柱銷(xiāo)加固。每塊面板上配9個(gè)球形鍵槽。球形鍵槽用4mm鋼板整體壓制，成型直徑為80cm，背部架設(shè)開(kāi)有螺栓孔的加強(qiáng)筋板。

2.2.2 支撐系統(tǒng)

支撐系統(tǒng)選用D22F加強(qiáng)支撐系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括D22F加強(qiáng)懸臂支架、桁架?chē)鷻_、調(diào)節(jié)軸桿、連接模件、后退裝置等部分，懸臂支架和桁架?chē)鷻_之間通過(guò)連接模板、軸桿、后退裝置連接。

D22F加強(qiáng)懸臂支架的雙[18水平架、雙[10斜壓桿、雙[10豎直桿間通過(guò)焊接組成整體。豎直桿與下部懸桿[8間之間通過(guò)螺栓連接，其余各部件由軸銷(xiāo)和螺栓連為一體。支架前端設(shè)置有懸掛頭，懸掛板采用25mm厚鋼板仿割成型，懸掛口采用喇叭口設(shè)計(jì)，便于就位安裝，懸掛頭內(nèi)設(shè)置前后兩組滑輪，實(shí)現(xiàn)頂升過(guò)程順滑和安全。

桁架?chē)鷻_主要由[10槽鋼和100×4的方鋼組焊而成，在軸桿支撐部位，通過(guò)14mm厚鋼板進(jìn)行加強(qiáng)連接。圍檁上裝有調(diào)節(jié)模件，可實(shí)現(xiàn)面板相對(duì)于桁架左右和上下調(diào)節(jié)。每塊模板配置2榀圍檁，桁架?chē)鷻_之間通過(guò)角鋼剪刀撐和組裝鋼管連接，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

后退裝置為齒條上部扣蓋10#槽鋼的結(jié)構(gòu)形式，前端通過(guò)銷(xiāo)軸與連接模板件連接。為滿(mǎn)足后退過(guò)程中突遇大風(fēng)出現(xiàn)傾覆，后退裝置與連接模板均設(shè)有卡板，可實(shí)現(xiàn)在支架上安全滑動(dòng)。后退裝置通過(guò)與安裝在懸臂支架上的齒輪配合，可實(shí)現(xiàn)面板系統(tǒng)整體后退平移60cm。

2.2.3 錨固系統(tǒng)

錨固部分包括爬升錐、B7螺栓、蛇形錨筋，設(shè)計(jì)抗拉拔力能達(dá)到290kN。其中蛇形錨筋為一次性消耗件。單套模板一澆筑升層需消耗兩套消耗件，其它部件為重復(fù)使用件。一套模板使用，需配置6套。爬升錐規(guī)格為M42/D32，采用40Cr材質(zhì)制作，B7螺栓為10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓，精度等級(jí)為B級(jí)。

2.2.4 頂升系統(tǒng)

爬升系統(tǒng)包括附墻座、導(dǎo)軌、支撐座、換向盒、液壓系統(tǒng)。自爬模板就是通過(guò)頂升系統(tǒng)中的液壓油缸對(duì)導(dǎo)軌和爬架交替頂升來(lái)實(shí)現(xiàn)爬升運(yùn)動(dòng)。

(1)附墻座作為爬模系統(tǒng)傳力部件，液壓自爬模板和軌道的受力均由其傳遞給錨固系統(tǒng)。由于鍵槽之間只有20cm的平面，每個(gè)附墻座設(shè)計(jì)采用一組錨固系統(tǒng)固定。為保證軌道在承重過(guò)程中的使用安全，在其上設(shè)有下墜擋板，對(duì)軌道建立起第二道安全防線。附墻座開(kāi)設(shè)有承重銷(xiāo)孔和安全銷(xiāo)孔，當(dāng)自爬模板通過(guò)懸掛頭懸掛在承重銷(xiāo)上后，穿上安全銷(xiāo)，可防止模板墜落。

(2)導(dǎo)軌為H型結(jié)構(gòu)，規(guī)格為150mm×150mm，導(dǎo)軌設(shè)計(jì)長(zhǎng)度5.8m。腹板上等間距開(kāi)設(shè)有8cm×4cm的長(zhǎng)條孔，作為換向盒舌卡的卡槽，為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)8級(jí)風(fēng)正常爬升使用、12級(jí)風(fēng)停工安全，軌道采取了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，翼緣板厚12mm，腹板厚8mm，材質(zhì)選用Q345。為滿(mǎn)足爬升時(shí)軌道就位穩(wěn)定，在軌道下部設(shè)有軌道尾撐。軌道頂部腹板開(kāi)設(shè)有楔形槽，通過(guò)楔形板與附墻座連接，此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)單塊模板兩軌道高程不一樣時(shí)，可通過(guò)楔形板進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。軌道就位靠近大壩橫縫一側(cè)，設(shè)有兩條形安全擋塊，可起安全防墜作用。

(3)支撐座由絲桿、螺母、鋼板等焊接而成，安裝在支架下支腿處。由于大壩橫縫面有球形鍵槽，為避免絲桿頂?shù)角蛐捂I槽里，而無(wú)法形成有效支撐，在絲桿前端安設(shè)有雙[8槽鋼承重梁。

(4)換向盒為模板爬升時(shí)的承重部件，一套模板需配置四套，通過(guò)銷(xiāo)軸在導(dǎo)軌上同油缸上、下兩端鉸接。提升軌道和爬升模板時(shí)，換向盒手柄方向需與其對(duì)應(yīng)，不然無(wú)法實(shí)現(xiàn)爬升。換向盒舌卡材質(zhì)為16Mn厚30mm，靠壓縮彈簧回位，擺動(dòng)回位行程幅度大，便于在爬升過(guò)程中進(jìn)行觀察。

(5)液壓系統(tǒng)由小型液壓站、電控系統(tǒng)、管路、油缸等組成。

①小型液壓站由油箱、油泵、過(guò)濾器、電機(jī)、支架、油路集成塊、電磁換向閥、單向閥、溢流閥、二次調(diào)壓閥、液壓馬達(dá)以及管路附件組成。為了防止現(xiàn)場(chǎng)沖倉(cāng)等操作污染泵站，泵站上部設(shè)有鋼質(zhì)防護(hù)蓋。

②液壓系統(tǒng)采用電氣集中控制，一個(gè)電控柜可控制五套模板的液壓系統(tǒng)。電控系統(tǒng)具有過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱保護(hù)、缺相等保護(hù)。電控箱上設(shè)有急停按鈕，設(shè)有5個(gè)啟動(dòng)按鈕、5個(gè)停止按鈕，分別控制5套模板泵站的啟停，設(shè)有三個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其中兩個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制5組模板中的一個(gè)油缸，然后另一個(gè)總的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)再控制下級(jí)的兩個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)5組模板10個(gè)油缸的單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)控制。電控箱配有電壓表、電流表，可方便直觀觀測(cè)運(yùn)行中的電壓、電流變化，方便對(duì)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。電機(jī)選用三芯四線控制電纜，電磁閥選用六芯控制電纜。

③每套模板單獨(dú)有一套液壓系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力：16MPa；油缸規(guī)格：HSGL63/40E-280；單根油缸頂升力：≥6T；電機(jī)功率：2.2kW；電機(jī)電壓：380V；液壓油：LH-46；兩相鄰機(jī)位油缸頂升同步精度：1.5%；爬升速度：30cm/min，完成3m一個(gè)循環(huán)升層約30min。

2.2.5 平臺(tái)系統(tǒng)

模板平臺(tái)系統(tǒng)共設(shè)有4層，上層和中層采用花紋鋼板網(wǎng)進(jìn)行鋪設(shè)，下面兩層吊平臺(tái)由鋼板網(wǎng)鋪設(shè)。上層和中層平臺(tái)背部架設(shè)有1.9m高圍護(hù)鋼絲網(wǎng)，下面兩層平臺(tái)設(shè)為全封閉形式，實(shí)現(xiàn)很好的保護(hù)施工人員的安全。鋼絲網(wǎng)豎筋直徑為5mm，水平筋直徑為2mm，鋼絲網(wǎng)與方鋼梁之間通過(guò)U型螺栓和方形墊片連接。中層平臺(tái)為合拆模操作平臺(tái)，吊一層平臺(tái)為液壓操作平臺(tái)，吊二層平臺(tái)為修補(bǔ)平臺(tái)，可對(duì)局部混凝土及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)。模板的四層平臺(tái)之間，通過(guò)爬梯錯(cuò)位相連，每條橫縫布置兩個(gè)通道，方便施工人員上下通行。

上層平臺(tái)設(shè)計(jì)寬度為1.9m，下部鋪設(shè)40×4方鋼加強(qiáng)筋，通過(guò)C型卷邊槽鋼將力傳遞給桁架?chē)鷻_上的100×4方鋼主梁，設(shè)計(jì)承載可達(dá)到2t，從而可滿(mǎn)足噴霧機(jī)、工具棚、廁所、通行棧橋等設(shè)施放置。模板相鄰平臺(tái)之間間隙為10cm，每套模板頂層平臺(tái)一側(cè)設(shè)有活頁(yè)蓋板，當(dāng)爬升就位后，將其翻轉(zhuǎn)搭接到相鄰塊模板平臺(tái)上，可實(shí)現(xiàn)頂部平臺(tái)完全封閉，避免小物件掉落傷人，安全可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

液壓自爬懸臂模板于2017年7月投入運(yùn)用，已完成多倉(cāng)使用，現(xiàn)場(chǎng)爬升過(guò)程平穩(wěn)，操控簡(jiǎn)單，就位速度快，安全可靠，澆筑成型質(zhì)量好，特別是施工不受外部環(huán)境的影響，較好的滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及質(zhì)量要求。筆者結(jié)合液壓自爬懸臂模板實(shí)際運(yùn)用情況總結(jié)出以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

(1)橫縫液壓自爬模板始終與大壩結(jié)構(gòu)保持連接，模板爬升平穩(wěn)，同步性好，不安裝液壓系統(tǒng)時(shí)，亦可當(dāng)傳統(tǒng)懸臂模板使用，綜合應(yīng)用效果好，此模板結(jié)構(gòu)單套成獨(dú)立完整體系，周轉(zhuǎn)裝拆靈活性好；

(2)全程無(wú)需使用外力提升，風(fēng)力小于8級(jí)不影響模板提升，爬升時(shí)工人直接站在爬模里，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；

(3)抗風(fēng)能力強(qiáng)，懸臂支架與爬升系統(tǒng)可靠連接，爬升系統(tǒng)與墻體保證兩個(gè)連接點(diǎn)，無(wú)需額外設(shè)置纜風(fēng)繩；

(4)可平移后退，避免常規(guī)懸臂模板后傾拆模損傷混凝土，混凝土表面質(zhì)量好，同時(shí)退?？臻g大，利于清理模板表面混凝土；

(5)采用封閉走板，物料顆粒、小配件等不會(huì)掉落，外觀整齊美觀。