中国水利水电第四工程局有限公司 云南昆明 650225
摘要：白鹤滩大坝混凝土施工受持续大风天气影响严重，据统计，全年7级以上极大风速年平均数为104天，约占全年总天数28.5%，对大坝混凝土模板拆立模影响较大。本文通过对液压自升式模板技术研究，实现了大风天气下模板自爬功能，了大风对模板施工的影响，确保大坝混凝土浇筑施工安全和进度受控，经济效益显著，也为类似工程提供借鉴。
关键词：白鹤滩 大风天气 液压自升式模板
1 概述
1.1 工程概况
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，控制流域面积43.03万km2，占金沙江以上流域面积的91%。电站开发任务以发电为主，兼顾防洪等，是“西电东送”的骨干电源点之一。电站总装机容量16000 MW，建成后将是仅次于三峡工程的第二大巨型水电站。
白鹤滩水电站最大坝高289.0m，共分31个坝段。坝体混凝土施工具有规模庞大、体型复杂、周期长等特点，一般平面模板难以适应。而且，拱坝横缝面设置凸凹键槽及灌浆管路，对模板的要求更复杂。且受悬臂高度的限制、相邻坝段高差的限制，对模板的使用提出了更高的要求。
此外，本工程另一显著特点是风力影响较大。据坝区新田气象站2012~2014年资料统计，7级以上极大风速年平均数为2495h（折算为104.0天），最大风级达12级。如何保障模板在大风环境下的安全使用是模板设计的关键点。
采用何种模板，既能满足外观质量要求，又能适应坝体快速上升的要求，无疑是本工程一大难点。
1.2 气象条件
白鹤滩坝址所在为亚热带季风区，冬半年受青藏高原南支西风环流影响，盛行西风环流，天气晴朗干燥，降雨稀少；夏半年受副热带西风和西南季风影响，水汽较为丰沛，降水较为频繁、集中，年内干、湿季的交替变化极其明显。
根据招标文件提供的资料，取新田气象站为坝址代表站。综合分析2012~2014年资料，坝址区风力特征的基本情况为：
（1）极大风速风向绝大多数为北风和偏北风，基本沿着河流方向，其中北风约占一半。
（2）从2012~2014年各级极大风速出现小时数分析，7级以上极大风速年平均数为2495h（折算为104.0天），其中，7级极大风速年平均数为1376h（折算为57.3天），8级极大风速年平均数为785h（折算为32.7天），9级极大风速年平均数为270h（折算为11.3天），10级极大风速年平均数为59h（折算为2.5天），11级极大风速年平均数为5h。
（3）白鹤滩坝区极大风速季节分布明显，2012～2014年新田站日极大风速出现过7级以上年平均241天，占全年总日数的66.0%，其中干季（1月-4月， 10月-12月）178天，占干季日数的84.0%；雨季（5 -9月）64天，占雨季日数的35%。
（4）出现7级以上极大风速频率最大的时间段为17时至次日04时，多年平均比例为60.4%，其中以21时到次日02时最多，平均比例为32.8%，约占三分之一。
由此可见，满足7级以上大风正常施工是模板选型的重要因素之一。
1.3 坝面模板选型
白鹤滩水电站大坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289m，立模面积大，混凝土外观质量要求高，施工模板除满足大坝上、下游面、横缝面体型和结构要求外，更要有利于保证大坝的质量和方便施工，尤其是满足在7级大风以上的正常施工。
采用常规的吊车拆立模方式，由于受大风天气影响，将严重影响大坝混凝土浇筑上升和拆立模施工作业安全。因此，在进行坝面模板选型时，须充分考虑大风对模板作业安全的影响。
综合考虑多种因素，坝面模板结构形式拟采用重型悬臂平面模板，模板提升方式采用液压油缸顶升方式，实现重型模板自动爬升功能，解除吊车作业安全风险，提高立模工效。
2 液压自升式钢模板设计
2.1 模板组成
液压自升式模板是一种能自动爬升的模板体系，包括面板系统、支撑系统、锚固系统、爬升系统及辅助系统等。
（1）面板系统
面板高度按照混凝土3m升层进行设计，其中上、下游面模板为3.0mx3.5m（宽×高），横缝面模板为3.0mx3.3m（宽×高），采用6mm厚钢板制作。
面板通过D15加长钩头螺栓与竖围檩组成，形成模板单元。各模板单元间通过U型卡连接。
（2）支撑系统
支撑系统采用后退式，包括后退式提升架、竖围檩、轴杆、连接模件、后退装置、吊平台杆及旋入架等。后退式提升架与下部吊平台杆之间采用螺栓连接，其余各部件由轴销和螺栓连为一体，通过锚固系统的约束，可安全、便捷地完成模板施工作业。
（3）锚固系统
锚固系统包括爬升锥、螺栓、预埋锚筋、密封壳。其中预埋锚筋和密封壳为消耗件，其它部件可重复使用。
（4）爬升系统
爬升系统包括附墙座、导轨、支撑座、上下换向盒、液压油缸、液压油泵及油管电路等。模板通过爬升系统的液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现爬升。
（5）辅助系统
辅助系统包括工作平台、安全网、组装钢管、组装扣件等，通过螺栓与支撑系统连为一体，形成稳固的空间受力桁架。模板设有四层工作平台，工作平台宽185cm，每层工作平台设有2m高封闭护栏保护操作人员，确保施工安全。
2.2 工作原理
液压自升式模板的工作原理是通过液压油缸对导轨和爬架交替顶升来实现顶升运动。导轨和爬模架互不关联，二者之间可进行相对运动。混凝土施工时，导轨和爬模架都支撑在附墙支座上，两者之间无相对运动。模板爬升时，模板及支撑系统退模，
安装爬升锥承载螺栓、挂附墙支座，调整上、下换向盒棘爪方向，顶升导轨，待导轨顶升到位，就位于该埋件支座上后，拆除下部埋件支座、爬锥等。解除爬模架上所有拉结部位，顶升爬模架，调整上、下棘爪方向后启动油缸，爬模架就相对于导轨运动，通过导轨和爬模架这种交替附墙，互为提升，爬模架即可沿着墙体上预留爬锥逐层提升。
2.3 液压自升式模板主要特点
（1）液压自升式钢模板可整体爬升，也可单榀爬升，爬升稳定性好。
（2）爬模架一次组装后，一直到顶不落地，节省了施工场地，减少了模板碰伤损毁。
（3）结构施工误差小，纠偏简单，施工误差可逐层消除。
（4）模板自爬操作方便，施工速度快，安全性高，降低了大风天气对模板施工的影响，降低了吊车和缆机占用率。
（5）上、下换向盒，是爬架与导轨之间进行力传递的重要部件，改变换向盒的棘爪方向，实现提升爬架或导轨的功能转换。在每爬一个梯档时，油缸自行调节，保证同时爬升的架体同步。
3 液压自升式钢模板安装施工
3.1 模板安装
（1）安装场地需在水泥硬化地面进行，准备两块10cmX10cm木方，木方间距按照竖围檩中心距摆放。首先拼装面板、竖围檩及面板背部支架。将面板水平放置在木方上部用M16×45螺栓将几块面板连接形成一个单元，注意有定位孔的面板位于上方，钢肋方向向下，连接时需调整上下两块模板之间的拼缝平整度。在面板上根据组装图，按尺寸把两根竖围檩背架放在面板背面，用钩头螺栓将其固定在面板上。将连接模件安装在支架上，然后将支架与围檩进行组装。安装轴杆（轴杆安装前应上好轴杆防护套）注意要使轴杆两端外伸螺纹长度相等。用脚手架钢管加固竖围檩及支架，注意调整整个模板系统规方。装配主工作平台。装配悬杆、上工作平台及护栏栏杆。安装平台板，平台要求平整牢固，在与部件冲突位置开孔，以保证架体使用，并再次校正两三角架中到中间距是否为第一次浇筑爬锥中到中位置，拼装好的面板起吊用于第一仓或基础仓位浇筑。
（2）拼装三角承重架。准备两片木板300mmx2440mm左右，按照爬锥中到中间距摆放在水平地面上。保证两条轴线绝对平行，轴线与木板连线夹角90°，两对角线误差不超过2mm。将三角架扣放在木板轴线上，安装后移平台横梁及后移装置，保证三角架中到中间距等于爬第一次浇筑爬锥中到中间距。两三角架对角线误差不超过2mm，安装平台立杆，用钢管扣件连接。两三脚架间同样用钢管扣件连接，注意加斜拉钢管。
（3）安装平台板，平台要求平整牢固，在与部件冲突位置开孔，以保证架体使用，并再次校正两三脚架中到中间距是否为第一次浇筑爬锥中到中位置。
（4）将拼好的架体整体吊起，平稳挂于第一次浇筑时埋好的受力螺栓（挂座体）上，插入安全插销。
（5）将组装好的模板整体吊起，安装在三角架的后移装置上。利用斜撑调节角度，校正模板，完成吊装过程。
（6）完成第二仓模板浇筑后，模板后退安装导轨及附墙装置。
（7）安装上下换向盒，吊装导轨。
1）在浇筑好的混凝土上安装附墙系统；
2）调节下支撑，调整上下换向盒舌体位置，换向盒舌体位置向下；
3）将轨道撑脚用销子可靠连接在爬升轨道上；
4）用钢丝绳拴住起吊孔，吊起轨道；
5）穿过下一节段附墙挂座；
6）轨道穿过悬挂头及上换向盒；
7）轨道穿过下换向盒；
8）下放轨道至楔形块卡在下一节段附墙挂座上；
9）将换向盒与油缸用销轴可靠连接；
10）安装液压动力单元管路系统；
11）旋转轨道撑脚，使其支撑在混凝土面上。
（8）安装液压系统。
液压系统由液压动力单元和电控操作系统两部分构成。每套模板配置一个独立的液压泵站，每5套液压泵站配置一套电控系统。
3.2 模板爬升施工工艺流程
液压自升式钢模板施工程序：模板拆除、安装悬挂件→导轨爬升→爬架爬升→模板安装→混凝土浇筑。见图3-1。
3.3 标准爬升操作
3.3.1 爬升轨道
（1）安装附墙座。
（2）将换向盒舌体调整至向上位置。
（3）检查确保下支撑撑住混凝土表面。
（4）同时爬升轨道至爬锥下0.6m。
（5）启动主控柜控制按钮，逐根爬升轨道。
（6）将每根轨道分别对准附墙座，爬升轨道至附墙座顶上方，并使轨道舌体处于附墙座受力板顶上方约5cm处。
（7）调整换向盒方向，整体方向都向下。
（8）启动液压系统，对轨道进行预压，确保轨道与附墙座接触良好。
（9）缩回液压油缸。
（10）关闭主控电源。
（11）拆除已空出来的附墙座。
（12）将轨道撑脚撑在混凝土面上。
1、立模、浇筑混凝土 2、退模，提升轨道 3、提升模板
图3-1 液压自升式钢模板标准爬升流程示意图
3.3.2 爬模架爬升
（1）放松下支撑，距混凝土面12cm左右。
（2）检查并确保所有换向盒舌体朝下。
（3）打开所有液压动力单元主电机。
（4）抽掉附墙座上安全销轴。
（5）电磁换向阀换向，爬升爬模架。
4 结语
白鹤滩水电站大坝混凝土施工由于受大风气候条件影响，传统的全悬臂重型钢模板因吊装安全等问题影响，效率不高，无法正常施工。通过采用液压自升式模板，实现模板快速拆装就位，操作方便。与传统悬臂钢模板相比，液压模板拆模人员仅需配置3人，完成一次模板爬升时间约需35min（一般2～3块同时爬升），即完成一块模板拆立模时间仅需12 min或18min，而采用吊车拆立模需配置6人，1台吊车，完成一次模板拆立模时间约需27min（一般1次提升1块模板），即完成一块模板拆立模时间需要27min。不论是从作业工效、资源投入和施工操作等方面，液压自升式模板都具有较大的优势，其经济效益显著，对类似工程模板施工具有指导意义和借鉴作用。
论文作者:李晓涛
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/3/28
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