杨房沟水电站新型大模板无腿支撑结构施工技术

范维

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

随着我国水资源的快速开发利用，为国家发展提供清洁能源的水电站开始向西部复杂山区转移建设，越来越多的拦水大坝选择混凝土坝这一坝型。因采用大钢模施工，混凝土面的外观效果较好[1]，且施工速度快，具有清水效果，成本低，可重复利用，安装方便等优点[2]，故混凝土坝的分仓浇筑施工中会选择安装大量的大模板。经龙华口水电站工程实际应用表明，悬臂大钢模能有效提高大坝建设效率，获得较好的经济效益[3]。在瀑布沟边墙混凝土施工中，采用悬臂大钢模，最终也取得了整个施工期内错台、蜂窝麻面、气泡、挂帘等混凝土缺陷无一次出现的优异战果[4]。而张强等[5]认为支撑结构是悬臂大钢模的核心和关键部件，模板支撑结构对模板的搭设稳定以及质量有着重要意义。

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段上，工程规模为大(1)型，其坝型为混凝土双曲拱坝，坝高155m。拱坝施工时共分成17个坝段进行套仓浇筑，因施工时段较短，结构仓较为复杂，对混凝土浇筑过程中的模板安拆要求较高，选择合适的模板能提高混凝土浇筑效率，以便按期完成合同施工要求。

2 施工特点及难点

(1)坝段分段较多，模板安拆频繁，耗时较长。

(2)坝外为临空面，模板安拆风险较高。

(3)结构仓钢筋安装时间较长，压缩了其他工艺的施工时长。

(4)利用传统的大模板有腿支撑结构，需使用大量的桁架、斜撑以及承重三角架等部件，结构复杂，施工较为繁琐，支撑结构占用空间大，需投入的资源较多，且安装时安全隐患突出。

(5)利用现有的大模板无腿支撑结构，采用钢筋内拉内撑的方式固定模板[6]，会占用仓内施工空间。邢军等[7]发现，如模板底部直接采用高强度螺栓固定，模板角度难以调整，模板安装及拆卸难度大。而模板底部直接采用焊接插筋作为支座固定，虽然模板角度调整方便，模板安装较为简单，但是存在插筋不能重复使用、钢筋消耗量大、拆模时切断插筋会对混凝土面产生污染以及插筋端头善后处理繁琐等弊端，并不适宜推广使用。

3 设计意图

根据拱坝的坝型及合同施工要求，以及现场的施工特点及难点情况，现有的大模板有腿和无腿支撑结构难以满足杨房沟水电站施工建设要求，急需设计一种新型的大模板无腿支撑结构为杨房沟水电站建设服务，设计时需以“安全、有效、经济、高效”的总体原则进行考虑。

(1)大模板安拆时为临边工作，易发生高处坠落事故，在设计时需设置大模板安装平台和防护栏杆，以便保证大模板安装人员的安全。

(2)设计采用B7螺栓作为结构核心受力构件，结构承载力需满足要求，能有效承载施工荷载和混凝土的侧压力，以保证混凝土浇筑时不会发生爆模的情况。

(3)锚固系统主要由定位锥、螺栓、锚筋和塑料杯套组成，支撑系统主要由模板竖背撑、连接座和支撑基座组成，上述部位皆能重复利用。比传统的有腿及无腿支撑结构，节约了大量的施工资源。

(4)设计的无腿支撑结构的锚固及支撑系统安拆时应避免有焊接等耗费工时的结构，以便于安装为原则进行设计。

4 新型大模板无腿支撑结构设计

4.1 新型大模板无腿支撑结构介绍

本新型大模板无腿支撑结构，包括锚固系统和支撑系统，其中锚固系统主要由定位锥、螺栓、锚筋和塑料杯套组成，支撑系统主要由模板竖背撑、连接座和支撑基座组成；定位锥套上塑料杯套与锚筋固定连接后预埋入先浇混凝土，螺栓与定位锥配套使用；模板竖背撑直接坐落在连接座上，与连接座固定连接，连接座固定连接在支撑基座上，支撑基座与螺栓固定连接。

模板竖背撑由两根槽钢和数块钢板组焊而成，两根槽钢槽口向外背靠背平行设置，两根槽钢之间焊接有钢板，两根槽钢的下部相对应的位置各设置有预留孔。

连接座包括有楔形钢板、两块第一钢板、两块连接座钢板和钢筋。两块连接座钢板平行设置，两块第一钢板平行设置，两块连接座钢板和两块第一钢板垂直固定连接。其中一块第一钢板固定设置于两块连接座钢板的一边的边缘，该第一钢板下面的两块连接座钢板对应位置设置有缺口，第一钢板的长度大于两块连接座钢板间的宽度；钢筋垂直固定在两块连接座钢板之间；两块连接座钢板对应位置上各设置有连接座预留方孔、连接座预留椭圆孔和数个连接座预留孔。

支撑基座包括插件、第二钢板、第三钢板、第四钢板和两根槽钢。支撑基座由两根槽钢和第二钢板、第三钢板、第四钢板组焊而成，两根槽钢槽口向外背靠背平行设置，两根槽钢相对应的位置各设置有数个第一支撑基座预留孔和第二支撑基座预留孔，第一支撑基座预留孔和连接座上的连接座预留孔直径相一致。

(1)插件为L型。第四钢板上设置有U型卡槽，支撑基座通过第四钢板上的U型卡槽与螺栓连接。

(2)连接座与支撑基座连接，通过连接座预留孔与第一支撑基座预留孔插入第二插销固定，并在第二插销上插入插销防脱扣件。

(3)模板竖背撑与连接座连接，通过将模板竖背撑的预留孔和连接座上的连接座预留椭圆孔插入第一插销将模板竖背撑与连接座和连接模件连接，并在第一插销上插入插销防脱扣件，将楔形钢板插入连接座预留方孔中。

(4)螺栓为M42高强螺栓(或根据混凝土升层高度取合适大小的高强螺栓)。

(5)锚筋为蛇形，长度为75cm左右(或根据升层高度进行调节)。

4.2 新型大模板无腿支撑结构

4.2.1 新型大模板无腿支撑结构示意图

图1 支撑结构示意

图2 支撑基座主视

图3 支撑基座左视

图4连接座主视

图5 连接座左视

4.2.2 新型大模板无腿支撑结构说明

图1-图6为本实用新型大模板无腿支撑结构，该支撑结构包括锚固系统和支撑系统。其中锚固系统主要由定位锥5、螺栓4、锚筋6和塑料杯套组成，锚固系统是模板支撑结构的主要受力结构；支撑系统主要由模板竖背撑1、连接座2和支撑基座3组成。螺栓4为M42高强螺栓；锚筋6为蛇形，长度为75cm左右；定位锥5套上塑料杯套与锚筋6固定连接后预埋入先浇混凝土，螺栓4与定位锥5配套使用；模板竖背撑1直接坐落在连接座2上，并与连接座2固定连接，连接座2固定连接在支撑基座3上，支撑基座3与螺栓4固定连接。

图6 支撑结构右视

模板竖背撑1由两根槽钢和数块钢板组焊而成，两根槽钢槽口向外背靠背平行设置，两根槽钢之间焊接有钢板，两根槽钢的下部相对应的位置各设置有一个预留孔。

连接座2包括有楔形钢板7、两块第一钢板12、两块连接座钢板和钢筋20；两块连接座钢板平行设置，两块第一钢板12平行设置，两块连接座钢板和两块第一钢板12垂直固定连接，其中一块第一钢板12固定设置于两块连接座钢板的一边的边缘，该第一钢板12下面的两块连接座钢板对应位置设置有缺口，第一钢板12的长度大于两块连接座钢板间的宽度；钢筋20垂直固定在两块连接座钢板之间；两块连接座钢板对应位置上各设置有一个连接座预留方孔9、一个连接座预留椭圆孔10和数个连接座预留孔13(优选为4个连接座预留孔13)。第一钢板12主要作用为传递力与放置模板竖背撑1；钢筋20作用使连接座2两侧钢板连接为整体以及模板安装后放置连接模件8。

支撑基座3包括插件15、第二钢板16、第三钢板17、第四钢板19和两根槽钢，支撑基座3由两根槽钢和第二钢板16、第三钢板17、第四钢板19组焊而成，两根槽钢槽口向外背靠背平行设置，两根槽钢相对应的位置各设置有数个第一支撑基座预留孔14和一个第二支撑基座预留孔18，优选为8个第一支撑基座预留孔14，第一支撑基座预留孔14和连接座2上的连接座预留孔13直径相一致。第二钢板16用以加强支撑基座3的整体性，第三钢板17用以加强支撑基座3，第四钢板19上设置有U型卡槽，支撑基座3通过第四钢板19上的U型卡槽卡住螺栓4而与螺栓4连接，插件15为L型，插件15插入第二支撑基座预留孔18中，以锁定螺栓4，使连接更牢固。

连接座2与支撑基座3固定连接，选择合适的连接座预留孔13与第一支撑基座预留孔14插入第二插销22进行二者的固定，并在第二插销22上插入插销防脱扣件11进行固定。连接座2通过第一钢板12以及第二插销22将力传递给支撑基座3。

模板竖背撑1与连接座2连接，通过将模板竖背撑1的预留孔和连接座2上的连接座预留椭圆孔10插入第一插销21将模板竖背撑1与连接座2和连接模件8连接，并在第一插销21上插入插销防脱扣件11进行固定，将楔形钢板7插入连接座预留方孔9中。该无腿支撑结构依靠第一插销21以及楔形钢板7固定模板竖背撑1；依靠第一钢板12以及第一插销21承受模板竖背撑1的力；通过在连接座椭圆预留孔10内插入第一插销21限制模板竖背撑1的竖向位移，通过在连接座预留方孔9内插入楔形钢板7限制模板竖背撑1的水平位移。

通过控制连接座2的第一插销21插入连接座预留椭圆孔10的位置以及楔形钢板7的插入连接座预留方孔9的长度控制模板竖背撑1的倾斜角度从而控制模板的倾斜角度。连接座2以及支撑基座3刷漆进行保护，防止组件锈蚀污染。模板拆卸时，通过连接模件8施力，使模板与混凝土面脱离。

4.2.3 新型大模板无腿支撑结构施工方式

结合具体实施方式对本实用新型做进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。

使用本实用新型具体操作如下：

(1)定位锥5套上塑料杯套与锚筋6连接预埋入先浇混凝土，螺栓4与定位锥5配套使用。

(2)定位锥5与螺栓4检查验收完毕后，将支撑基座3通过第四钢板19上的U型卡槽与螺栓4连接，并旋紧螺栓4。

(3)连接座2与支撑基座3连接，并选择合适的连接座预留孔13与第一支撑基座预留孔14插入第二插销22固定，并在第二插销22上插入插销防脱扣件11进行固定。

(4)模板及模板竖背撑1在汽车吊吊装下与连接座2连接，通过插入第一插销21将模板竖背撑1与连接座2和连接模件8连接，并在第一插销21上插入插销防脱扣件11进行固定，将楔形钢板7插入连接座预留方孔9中，并调整其插入长度调整模板及模板竖背撑1的倾斜角度，支撑系统安装完毕后，施工模板内拉内撑钢筋，确定模板稳定后，方可撤去汽车吊。

(5)进行混凝土浇筑，在混凝土施工完毕并达到龄期要求后，在汽车吊的辅助下，拉出上述楔形钢板7后，通过连接模件8施力拉动模板竖背撑1，确定模板脱离混凝土面后，撤去第一插销21，通过汽车吊吊运模板，然后依次撤去第二插销22、连接座2、支撑基座3，拔出预埋定位锥5以及螺栓4，模板拆除后对定位锥5孔洞进行抹面填补。

(6)上述连接座2、支撑基座3、螺栓4、定位锥5在模板拆除后进行保养，并确定无质量问题无损坏后便可重复使用，进入下一模板安装拆卸循环。

图7 模板安装效果

5 结语

与传统的大模板支撑结构相比，本新型大模板无腿支撑结构具有以下特点：

(1)本实用新型通过支撑基座3与螺栓4的连接、支撑基座3与连接座2的连接，解决了直接使用螺栓固定模板角度调整难度大的问题，模板安装难度小；通过螺栓4作为主要受力部分，解决了使用插筋固定模板拆卸对于混凝土面的污染以及插筋处理繁琐的问题。

(2)本实用新型基本组件均可重复利用，减少了材料投入；仅需几个步骤即可完成，采用的工具少，且施工工具易于获取，不仅节约了设备成本，还提高了施工效率。

(3)本实用新型结构简单可靠、易于安装与拆卸、占用空间小，在保证支撑结构可靠性的前提下，施工快速便捷，施工效率高，适用于高差不大(无法安装支腿部位)的相邻坝段横缝或上下游坝面处。

本新型大模板无腿支撑结构在杨房沟水电站建设中的应用，有效地缩短了大坝混凝土的浇筑时间，满足了项目建设的进度要求，且混凝土施工成本和质量控制符合建设工程承包合同约定，获得了较好的投资效益，可为其他项目的模板工程施工提供有效参考。