水库工程衬砌混凝土浇筑施工方案研究

关键词：泄洪洞；拉模；定型模板；衬砌

清河水库位于铁岭市清河区境内、辽河支流清河的下游，是辽河流域的重要水利枢纽工程之一，是一座以防洪、灌溉为主，多年调节的大（2）型水利枢纽工程［1］，水库总库容9.68亿m3。右岸泄洪洞位于清河水库大坝右岸，为圆型有压隧洞，洞径4.00m。本次除险加固工程中，结合清河水库供水取水头部及输水改造工程，自调压井至出口新建长115.67m、洞径4m的泄洪洞，全洞洞身采用全断面C30F250W6钢筋混凝土衬砌［2］，某段衬砌厚度0.35m，隧洞出口段为钢衬段，衬砌厚度0.7m。衬砌混凝土10m为一标准段，标准段间设伸缩缝。计划在4月20日开始衬砌混凝土浇筑，6月10日前完成新建隧洞衬砌施工。

右岸泄洪洞新建隧洞长115.67m，位于天然洪沟中，不宜采用钢模台车作业。新建隧洞衬砌混凝土553.3m3，钢筋制安39.8t，橡胶止水175.6m。若全部采用现支定制异型钢模板施工方案，每个衬砌段（长度10m）需要近33t模板及支撑，再加上混凝土等强时间，拆模支模时间［3］，将会造成工期的延误，且定制模板周转利用率低，造成工程成本增加。拉模施工具有施工速度快、一体成型、施工质量好、经济效益高的特点［4］，已在诸多工程中取得良好效果。综合考虑各施工方案的特点，本项目拟采用拉模与定型模板相结合的综合施工方案，即每段混凝土分两个阶段浇筑；第一阶段混凝土浇筑底拱∠120°范围，采用拉模方式浇筑；第二阶段浇筑边顶拱混凝土，采用组合钢模板形式浇筑。先浇筑桩号xx至桩号xx段混凝土，最后浇筑钢衬段混凝土。

3.1拉模制作

拉模体系分为底部模板、支撑系统、轨道三个部分。底部模板采用3mm锰钢做成弧形板箱形式（圆弧半径2m），板箱厚度0.1m，宽1m，长4.18m（弧长）。板箱内部每20cm焊接1道钢肋，作为板箱内部支撑。支撑体系主支撑采用5mm厚10cm×10cm方管，两侧副支撑采用5mm厚8cm×8cm方钢。拉模系统平面结构如图1，拉模模板立面如图2。

3.2异型钢模板设计制作

异型钢模板在专业生产异型钢模板厂家订购。订购钢模尺寸P3010和P3012两种，模板板厚3mm。弧形模板样式如图3。弧形钢模板按2个标准浇筑仓面加工生产，每个仓面261块P3010模板，29块P3012模板。共计生产P3010模板522块，P3012模板58块。异型钢模板采用钢拱架形式支撑。钢拱架采用16工字钢加工，间距1m布置，共加工22榀。每榀钢拱架支撑分圆弧段支撑和水平支撑两部分。圆弧段钢拱架平均分成3段加工，每段钢拱架端头焊接8mm厚15mm×15mm钢板，每块钢板设置4个准20螺栓，两段钢拱架之间用螺栓连接，每段拱架连接处加钢支撑（厚3mm钢管）。水平支撑布置在浇筑完成的底拱混凝土面上，水平支撑长3.2m。水平支撑与圆弧段支撑连接方式，同圆弧段连接方式。每榀钢拱架间用8mm厚5×5角钢连接，每两榀钢拱架间设置角钢3道。组合钢模板支撑体系如图4。

3.3施工工序

施工工序为：清基→钢筋绑扎→底拱模板支立→安装橡胶止水→底拱混凝土浇筑→安装边顶拱模板→安装橡胶止水、预埋灌浆管→边顶拱混凝土浇筑→脱模→混凝土养护→下一循环。

3.4拉模模板安装

基础面验收后，进行钢筋绑扎施工，然后进行拉模轨道安装。拉模轨道采用14号轨道钢作为轨道，安装时，在边拱岩壁上侧放出轨道中心线，根据轨道中心布置轨道锚筋，然后进行轨道安装。轨道钢固定方式为沿轨道方向布置上下2排锚筋，锚筋间距1m，锚入岩壁40cm。锚筋采用手风钻钻孔，锚固剂锚固的方式固定。锚筋与轨道焊接牢固。轨道安装加固完成后，将拉模模板体系安装后在轨道上进行试车，经验收合格后，进行混凝土浇筑。拉模模板体系在浇筑时采用牵引力为5t手扳葫芦牵引行进。手板葫芦在边拱两侧各设置1个。混凝土浇筑前在距离待浇面10m位置，边拱两侧预埋C25锚筋，锚筋外露10cm，锚入岩壁深度0.5m，并用锚固剂锚固。手板葫芦固定在锚筋上，牵引端与拉模模板体系预设牵引点相连，浇筑时牵引拉模模板体系向前行进。

3.5组合钢模板安装

模板安装前，应检查开挖断面轮廓、中线及高程，将模板板面清理干净，并涂刷脱模剂。模板支立时符合下列规定：相邻两块模板间高差不大于2mm；模板局部表面不平整度小于5mm；轴线位置允许偏差小于5mm；底模上表面标高允许偏差小于5mm。模板与混凝土的接触面及各块模板接缝处，结合紧密，防止漏浆，以保证混凝土表面的平整度及密实性。由于开挖轮廓不规则，模端封堵可采用木模板，与安装止水片同时进行。端头封堵面要平整、牢固、密实。钢模板采用钢拱架进行加固，加固时钢拱架支撑杆底部应加设钢垫板，支撑在已完成的底拱混凝土面上，然后依次安装边顶拱钢拱架。钢拱架支撑间距为每榀1m。安装时用铁丝将钢模板固定在钢拱架上，使钢拱架与模板紧贴。每榀钢拱架之间用角钢连接，使仓面内钢拱架形成整体。钢模板及钢拱架组装要牢固、稳定，以免影响混凝土衬砌质量。

3.6顶拱进料口设置

每个浇筑仓段（10m）顶拱位置设6个进料口（间距5m），以便浇筑混凝土。其位置至混凝土待浇面高度不超过1.5m，并满足振捣要求，保证振捣密实；其次为振捣人员提供便于平仓振捣的作业空间，可采用间隔预留一块P3015模板为后装模板。边顶拱混凝土进料口设置如图5。

3.7衬砌混凝土浇筑

混凝土浇筑前，对仓面进行检查。检查内容包括：基面处理、已浇筑混凝土面的清理及模板、钢筋、止水带等埋设和安装，待监理验收合格后，方可进行混凝土浇筑。底拱混凝土浇筑时，由下至上依次下料浇筑，浇筑时控制混凝土入仓速度。混凝土入仓后及时振捣。当浇筑的混凝土强度达到0.2～0.4MPa时进行滑行，滑行后根据面层情况进行人工抹面处理，抹面的同时在两侧边拱混凝土面中心布置一排5cm×8cm木枋，木枋深入混凝土面5cm，待混凝土终凝前取出，形成凹槽（止水槽）。边顶拱混凝土浇筑时，两侧边墙混凝土浇筑面高差控制在50cm以内，在钢模上预留有进料口，混凝土泵管由预留进料口入仓，操作人员也通过预留进料口进行摊铺、振捣。当浇筑到顶拱时，混凝土从中间进料口下料逐渐退至浇筑段端口，最后在压力状态下封拱。振捣采用准30软轴插入式振捣器振捣，附着式平板振捣器辅助振捣。混凝土浇筑先平仓后振捣，严禁以振捣代替平仓。振捣时间以混凝土粗骨料不再显著下沉，并开始泛浆为准，避免欠振或过振［5］。铺料厚度不得大于振捣棒长度的1.25倍。混凝土振捣时振捣间距不大于振捣器影响半径的0.5倍，振捣上一层混凝土时将振捣棒插入下一层混凝土5cm。底板混凝土浇筑时，混凝土因浇筑速度及压力易产生气泡，出现蜂窝、麻面现象。振捣时加强对该处振捣，防止过振或漏振。

3.8出口钢衬段混凝土浇筑

钢衬段混凝土在压力钢管安装完成后施工。钢衬段混凝土采取全断面一次浇筑完成，浇筑时由里向外分层浇筑。混凝土采用混凝土输送泵送混凝土入仓，混凝土入仓时控制混凝土浇筑速度。在浇筑边拱时两侧混凝土面高差不大于50cm。混凝土入仓时人工平仓，准30软轴插入式振捣器振捣。

（1）本项目建设过程中，采用拉模施工与定型模板相结合的综合施工方案，解决了单独使用拉模或定型模板施工时工期和费用之间的难题，既保证了衬砌混凝土质量，又节约了工期和投资，取得了良好的效果。（2）拉模施工仍有不足之处需要改进，模体自重、混凝土和模板之间的摩阻力及操作平台上的荷载，都是通过轨道传给两端的支撑杆，因此拉模行走装置的精度控制、支撑杆的加固方式及稳定性需要进一步研究。