向家坝水电站泄水中孔底板施工滑模设计

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摘要：泄水坝段中孔是向家坝水电站的重要泄水通道，其斜直段底板坡比设计为1:2.051，要求底板与侧墙同步整体浇筑。我们依据滑模设计原理，设计了新型滑模，在泄水坝段大仓面浇筑中得到成功应用，满足了施工质量和工期要求。

关键词：中孔 滑模 设计

中图分类号：U445.39文献标识码： A文章编号：

1 、工程概述

向家坝水电站泄水坝段共分为13个坝段，设有12个表孔、10个中孔，采用溢流表孔与泄水中孔间隔布置型式，高低坎底流消能。中孔布置在每个泄水坝段中部，进口底板高程305.0m，孔口尺寸6.0m×9.6m(宽×高)，采用短有压喇叭型进口，有压段末段布置弧形工作门。明流泄槽段从工作弧门后开始，底板坡度为1:2.051斜直段，后接半径为55.0m的反弧段和高程253.0m的水平段。泄水中、表孔后接消力池结构。

泄水坝段中、表孔是向家坝水电站的主要泄水通道，中孔单孔设计最大泄流量达到1987m3/s，入池最大流速约40m/s。泄水中、表孔泄洪消能具有水头高、单宽流量大、流速高、泥沙多、泄洪时间长等特点。根据控制性工期目标和过流面施工质量要求，泄水中孔采用底板和侧墙同步整体浇筑方案。

2、设计技术要求

泄水坝段中、表孔其设计流速高、流量大、结构复杂，对混凝土体形及混凝土表面平整度要求非常高，具体设计要求如下：

① 过流面不允许有垂直升坎或跌坎。

② 各种孔口的有压段和门槽区，不平整度控制在3mm以下，纵向坡控制在1：30以下，横向坡控制在1：10以下。其余部位的不平整度均控制在5mm以下，纵向坡控制在1∶20以下，横向坡控制在1∶5以下。

③ 混凝土表面在1m范围内的凹凸值控制在2mm以下。混凝土表面不允许残留钢筋头和其它施工埋件，不允许存在蜂窝、麻面及孔径或深度＞2mm的气泡、孔洞，不允许残留混凝土砂浆块和挂帘等。

图1：泄水中孔结构示意图

3、施工方案比选

根据坝体设计结构，泄水中孔底板反弧段及水平段底板可采用立样架、人工抹面方式施工。斜直段底板设计坡比为1:2.051（对应与水平面夹角26°），不能直接采用立样架人工抹面施工工艺，须先立模板成型，然后人工抹面方式施工。通过对立钢模板、滑模和翻模三种方案进行了技术经济比较，因滑模方案具有浇筑后混凝土外观质量好、有利于发挥塔带机高强度混凝土浇筑、总体施工投入较小等优点，最终确定中孔采用滑模成型、然后人工抹面的浇筑施工方案。

4、模板设计思路

① 滑模设计采用配重方式平衡混凝土浮托力，样架兼作轨道，滑模在牵引力作用下沿样架滑动，形成1:2.051设计坡度，然后人工抹面施工。

② 泄水坝段主要采用2台塔带机浇筑、以3m升层为主，模板设计强度和刚度须满足高强度混凝土浇筑要求。

③ 中孔采用底板和侧墙同步整体一次成型施工工艺，因此，底板滑模须与侧墙模板作为整体设计，避免相互干扰。

④ 由于中孔底板和侧墙采用一期整体浇筑，滑模牵引方式不能采用机械牵引，只能人工采用导链葫芦上拉，因此滑模的重量必须控制。

⑤ 为控制成本，模板设计应尽量利用现有模板。

5、滑模结构设计

滑模主要由模板系统、牵引系统、支撑系统、抹面平台四大部分组成。

5.1模板系统

（1）面板设计

中孔设计宽度为6m，过流面两侧墩墙规划采用D22型多卡钢模板，其厚度为12cm。为避免滑模上拉过程中与侧墙钢模板相干扰，滑模长度设计为5.7m，与侧墙两侧钢模板间各预留3cm空间，采用3cm厚木板填补。由于底板采用一期浇筑，滑模随仓内砼浇筑上升而上拉，滑模宽度须满足1个坯层砼浇筑，依据底板坡比，滑模宽度确定为1.5m。

按照滑模计算长度和宽度，结合现有模板，面板选用2块D15型多卡模板，该面板单块尺寸为3m×1.2m，另在面板上、下游方向各设1根∠160×100×10角钢，模板面板总宽度可达到1.5m，满足设计要求。2块D15面板之间通过“U”形卡连接，D15面板与∠160×100×10角钢之间通过螺栓连接。

面板背后支撑采用实腹式钢桁架，共2榀，钢桁架之间通过横向连接杆连接成整体，与D15面板间通过Φ48钢管用钩头螺栓连接。

配重采用袋装混凝土，装在模板面板上，配重重量根据计算得出。

（2）结构计算

结构计算主要验算配重量以及面板、桁架的强度和刚度。

① 荷载

混凝土侧压力：

按F=0.22γC・t0・β1・β2・V1/2公式计算，得 F=20.7kn/m2。

砼振捣力：取3 kn /m2

模板自重（不含配重）：1978 kg

② 配重重量

根据 F=23.7kn/m2（含砼振捣力），计算混凝土浮托力= FA，其中A为侧压力作用滑模面积，得出=23.7 kn，所需配重G1=/×9.8-1978=713 kg，综合考虑，配重量取800kg。

③ 强度验算

面板取30cm宽、按五等跨连续梁板计算，其中肋板间距30cm

q=7.11 kn/m、M=0.067kn.m

σ= 84N/mm2

④ 挠度验算

查表, 挠度系数为0.644，f=0.644 ql4/100EI=1.1mm

因荷载值较小，桁架强度、挠度无需验算。

5.2牵引系统

牵引系统设计采用人工使用导链葫芦，随仓内混凝土浇筑提升滑模。牵引力按T=(τA+G+f1+ f2)K公式计算，得T=60KN。因此，采用2根3.5t导链葫芦可满足要求。

牵引系统设计由2根三角柱、2根3.5t导链葫芦及2根钢丝绳组成。三角柱固定在仓内，3.5t导链葫芦挂在三角柱上，钢丝绳平行于底板，系在滑模面板拉钩上。浇筑过程中，仓内人员根据浇筑下料情况，通过导链葫芦提升，滑模顺样架缓缓前行，抹面人员跟进抹面。滑模整体上拉时两人保持同步操作。

附图2 滑模牵引示意图

5.3 支撑系统

（1）支撑系统设计

支撑系统包括支撑和样架，样架兼作滑模轨道。样架采用∠56×8角钢，左右方向各设一道，间距5m，顺流向按设计坡度布置，并须测量验收，每道样架分2～3段，利用M20螺栓支撑，间距1.0m。滑模放置在支撑样架上，在牵引力作用下沿样架滑动，初步形成过流面底板，然后人工抹面，样架在砼初凝前分段拆除。

（2）结构计算

支撑样架主要承受滑模及配重重量，样架强度和挠度须计算。

滑模及配重总重量为2778kg，作用于样架上的荷载q=832.3 kg/m

样架强度及挠度均按二等跨连续梁结构进行计算，计算结果满足相关规范要求。

5.4抹面平台

为方便滑模上拉，减轻滑模重量，抹面平台不宜安装在滑模上，宜采用简易方式现场搭设。为方便安装和拆除，抹面平台设计采用Φ48钢管和木板，钢管架立在左右侧墙模板上，上铺木板，抹面人员站在木板上进行抹面施工，钢管及木板随仓内砼浇筑上升而向上周转使用。

6、施工工艺

滑模安装前，仓内先安装样架和钢筋三角柱，样架上口即为底板溢流面的设计高程。样架测量合格后安装滑模，两侧样架兼作为拉模的滑升轨道。滑模事先在仓外拼装成整体，由仓内汽车吊吊装到样架上，然后挂系两台3.5T的手动葫芦，待手动葫芦挂系好后，汽车吊方能脱钩。

底板混凝土浇筑时，人工上拉时滑模面板贴靠样架向上游滑升，上拉时间按每3.5h～4.5h一次控制，滑模上拉后，由专职质检员沿周边检查，然后人工对过流面底板进行抹面收光。

7 结论

中孔底板滑模设计合理，在实际中得到成功实施，实现中孔底板和侧墙同步整体浇筑一次成型，混凝土施工质量优良、体形符合设计要求，施工工期满足控制性工期要求。