整体移动箱涵模板的运用

整体移动箱涵模板的运用摘 要：南水北调中线工程天津干线箱涵混凝土施工是南水北调输水工程的关键项目，其施工质量、现场文明施工要求高，本文对采用整体式移动模板系统的使用进行探讨。关键词： 三孔混凝土箱涵 整体移动模板 龙门布料机 HE zeshan Zhang zhengquan Han wei Abstract: North Water Diversion Project Construction of concrete box culvert North water diversion project is the key to the project, its construction quality, on-site construction requirements of high civilization, the paper template systems using integrated moving of the use.Keyword: Concrete box culvert with three holes Overall mobile template Gantry distributor1、工程概况1、1工程概述南水北调中线一期工程天津干线属南水北调中线工程的一部分，南水北调工程主干线，在河北省保定市西黑山开始设进口闸至天津河清区全长155.344km，天津干线共分为6个设计单元。廊坊市段工程是天津干线中的第4设计单元。廊坊市段起点位于河北省廊坊市固安县马庄镇李洪庄村西约900米处，桩号为XW75+927，终点位于河北省廊坊霸州市与天津市武清区分界处，桩号XW131+360，全长55.434km。本文模板运用主要用于廊坊市段TJ4-1标，桩号为XW75+927XW88+021.820，全长12.09km。该段以现浇混凝土箱涵为主，为有压输水箱涵，其他主要建筑物包括：检修闸1座、通气孔5座、分水口2座、小型倒虹吸6座、灌渠倒虹吸1座、小型公路涵5座、大广高速（规划）公路涵1座、保水堰1座、郑村排干倒虹吸、通信系统的硅芯管采购和埋设。12工程特性现浇混凝土箱涵结构为三孔方形箱涵，箱涵四角倒40cm边角，其结构见图01。本段主要工程量如表01。图01 箱涵混凝土衬砌结构图13 主要施工程序简介混凝土箱涵施工程序，首先进行底板混凝土浇筑，再进行边墙及顶板混凝土，箱涵混凝土分两次浇筑完成，箱涵混凝土分块长度为15m。表01 主要工程量表序号项目名称计量单位工程数量序号项目名称计量单位工程数量1土方开挖m333618005路面混凝土m344482土方回填m323845006砌石工程m370763混凝土m33789007房建m24644钢筋制安t303308石灰稳定碎石土m36177箱涵混凝土一般通过9m3混凝土搅拌车送料至龙门式皮带布料机上，龙门式皮带布料机进行水平输送，然后使用溜管、溜槽入仓。混凝土施工工艺流程如图02。图02 混凝土施工工艺流程框图施工准备测量放线钢筋加工、运输基面处理钢筋绑扎、止水埋设、模板安装清仓、验收混凝土入仓养 护混凝土拌制、运输混凝土待凝拆除模板取样试验垫层混凝土浇筑 2、使用原理由于南水北调箱涵为线型平面布置，开挖、混凝土衬砌、回填施工采取平行流水施工的条件，也为混凝土浇筑采用行走方式依次施工创造的。针对南水北调箱涵施工的特点，底板采用可行走的外侧和搬运式内模。边顶内模采用自动行走式钢模台车，外模则采用整体行走式模板。混凝土浇筑则采用龙门布料机进行布料浇筑，形成的机械化程度高，运行简单，施工速度快，人工用量少，施工质量好的施工方法。3、整体移动箱涵模的使用31 底板模板底部模板内侧模板基本与定型模板相同，外侧模板则利用边顶外铡模板使用的轨道设计为可移动的整体模板，具体模板结构见图03。图03 底板模板结构图底部模板支撑系统包括底内侧角模系统和底外侧支撑系统，内部小角模采用标准件连接，上设限位槽钢，供设置对拉撑杆，对拉撑杆上应设置抗浮锚筋(或通过其它方式抵抗浮力)，底外侧支撑系统包括底外大模板系统、底外支撑架和底外下纵梁及行走系统；安装过程如下：先铺设轨道，校核轨道位置并固定后，安装底外下纵梁和底外支撑架横梁(两者焊接为一体)(下横梁直接搁置于轨道顶面)，将各段底外下纵梁(共5节)用螺栓连为一体后，再用斜撑丝杆分别安装各块模板(背楞与模板焊接为一体)，注意此时模板应与竖直方向成一定的角度(约为20左右)，切不可安装成竖直状态，以免引起侧翻，安装就位后，紧固各模板间的螺栓标准件，同时安装纵向支撑角钢(2道)，最后安装车轮，车轮安装完毕后，调节底外下纵梁的支撑丝杆，使得支撑架下横梁脱离轨道面，同时调整车轮位置，使得车轮接触轨道，然后继续调节支撑丝杆，使其处于不工作状态，此时可用外力推动整个支撑系统，往前行走至浇筑位置；模板和支撑架安装就位后，先校核整个系统的位置，确保位置准确后，调节底外下纵梁上的支撑丝杆，使轮子脱离轨道不再受力，同时使底外支撑架下横梁直接搁置于轨道上，确认其直接受力后，安装落地式锚固装置(支撑架下横梁上预留有30mm的锚固孔)，安装好锚固装置后，逐渐调整斜撑丝杆，使模板逐渐达到竖直状态，校验其位置，并通过下横梁上的调节丝杆进行微调，微调到位后，完成整个支模工作；注意：在支模工作完成后，在砼浇筑之前，应该先安装底部预埋件，并通过底外模板(底外模板相应位置上开有相应的孔)对其进行定位，确保其位置精准。确认砼达到脱模强度后，同时调节斜撑丝杆和底外支撑架下横梁端部的丝杆，使模板缓慢地离开砼面，待模板脱离砼面40mm左右后，停止调节下横梁处的脱模螺杆，继续调节斜撑丝杆，使底外模板倾斜角度达到20左右后，即完成脱模工作，脱模后的支撑架如图04所示；脱模完成后，拆除底部锚固装置，调节底外下纵梁上的支撑丝杆，同时转换轮子部位的垫板，使轮子处于工作状态，然后通过外力牵引整体前移。图04 底外支撑架脱模状态图32 液压钢模台车321 液压钢模台车结构参数1、台车每仓浇筑长度：L=15000mm；2、结构尺寸：台车主桁架高2483mm，宽2800mm，内部浇筑尺寸为4400mm4400mm；外侧支撑架高6140mm，顶拉桁架长度为18340mm；3、轨距：内部为1800mm(居中布置)，外侧为950mm(外侧靠外轨道离侧墙边为1370mm)。4、操作空间：内部有1620mm宽1920mm高净空间，搭设简易平台板后可供操作人员和检查人员通行，外侧支撑架上平行设置了两根横支撑，可搭设临时平台板后上人操作侧向脱模装置；5、外侧使用空间：外侧支撑架和模板需要横向空间1570mm；6、模板脱空量：内部台车模板最小脱空量为70mm左右，外侧体系模板脱空量为60mm-120mm； 322液压钢模台车安装 台车主桁架各个部件之间为螺栓连接，一榀主桁架包括两根立柱、一根上横梁、一根下横梁、两根上斜杆、两根下斜杆(或者主桁架在出厂前已经组装成为一个整体)，连为一体后，除有特殊需求或工程结束，一般不予拆除这些连接，使得单榀桁架为一个整体； 安装轨道和下纵梁(下纵梁用丝杆支撑，丝杆的支撑长度以将轮子稍微离开(离开约为2-3mm)轨道为标准)，将组装好的主桁架安装于下纵梁上，然后依次安装上纵梁、油缸支座和丝杆支座；安装油缸，同时安装两边和中间位置的顶升丝杆，利用顶升丝杆和油缸安装顶升纵梁，并将顶升纵梁间的联系杆件焊接固定；组装模板，将模板置于顶升纵梁上，同时安装侧向油缸，将模板临时固定，固定完毕后，安装柔性搭接模板，至此，内部台车安装完毕，进入模板的就位调整阶段。注意在安装下纵梁之前应校核轨道的位置，并将轨道固定，同时将双轨连接系统连接好，安装完下纵梁后，应再次校核轨道的位置，如有偏差，应及时纠正。 第一次安装台模时，一般应在浇筑第一仓的相邻位置设置轨道，整体安装完成并调试后再将台模移动至第一仓的位置；具体模板设计结构见附图06、07。323液压钢模台车就位与调整支模之前，应将下纵梁的支撑丝杆调节到位，使轮子脱离轨道，确定整个系统固定之后，才能进行支模工作。首先降低安装时临时顶撑丝杆的高度，调节顶升油缸，使模板达到指定的标高位置，校核之后，调节水平油缸，使得模板体系中线与整个浇筑涵洞的中线重合，核准之后，安装所有的顶撑丝杆，并将所有顶撑丝杆调节到位，最后调节侧向油缸，使得内侧模板达到准确的位置，检查模板的竖向垂直度，如达到要求，则安装侧向丝杆，并将其紧固。同时，向柔性搭接模板内填塞楔块，使得模板搭接以浇筑砼稳固牢靠，至此，内侧支模完成。支模完成后，应该校核模板的位置和模板之间连接，防止其错台，同时，检查所有的丝杆和螺栓连接，确保所有连接可靠，检查轨道的连接和稳定性，检查侧向油缸是否受力(保证其不受力)，然后才能进行砼的浇筑。支模后，台车的浇筑工况见图05，台模纵向装配见图06。324 液压钢模台车脱模当确认砼达到脱模强度后，开始进行脱模操作，首先拆除部分侧向丝杆，利用剩余的侧向丝杆(两端和中间的4-5榀支撑架上)缓慢地协调操作，使模板脱离砼面，然后拆除所有侧向丝杆，利用侧向油缸将砼侧向模板沿着上部铰转动5左右，使模板脱离砼面70mm左右，然后拆除顶部丝杆(或降低丝杆腾出足够的空间)，启动顶升油缸，使模板整体下移70mm左右，完成整个脱模过程。脱模后的模板状态图和工况见图07所示。图05台车浇筑工况图06 台模纵向装配图图07 台车脱模后工况325 行走确认模板脱离砼墙壁后，对两端和中间桁架的顶升丝杆进行调节，使其参与工作，保证上部结构和主桁架连为一体，然后调节下纵梁的支撑丝杆，使轮子完全接触轨道，继续旋转丝杆，使丝杆脱离轨道，然后开动台车两侧电机，使台车缓慢前行至下一浇筑位置，对位置进行微调后，固定台车位置，进行下一阶段的支模工作。注意在行走之前，应安装好相应的轨道，并校核轨道的位置和固定轨道。33、外侧模板系统331安装先铺设轨道，校核轨道位置并固定后，安装外下纵梁，将外侧模支撑架组装于下纵梁上，并安装横向支撑和剪刀撑，使外模支撑架为一个整体，如有必要，根据现场情况加设临时支撑，同时注意两侧支撑架系统应该同步组装，然后再吊装顶拉桁架，先将顶拉桁架置于两侧外模支撑架的托架上，然后用螺栓把三者连为一体，顶拉桁架与外侧模支撑架之间采用M38螺栓连接，支撑架内外弦与桁架弦杆之间的缝隙应采用适当厚度的钢板塞紧，以防止支撑架和顶拉桁架之间连接松动；然后，组装模板并将模板置于侧模支撑架支托上，支托上应铺设尺寸合适的聚四氟乙烯尼龙板薄板，然后调节侧向脱模丝杆，使丝杆顶住模板，当模板达到准确的位置后，应用钢板等将丝杆间隙塞紧，防止模板发生偏移。外侧模板组装完成后，应在模板连接之间安装防错台槽钢，并将螺栓拧紧。注：如有条件，外侧系统和内部台车应在相邻的工作面(而不是同一工作面)进行组装，以便有足够的组装空间，组装完成后再将二者配套使用。332支模模板和支撑架安装完毕后，需要调整模板的位置，可通过侧向脱模螺栓调整，此时使中间的螺栓不参与工作，只需调整上下的螺栓(单侧共20个螺栓)，调整到位后，塞紧丝杆与模板背楞的间隙，防止其晃动，然后紧固中间部位的螺栓，使其与上下螺栓共同工作，完成外侧模的支模工作，支模后外侧系统见图08。图08外侧支撑系统装配图333脱模确认砼达到脱模强度后(与内部台车脱模同步即可)，先松动中间部位的丝杆，使其不再参与工作，然后取掉上下丝杆底部的塞垫板，逐步向外旋转丝杆，使模板缓慢脱离砼面，注意所有的丝杆应协调动作，当模板脱离砼面70mm左右时，即可停止调节，将丝杆塞紧固定。注：支模和脱模均使用上下部位的丝杆，中间部位的丝杆不参与支模和脱模，仅仅在浇筑状态时参与工作。脱模时，底部支托上的聚四氟板参与工作，如果数次脱模后，该板破损，导致脱模困难时，应及时更换。334行走外侧支撑架系统不设置动力系统，可采用5t导链或电动葫芦移动该系统，如工地无设备或设备使用不具备条件时，可采用人工移动，此时可整体移动或分节(两节或五节均可)移动，移动至下一浇筑点后，固定外模支撑架系统，进行下一个工作循环。335、端模 安装：模的的连接方式分为两种，一种是与侧壁模板用螺栓连接，相应的位置有螺栓孔，另一种是传力给支撑架，支撑架再传递给相应的固定件；安装端模体系前，应将内外侧壁模板安装调试到位并固定好，然后依次将每块端模与侧模用螺栓固定，然后安装支撑架，支撑架再与相应的构件固定。 底部端模设置支撑架，注意保证支撑架的标高准确，支撑架底梁上预留有两个直径为24mm的孔，用以锚固；顶部端模支撑架下设端模纵梁，端模纵梁搁置于顶升纵梁上，端模支撑架与端模纵梁用螺栓连接，同时设置楔块塞紧支撑架与端模纵梁之间的缝隙，保证支撑架不产生任何位移。34、龙门式皮带布料机341 技术参数输 送 能 力 100T/h 大车行走速度 2.5m/min 布料输送机带宽 B800 布料输送机带速 1.6m/s上料输送机带宽 B800 上料输送机带速 1.6m/s布料机跨度 27m 布料机高度 10.5m/11m整机用电功率 30KW(不含照明) 整 机 重 量 30t3.4.2 运行原理龙门布料机是利用安装于龙门架上的皮带运输机将砼送至砼浇筑仓的上部，通过设于皮带上的分料小车或者是分料刮板将砼分至下料口，再通过砼溜筒将砼输送至砼仓面。其行走辅设轨道利用龙门架上的行走装置自行。 门式布料机是在龙门架上安装一套B800胶带输送机，通过龙门架的横向移动与卸料车，实现二维平面固定位置布料。操作简单，工作效率高，同时大幅度降低了施工成本，成为水利工程布料施工的首选设备。 门式布料机电气系统总功率为30KW，系统采用380/220V三相四线制供电，所有电器元件均安装于控制箱内，控制面板可分为仪表板、操作板，各操作按钮和操作指示牌一一对应，简单明了，操作简便。343 基本结构形式龙门式皮带布料机为砼水平运输及入仓设备，本工程的箱涵砼大部分均采用龙门式皮带布料机入仓，龙门式皮带布料机结构形式见图09。图09 龙门布料机结构形式图本工程采用的龙门式皮带布料机有二种形式，一种设置三根轨道，采用简支结构承受荷载；另一种采用二根轨道，下料侧采用悬臂+拉索结构。布料机支腿间距分别在开挖好的马道上沿渠铺垫5cm碎石，再铺设枕木和钢轨，龙门式皮带布料机才能进行安装和运行。3.5 联合运行一台龙门布料机生产能力一般能满足二个工作面的混凝土浇筑需要，但为实现流水作业的施工组织，一台施工作业面配置一套布料机，满足垫层、底板、边顶的流水施工要求。一个作业面一般配置一套底拱钢模、一套边顶模板台车和一套龙门布料机。同时使用时的工况见图10。图10 龙门布料机、钢模台车联合运行工况4、经济分析41、资源配置根据本工程施工的进度计划及施工强度要求，单工作面砼浇筑设备配置见表02。劳动配置见表03。表 02 单工作面浇筑设备配置表序号设备名称型号及规格单位数量备注1布料机台12底拱模板套13钢模台车套14整体式外部模板套15砼搅拌运输车辆39m36软式插入振捣器50100台87电焊机台3表03 单工作面施工人员配置表工种高级管理人员中级管理人员一般技术人员技工普工合计备注人数122101530二班4.2 工期分析1、单块砼工序工期分析单块砼一般分三层进行砼浇筑，垫层分段原则上3060m为一施工单元，底板和边顶拱15m为一施工单元，经分析各施工工序占用时间见表4。表04 各施工段占用时间表箱涵垫层箱涵底板箱涵边顶部2天5天8天 箱涵底板砼浇筑工序工期分析见表5。箱涵边顶砼浇筑工序工期分析见表6。4.3 对比分析南水北调箱涵混凝土施工，常采用模板方案有二种，一种是定型模板，另一种是钢模台车。混凝土浇筑入仓方式也是二种，一种是汽车泵，另一种是布料机。布料机又分龙门布料机和移动式布料机。定型模板与钢模台车的对比分析见表7。混凝土输入方式汽车泵与布料机的对比分析见表8。从表分析数据可看出，钢模台车与定型模板，钢模台车当周转次数超过45次以上时较经济，按全部采用钢模台车或者全部使用定型模板相比，钢模台车方案较定型号模板方案节约成本1197.816万元。使用龙门布料机与使用汽车泵相比节约成本525.1万元，二项相加节药总成本1722.916万元。表7 定型模板与定型模板的对比分析表项目定型模板钢模台车备 注定性分 析优点：1、 拆装方便灵活；2、单套造价低。3、缺点：1、混凝土外观相比较较钢模台车差；2、需耗用较多的拉杆等消耗性材料；3、运行时耗用工时较多。4、单仓施工期较钢模台车多占用拆移模时间12小时。优点：1、混凝土外观质量好；2、基本不耗用拉杆等消耗性材料；3、运行方便，耗工时少。缺点：1、单套造价高；2、拆装难度较大，不如定型模板方便快捷。定量分 析1、 单套价值：59.67万元；2、 单仓耗材价值：1.24t*0.75万元/t=0.93万元；3、 单仓立模人工：90工日*105元/工日=0.945万元；4、 单套模板理论周转40次；5、 残值率：10%。6、 使用数量：21套1. 单套价值：156.87万元；2. 单仓耗材价值：0.04t*0.75万元/t=0.03万元；3. 单仓立模人工：20工日*105元/工日=0.21万元；4. 单套模板理论周转100次；5. 残值率：15%。6. 使用数量：9套总成本V=21*59.67(1-10%)+820(0.93+0.945)=2665.263万元V=9*156.87（1-10%）+820*(0.03+0.21)=1467.447万元平衡点分析（5967（1-10%）/40）+0.93+0.945=(156.87(1-15%)/n)+0.03+0.21n=44.845次当钢模台车周转次数达到45次以上时较经济。表8 汽车泵与布料机的对比分析表项目汽车泵布门布料机备 注定性分 析优点：1、运行移动灵活；2、使用数量少。缺点：2、单台价值305万元，较高；2、运行维护费用较高；3、对混凝土半成品要求高。优点：1、单台价值35万元，较低；2、运行费用低；3、对混凝土半成品要求相对较低。缺点：1、使用数量多；2、使用地点相对固定，拆移较困难。定量分 析1、单套价值：305万元；2、使用年限：8年3、满负荷运行成本：9.4万元/月4、按平均年限法计算的月折旧：2.85万元/月5、平均使用期：26个月6、使用量：3台套7、残值率：10%。1、 单套价值：35万元；2、 使用年限：3年3、 满负荷运行成本：0.85万元/月4、 在施工期内均摊5、 残值率：10%6、 使用量：12台套7、 混凝土浇筑总方量：28万m38、 节约水泥价值：212.8万元总成本V=26*3*(2.85+9.4)=955.5万元V=12*35（1-10%）+12*26*.85-212.8=430.4万元5、结语整体移动箱涵模板通过在南水北调中线工程天津干线工程廊坊市段TJ4-1标箱涵工程中的运用，钢模台车具有混凝土外观质量好、基本不耗用拉杆等消耗性材料、运行方便，耗工时少，但同时也具有单套造价高、拆装难度较大，不如定型模板方便快捷的缺点。使用总成本如全部采用钢模台车较定型模板节约成本1197.816万元。龙门式布料机也具有单台价值较低、在固定区段运行方便、运行费用低、对混凝土半成品要求相对较低的优点，也具有使用数量多、使用地点相对固定，拆移较困难的缺点。使用总成本如全部采用龙门布料机较汽车泵节约成本525.1万元。但在南水北调的具体施工中，由于采征地移交问题的影响，实际施工中没有全部采用钢模台车和龙门布料机施工，经济性受到了一定程度的影响。作者介绍：韩伟，男，1984年生，大学本科，助理工程师。2007年7月2008年7月在云南省大理州金沙江鲁地拉项目部担任工程管理部现场技术员，负责厂房、主变室、尾水调压室、进场交通洞（一些小型施工洞）开挖支护的现场技术服务工作；2008年8月2009年8月担任工程管理部技术主管一职，负责全部现场施工（主厂房、主变室、尾水调压室、进场交通洞、对外公路隧道、尾水出口、一些小型施工洞的施工，包括钢筋混凝土衬砌施工、灌浆、大断面洞室的开挖与支护、高边坡开挖与支护、预应力锚索施工）的技术服务、施工管理和与监理业主沟通工作；2009年8月至今，在中国水电第十四工程局有限公司南水北调天津干线TJ4-1标项目部技术部副主任，现场技术负责人。主要负责现场渠道开挖、箱涵钢筋砼衬砌、土方回填、硅芯管施工等技术指导工作。张政权，男，1972年出生，大学本科，工程师，1995年7月2000年2月在省云南省大理市徐村水电站工程担任技术员、技术主管职位；2000年3月2003年5月在湖北宜昌市三峡水利枢纽永久船闸工程担任副队长、队长职务；2003年6月2007年12月在四川平武水牛家水电站担任项目副经理；2008年1月2009年7月在四川木里县锦屏一级水电站工程担任项目副经理；2009年至今担任中国水电第十四工程局有限公司南水北调天津干线TJ4-1标项目部副经理何泽山，男，1964年出生，高级工程师，曾任水电十四局大理分局小浪底项目部1号导流洞副总工、小浪底地下厂房土建总工程师、小浪底副坝总工程师、水电十四局大理分局三峡项目部副经理兼总工、水电十四局三峡右岸项目部总工、龙滩1478联营体副总工、中国水电第十四工程局有限公司锦屏一级电站CV标项目部副经理兼总工程师等职，现任中国水电第十四工程局有限公司南水北调天津干线TJ4-1标项目部副经理兼总工程师。