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[摘 要]加查水电站导流明渠混凝土工程主要包括右岸导流明渠挡水坝段、导流明渠上游段、消力池段及出口下游河道护岸工程等部位混凝土，其中渠0+100.75～渠0+601.408段、护0+00.0～护0+272.21段右侧护坡开挖坡比为1：1.5，为加快施工进度，护岸混凝土采用自制无轨滑模施工。现场根据需要对滑模及吊点进行了设计和应用。
[关键词]混凝土浇筑；无轨滑模；设计；应用
中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0194-03
1 工程概况及设计原始条件
本工程导流明渠混凝土工程主要包括导流明渠、右岸导流明渠挡水坝段、导流明渠上游段、消力池段及出口下游河道护岸工程等部位混凝土，其中渠0+100.75～渠0+601.408段、护0+00.0～护0+272.21段开挖坡比为1：1.5，护岸混凝土主要采用自制无轨滑模浇筑；导流明渠滑模混凝土浇筑范围分布见下图图1所示。
2 护岸滑模结构设计
2.1 滑模桁架系统
为满足导流明渠右侧护岸边坡混凝土结构分缝需要，自制滑模分块制作，完后通过块间高强螺栓连接成一个整体，为满足21m、19m、17m、15m、14m等结构块混凝土施工需要，单套滑模总长为21.6m。
其中滑模桁架由主桁架（分块组装）、缀条（加固件）、模板面板、操作平台、配重水箱、修面挂架等构成。
（1）滑模主桁架（3m、4m单元块）
主桁架采用型钢分块制作，其中4m单元块2个、3m单元块3个，各单元块间通过M20的高强螺栓连接。桁架主结构件为[16a槽钢，加强缀条为∠75*5mm等边角钢，之间均通过焊接连接。桁架上游布置操作平台，下游下挂修面平台。滑模主桁架中心距尺寸为1.2m*1.2m，上游操作平台底宽30cm，上端部根据边坡1：1.5坡比进行设计，以满足滑模运行中操作平台顶部与坡面平行要求。滑模面板总宽为1.66m。滑模主桁架及分块连接布置详见下图2、图3所示。
（2）配重水箱
为满足滑模混凝土施工需要，导流明渠贴坡混凝土采用二级配混凝土，其浇筑中混凝土对滑模的浮脱力较大，桁架系统无法满足受力需要。
为便于现场施工，滑模采用水配重。在滑模桁架系统中的空间内焊制钢结构水箱，通过向水箱注水配重。水箱布置于桁架中部空间内，采用3mm钢板制作，紧贴并利用桁架系统的钢结构（[16a槽钢及缀条）作为加固件。水箱根据桁架分块情况分块布置，且水箱距两端为30cm左右，以便于桁架螺栓连接施工。利用桁架相应骨架及缀条作为加固件，水箱两端距桁架端面均为20cm（方便连接处螺栓安装），水箱顶面及下侧面（距底面10cm）布置注水、泄水水管（DN50）及阀门，通过水阀增加和减轻配重。水箱相关布置见图3所示。
（3）卷扬机平台（2.3m单元块）
滑模卷扬机平台采用[16a槽钢，加固斜撑为[10槽钢，模板面板位于桁架底部，厚5mm，在桁架内采用[10槽钢@500mm（间距）进行焊接加固；桁架尺寸为长宽高=1.2m*1.2m*2.3m；桁架上游侧布置混凝土施工下料、振捣平台，平台采用∠75*5mm等边角钢制作，沿桁架高度方向每1m布置一个，平台之间采用同型号角钢纵向连接加固，平台上游及顶面均采用3mm钢板焊接包裹。整套滑模系统在平台上布置2台5t卷扬机，在坡面上部布置吊点和滑轮组，通过在滑模盘卷扬机提升。
（4）下部修面平台
下部修面平台布置于主桁架下部，通过吊耳、销子与桁架连接，在桁架顶部布置吊点通过Φ10mm钢丝绳（麻芯）调整修面平台倾斜度，确保平台与已浇筑混凝土面平行。修面平台宽1.0m，根据各单元块长度（3m、4m、2.3m）每1m布置连接杆固定于桁架上，连接杆长1.5m，平台骨架均采用∠50*5mm等边角钢，横向333mm布置一道，平台采用Φ12mm@10cm（间距）圆钢焊制形成操作平台。
2.2 滑模吊点系统
因导流明渠下游段坡面上部EL.3225平台宽度较窄，为满足支撑需要，提高吊点系统安装进度，现场采用三脚架加定滑轮结构，三脚架的稳定采用钢丝绳连接框格梁锚筋（至少连接2根锚筋）；EL.3260顶面大部分场地较宽阔，布置2m×0.8m×0.4m预制块（埋入地面下100cm）作为锚固装置。预制块顶部码放1m～1.5m高沙袋作为配重。
根据受力分析，整套滑模系统的提升力达15～20t（宽度21.6m时），现场投入为5t卷扬机，需采用定滑轮系统。因此，上部三脚架端部（4m左右）根据实际坡度布置一个定滑轮。之间通过Ф18.5mm的钢丝绳连接卷扬机，采用两根Ф21.5mm的钢丝绳连接预制块，（定滑轮吊钩采用橡胶管进行保护）形成提升系統。具体图4所示。
3 滑模系统结构验算
3.1 混凝土浮托力验算
新浇混凝土对模板侧压力标准值依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》，附录中有关“普通模板及其支架荷载标准值及分项系数”的取值规定，新浇混凝土对模板侧压力的按以下两个计算公式进行复核，并取二式中的较小值。
F=0.22γCtOβ1β2 （1）
F=γCH （2）
式中：F-新浇混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）；
γC-混凝土的重力密度，经多次过磅量测，混凝土容重为24kN/m3；
tO-新浇混凝土的初凝时间（h），根据左岸拌合系统配合比情况，目前混凝土初凝时间tO=6.0h；
V-混凝土的浇筑速度（m/h），根据初凝时间及浇筑量，滑模滑升速度取1.0m/h，浇筑高度为0.5m/h；
β1-外加剂影响修正系数，此处取1.0； β2-混凝土坍落度影响修正系数，本工程主要采用泵送或溜送坍落度为120～160mm，取1.15；
H-混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度（m）。
代入求得的可变参数，得到如下两个与浇筑速度和浇筑高度有关的简化计算公式，并可计算出在不同浇筑速度和浇筑高度条件下的模板面侧压力：
F=0.22γCtOβ1β2=0.22×24.0×6.0×1.0×1.15×=36.4×=36.4kN/m2；
F=γCH=24.0H=24.0*0.6=14.4kN/m2。
取上述计算值中的最小值，侧压力为14.4kN/m2；因滑模宽度为1.66m，混凝土浇筑时顶部预留15cm左右，则作用于滑模上每延米侧压力为14.4kN/m2*1.5m=21.6kN/m；计算时取值为22.0kN/m。
根據力的合成和分解（见图5），垂直作用于模板上的浮托力为：W=Fsin33.6°=12.2kN/m，即1.22t/m；
侧压力沿坡面的分力：N=Fcos33.6°=18.3kN/m。
3.2 滑模配重验算
根据滑模结构图，滑模桁架、卷扬机等系统自重约为13.0t，每套滑模为21.6m，则滑模每延米重量为0.6t，即6.0kN/m。根据力的合成和分解（见图6），重力垂直于模板的分力用于抵消混凝土对模板的浮托力，其N1=Gcos33.6°=W=12.2kN/m；则G=12.2/cos33.6°=14.6kN/m，N2=Gsin33.6°=8.1kN/m，则滑模配重为14.6-6.0=8.6kN/m，即滑模每延米配重为860kg。
根据滑模内水箱结构图，水箱尺寸宽*高为1.2m*1.2m，则每延米储水量为1.44m3，即1.44t>0.86t；因此，滑模配重满足要求。
3.3 吊点系统验算
（1）卷扬机钢丝绳验算
根据3.2中滑模配重验算可知，理想状态下浮托力恰好等于重力的分力，即滑模处于临界平衡状态，该状态下极易被打破。为避免临界打破现象发生，滑模正常运行中将水箱基本注满（3/4左右），配重达到1.0t/m时，按1m长小单元进行受力分析验算如下（见图7）：
滑模体自重为：G1=16.0kN；
滑模体自重沿坡向分力为：N4=G1sin33.6=8.9kN；
滑模体自重垂直模板方向分力为：N4=G1cos33.6=13.3kN；抵消浮托力后合力为：13.3kN-12.2kN=1.1kN。
根据上述受力分析及《水工建筑物滑动模板施工技术规范》DLT5400-2007可知，滑模运行中，滑模体与两侧钢模之间的滑动摩擦系数f一般为0.15～0.2；这里取0.2进行计算，则滑模运行过程中卷扬机钢丝绳的受力为：
F=8.9kN/m*21.6m+0.2*1.1kN/m*21.6m=197.0kN；约19.7t。
同时，根据滑模吊点系统布置形式，为满足卷扬机提升力需要，其定滑轮+动滑轮的形式，且滑模系统的吊点系统分别布置于两端，则钢丝受力为：197kN/4=49.25kN。
现场施工滑模采用2台5t卷扬机，钢丝绳采用6*19、1700级φ18.5mm的麻芯钢丝绳，查《钢结构工程必备数据一本全》可得φ18.5mm钢丝绳的破断拉力，根据钢丝绳结构取钢丝6×19查得钢丝绳破断拉力换算系数为：a=0.85。
计算滑模提升钢丝绳时所能承受的容许拉力为：
其安全系数为：
故滑模提升钢丝绳满足要求。
（2）吊点系统验算
顶部吊点系统采用两根Ф21.5mm的钢丝绳连接预制块（预制块挖坑后掩埋1.5m至2m后顶部反压10t以上块石，其不需核算），（定滑轮吊钩采用橡胶管进行保护）形成提升系统。根据（1）中计算，F=197kN，现场施工滑模采用2台5t卷扬机，钢丝绳采用6*19、1700级φ18.5mm的麻芯钢丝绳，查《钢结构工程必备数据一本全》可得φ21.5mm钢丝绳的破断拉力，根据钢丝绳结构取钢丝6×19查得钢丝绳破断拉力换算系数为：a=0.85。
计算滑模提升钢丝绳时所能承受的容许拉力为：
在2根钢丝绳下其安全系数为：
故滑模吊点系统钢丝绳满足要求。
4 结束语
在导流明渠下游护岸无轨滑模混凝土施工中，通过对滑模设计验算，其相关受力均能满足要求。采用自制无轨滑模施工方便、快速、质量优良；同时，该结构可周转使用，有效降低施工成本，提高了施工进度和安全。
作者简介
唐铭鸿（1983.12-），男，湖南永州，项目总工程师，从事项目技术管理工作。
徐亚军（1980.08-），男，陕西武功县，工程师，从事施工技术管理工作。
[关键词]混凝土浇筑；无轨滑模；设计；应用
中图分类号：TV544 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0194-03
1 工程概况及设计原始条件
本工程导流明渠混凝土工程主要包括导流明渠、右岸导流明渠挡水坝段、导流明渠上游段、消力池段及出口下游河道护岸工程等部位混凝土，其中渠0+100.75～渠0+601.408段、护0+00.0～护0+272.21段开挖坡比为1：1.5，护岸混凝土主要采用自制无轨滑模浇筑；导流明渠滑模混凝土浇筑范围分布见下图图1所示。
2 护岸滑模结构设计
2.1 滑模桁架系统
为满足导流明渠右侧护岸边坡混凝土结构分缝需要，自制滑模分块制作，完后通过块间高强螺栓连接成一个整体，为满足21m、19m、17m、15m、14m等结构块混凝土施工需要，单套滑模总长为21.6m。
其中滑模桁架由主桁架（分块组装）、缀条（加固件）、模板面板、操作平台、配重水箱、修面挂架等构成。
（1）滑模主桁架（3m、4m单元块）
主桁架采用型钢分块制作，其中4m单元块2个、3m单元块3个，各单元块间通过M20的高强螺栓连接。桁架主结构件为[16a槽钢，加强缀条为∠75*5mm等边角钢，之间均通过焊接连接。桁架上游布置操作平台，下游下挂修面平台。滑模主桁架中心距尺寸为1.2m*1.2m，上游操作平台底宽30cm，上端部根据边坡1：1.5坡比进行设计，以满足滑模运行中操作平台顶部与坡面平行要求。滑模面板总宽为1.66m。滑模主桁架及分块连接布置详见下图2、图3所示。
（2）配重水箱
为满足滑模混凝土施工需要，导流明渠贴坡混凝土采用二级配混凝土，其浇筑中混凝土对滑模的浮脱力较大，桁架系统无法满足受力需要。
为便于现场施工，滑模采用水配重。在滑模桁架系统中的空间内焊制钢结构水箱，通过向水箱注水配重。水箱布置于桁架中部空间内，采用3mm钢板制作，紧贴并利用桁架系统的钢结构（[16a槽钢及缀条）作为加固件。水箱根据桁架分块情况分块布置，且水箱距两端为30cm左右，以便于桁架螺栓连接施工。利用桁架相应骨架及缀条作为加固件，水箱两端距桁架端面均为20cm（方便连接处螺栓安装），水箱顶面及下侧面（距底面10cm）布置注水、泄水水管（DN50）及阀门，通过水阀增加和减轻配重。水箱相关布置见图3所示。
（3）卷扬机平台（2.3m单元块）
滑模卷扬机平台采用[16a槽钢，加固斜撑为[10槽钢，模板面板位于桁架底部，厚5mm，在桁架内采用[10槽钢@500mm（间距）进行焊接加固；桁架尺寸为长宽高=1.2m*1.2m*2.3m；桁架上游侧布置混凝土施工下料、振捣平台，平台采用∠75*5mm等边角钢制作，沿桁架高度方向每1m布置一个，平台之间采用同型号角钢纵向连接加固，平台上游及顶面均采用3mm钢板焊接包裹。整套滑模系统在平台上布置2台5t卷扬机，在坡面上部布置吊点和滑轮组，通过在滑模盘卷扬机提升。
（4）下部修面平台
下部修面平台布置于主桁架下部，通过吊耳、销子与桁架连接，在桁架顶部布置吊点通过Φ10mm钢丝绳（麻芯）调整修面平台倾斜度，确保平台与已浇筑混凝土面平行。修面平台宽1.0m，根据各单元块长度（3m、4m、2.3m）每1m布置连接杆固定于桁架上，连接杆长1.5m，平台骨架均采用∠50*5mm等边角钢，横向333mm布置一道，平台采用Φ12mm@10cm（间距）圆钢焊制形成操作平台。
2.2 滑模吊点系统
因导流明渠下游段坡面上部EL.3225平台宽度较窄，为满足支撑需要，提高吊点系统安装进度，现场采用三脚架加定滑轮结构，三脚架的稳定采用钢丝绳连接框格梁锚筋（至少连接2根锚筋）；EL.3260顶面大部分场地较宽阔，布置2m×0.8m×0.4m预制块（埋入地面下100cm）作为锚固装置。预制块顶部码放1m～1.5m高沙袋作为配重。
根据受力分析，整套滑模系统的提升力达15～20t（宽度21.6m时），现场投入为5t卷扬机，需采用定滑轮系统。因此，上部三脚架端部（4m左右）根据实际坡度布置一个定滑轮。之间通过Ф18.5mm的钢丝绳连接卷扬机，采用两根Ф21.5mm的钢丝绳连接预制块，（定滑轮吊钩采用橡胶管进行保护）形成提升系統。具体图4所示。
3 滑模系统结构验算
3.1 混凝土浮托力验算
新浇混凝土对模板侧压力标准值依据《混凝土结构工程施工质量验收规范》，附录中有关“普通模板及其支架荷载标准值及分项系数”的取值规定，新浇混凝土对模板侧压力的按以下两个计算公式进行复核，并取二式中的较小值。
F=0.22γCtOβ1β2 （1）
F=γCH （2）
式中：F-新浇混凝土对模板的最大侧压力（KN/m2）；
γC-混凝土的重力密度，经多次过磅量测，混凝土容重为24kN/m3；
tO-新浇混凝土的初凝时间（h），根据左岸拌合系统配合比情况，目前混凝土初凝时间tO=6.0h；
V-混凝土的浇筑速度（m/h），根据初凝时间及浇筑量，滑模滑升速度取1.0m/h，浇筑高度为0.5m/h；
β1-外加剂影响修正系数，此处取1.0； β2-混凝土坍落度影响修正系数，本工程主要采用泵送或溜送坍落度为120～160mm，取1.15；
H-混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土顶面的总高度（m）。
代入求得的可变参数，得到如下两个与浇筑速度和浇筑高度有关的简化计算公式，并可计算出在不同浇筑速度和浇筑高度条件下的模板面侧压力：
F=0.22γCtOβ1β2=0.22×24.0×6.0×1.0×1.15×=36.4×=36.4kN/m2；
F=γCH=24.0H=24.0*0.6=14.4kN/m2。
取上述计算值中的最小值，侧压力为14.4kN/m2；因滑模宽度为1.66m，混凝土浇筑时顶部预留15cm左右，则作用于滑模上每延米侧压力为14.4kN/m2*1.5m=21.6kN/m；计算时取值为22.0kN/m。
根據力的合成和分解（见图5），垂直作用于模板上的浮托力为：W=Fsin33.6°=12.2kN/m，即1.22t/m；
侧压力沿坡面的分力：N=Fcos33.6°=18.3kN/m。
3.2 滑模配重验算
根据滑模结构图，滑模桁架、卷扬机等系统自重约为13.0t，每套滑模为21.6m，则滑模每延米重量为0.6t，即6.0kN/m。根据力的合成和分解（见图6），重力垂直于模板的分力用于抵消混凝土对模板的浮托力，其N1=Gcos33.6°=W=12.2kN/m；则G=12.2/cos33.6°=14.6kN/m，N2=Gsin33.6°=8.1kN/m，则滑模配重为14.6-6.0=8.6kN/m，即滑模每延米配重为860kg。
根据滑模内水箱结构图，水箱尺寸宽*高为1.2m*1.2m，则每延米储水量为1.44m3，即1.44t>0.86t；因此，滑模配重满足要求。
3.3 吊点系统验算
（1）卷扬机钢丝绳验算
根据3.2中滑模配重验算可知，理想状态下浮托力恰好等于重力的分力，即滑模处于临界平衡状态，该状态下极易被打破。为避免临界打破现象发生，滑模正常运行中将水箱基本注满（3/4左右），配重达到1.0t/m时，按1m长小单元进行受力分析验算如下（见图7）：
滑模体自重为：G1=16.0kN；
滑模体自重沿坡向分力为：N4=G1sin33.6=8.9kN；
滑模体自重垂直模板方向分力为：N4=G1cos33.6=13.3kN；抵消浮托力后合力为：13.3kN-12.2kN=1.1kN。
根据上述受力分析及《水工建筑物滑动模板施工技术规范》DLT5400-2007可知，滑模运行中，滑模体与两侧钢模之间的滑动摩擦系数f一般为0.15～0.2；这里取0.2进行计算，则滑模运行过程中卷扬机钢丝绳的受力为：
F=8.9kN/m*21.6m+0.2*1.1kN/m*21.6m=197.0kN；约19.7t。
同时，根据滑模吊点系统布置形式，为满足卷扬机提升力需要，其定滑轮+动滑轮的形式，且滑模系统的吊点系统分别布置于两端，则钢丝受力为：197kN/4=49.25kN。
现场施工滑模采用2台5t卷扬机，钢丝绳采用6*19、1700级φ18.5mm的麻芯钢丝绳，查《钢结构工程必备数据一本全》可得φ18.5mm钢丝绳的破断拉力，根据钢丝绳结构取钢丝6×19查得钢丝绳破断拉力换算系数为：a=0.85。
计算滑模提升钢丝绳时所能承受的容许拉力为：
其安全系数为：
故滑模提升钢丝绳满足要求。
（2）吊点系统验算
顶部吊点系统采用两根Ф21.5mm的钢丝绳连接预制块（预制块挖坑后掩埋1.5m至2m后顶部反压10t以上块石，其不需核算），（定滑轮吊钩采用橡胶管进行保护）形成提升系统。根据（1）中计算，F=197kN，现场施工滑模采用2台5t卷扬机，钢丝绳采用6*19、1700级φ18.5mm的麻芯钢丝绳，查《钢结构工程必备数据一本全》可得φ21.5mm钢丝绳的破断拉力，根据钢丝绳结构取钢丝6×19查得钢丝绳破断拉力换算系数为：a=0.85。
计算滑模提升钢丝绳时所能承受的容许拉力为：
在2根钢丝绳下其安全系数为：
故滑模吊点系统钢丝绳满足要求。
4 结束语
在导流明渠下游护岸无轨滑模混凝土施工中，通过对滑模设计验算，其相关受力均能满足要求。采用自制无轨滑模施工方便、快速、质量优良；同时，该结构可周转使用，有效降低施工成本，提高了施工进度和安全。
作者简介
唐铭鸿（1983.12-），男，湖南永州，项目总工程师，从事项目技术管理工作。
徐亚军（1980.08-），男，陕西武功县，工程师，从事施工技术管理工作。