河网区域特高压输变电线路大型承台高立柱模板选型分析

徐侠松，王 杰，张松华，江 巍，王从锋

（1.湖北省送变电工程公司，湖北 武汉 430063 2.三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌 443002）

0 引言

在河网区域的特高压输变电线路工程建设中，大型承台的圆形高立柱混凝土浇筑必不可少，其中模板型式的选择对于高立柱工程的施工进度、施工安全和施工质量有着非常重要的影响。圆形高立柱混凝土的施工在道桥工程、房建工程等领域经常遇到，除了已经在《建筑施工模板安全技术规范（JGJ162-2008）》（以下简称《模板规范》）[1]中明确规定可以采用的定制钢模板、木模板之外，如玻璃钢模板[2]、波纹管模板[3]和纸管模板[4]等新型模板型式也在实际工程中取得了一定的应用。虽然对于这些模板型式的使用特点和施工工艺等方面已有不少的总结和分析[5-7]，但针对河网区域特高压输变电线路大型承台的圆形高立柱这一特殊对象，如何选择合理的模板型式仍然缺乏深入的研究。

本文以湖北河网区域的特高压输电线路大型承台圆形高立柱为主要工程对象展开研究，圆形高立柱的直径一般在2～3 m之间，高度一般在5～8 m之间,施工区域为藕塘、鱼塘或水田等星罗棋布的河网区域。针对该工程对象，对定型钢模板、木模板、玻璃钢模板、波纹管模板和纸管模板等模板型式进行适用考察分析，力求通过经济性、轻便性和可靠性等方面的比较，确定最为适合河网区域特高压输变电线路大型承台圆形高立柱工程施工的模板型式，为河网区域特高压输变电线路建设提供技术参考。

1 河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱的施工特点

随着我国经济的高速发展和发电量、用电量的倍数增长，输电线路采用的电压等级越来越高（达到750 kV以上称为特高压输电线路），其可以有效地减少输电损耗，降低线路单位造价，充分的利用线路走廊。目前我国已经投入运行的最高电压等级的输电线路为“晋东南—荆门1 000 kV输电线路工程”，2006年8月19日正式开工建设，2009年1月6日正式投入运行，线路全长约604 km。特高压输电线路建设经过河网区域时，其大型承台的圆形高立柱工程施工对整体工程的顺利实施意义重大。

河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱的施工，与道桥工程、房建工程等领域中的类似工程在以下方面有所区别。

1）工程项目的不集中。道桥工程、房建工程等领域中的圆形高立柱工程施工，其工程项目呈现明显的集中性质。房建工程中的圆形高立柱，一般位置均在主体工程所位于的红线范围内，道桥工程中的圆形高立柱根据实际情况略有差异，如高速铁路的桥墩间距一般为25 m和35 m两种，杭州湾大桥桥墩间距50 m，除此之外，由于道桥工程和房建工程中的圆形高立柱工程实施可以与其它分部工程协同考虑，所以圆形高立柱工程的施工设备和工艺方面选择性较大。特高压输电线路的大型承台建设，参照《1 000 kV架空输电线路设计规范(GB50065-2011)》[8]规定，其距离往往以km计，在轻冰区为不大于10 km，其建设地点距离大，工程项目非常不集中，且混凝土分部工程数量有限。

2）圆形立柱的尺寸大、高度小。房建工程等领域中的圆形高立柱一般来说其混凝土净截面直径为0.6～1.6 m范围内，高度根据具体工程项目存在差异（如飞机机库大厅柱高可达18 m[9]），在桥梁建设过程中数十米高的桥墩也是非常常见的。河网区域特高压输电线路大型承台的圆形高立柱其混凝土净截面直径可达3 m，截面尺寸相对较大，但其高度一般在5～8 m之间，相对较小。

3）施工地点的局限性。房建工程和道桥工程的实施一般都具备较好的施工条件，其施工道路和施工场地可以容许大型机械设备的采用。河网区域特高压输电线路的施工则受到诸多限制：河网区域施工道路的布置受到局限，较窄的道路和渠堤限制了大型机械设备的行进，如果进行道路建设则会导致额外的征地补偿支出；鱼塘、藕塘等浅水区的存在对展开大规模的施工形成障碍，也对施工工艺提出了较高的要求。

2 不同模板型式的使用特点和施工工艺

针对河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱的施工特点，我们对已经列入《模板规范》的定制钢模板、木模板和目前已经取得一定工程应用的玻璃钢模板、波纹管模板、纸管模板的使用特点和施工工艺进行调查分析，以获取这些模板型式与本项目的适应性。

2.1 定制钢模板

定制钢模板一般是由生产厂家按照施工单位要求进行定制，其结构包括面板、竖肋、横肋、竖龙骨等部分，形式一般如图1所示。

图1 定制钢模板Fig.1 Customized steel formwork

根据圆柱的直径大小，定制钢模板可采用1/4圆柱钢模组拼（大直径情况下）或者1/2圆柱钢模组拼（小直径情况下），钢模面板钢板厚度4～5 mm，竖肋可采用5 mm左右厚度钢板或者Φ8槽钢，横肋可采用6 mm左右厚度钢板或者Φ10槽钢，竖龙骨采用Φ10槽钢，腰孔之间采用Φ18螺栓连接。板材一般采用优质冷轧钢板。

定制钢模板的质量一般较大，制作费用较高。以图1中的定制钢模板为例，其拟浇筑的混凝土圆柱直径仅为1.2 m，采用1/2圆柱钢模组拼而成，每个钢模模块尺寸为柱半圆，高度为1 155 mm，质量为150 kg，模板制作费用达到350元/m2。

定制钢模板由于使用钢板为主要材料，因此在牢固性方面最为优良，可多次重复周转，但是其运输、安装和拆卸方面相对复杂，由于其自重较大，在安装和拆卸过程中需要使用大型机械，而且其模板拼装过程中形成的拼缝较多（根据本项目的柱高和直径，会形成竖向拼缝4条，水平拼缝4～6条），进而导致混凝土外观质量保证方面存在困难。

2.2 木模板

传统的圆柱木模板(如图2所示)一般采用18 mm厚松木胶合板制作圆柱模板,板背面用手电锯每隔4～5 cm锯一道12～15 mm深的缝隙,使模板正面仍保持完整的一块胶合板,钉到木楞上,制成圆柱模板。该种方法制作的模板混凝土表面不光滑，圆弧不柔顺，费工、费时、费料，接缝不密实影响施工质量，柱模不垂直影响受力及美观。

图2 传统圆柱木模板Fig.2 Classicalwood formwork for circular column

目前在实际工程中逐步得到运用推广的定型凹凸槽木模板是一种比较先进的木质模板做法，该型模板的主要结构如图3所示。

图3 定型凹凸槽木模板Fig.3 Setting concavo-convex wood formwork

定型凹凸槽木模板一般采用优质桦杨木在热压机上加工制成具有一定半径和弧长的弯板，现场拼接成圆柱、椭圆柱等。支模时不需另加钢管柱箍和对拉螺杆，采用固定环箍和螺栓加固。模板具有胶合力强、重量轻、幅面大的特点。环氧树脂水晶面能使混凝土达到清水混凝土表面要求。

定型凹凸槽木模板的优点在于首先现场加工随意性强，采用常规加工工具，可锯、可钉、可钻孔，可根据需要切割成任意的形状，拼装灵活，操作方便；然后在于接缝处凹凸槽，使模板拼缝紧密结合，防止跑浆、漏浆，使混凝土脱模既快又美观，同时又有稳定加固的作用，制作费用仅为160元/m2左右。不足之处在于其结构上取消了钢管柱箍和对拉螺杆，则其环向上需要采用扁钢或者钢带加固，其设置间距和材料需要根据实际情况确定，在确定模板垂直度后，在柱模上下每隔 1.0～1.5 m需要设置钢管脚手架进行固定。

2.3 玻璃钢模板

圆柱玻璃钢模板目前在国内工程中已经广泛运用。该型模板采用不饱和聚酯树脂作为胶结材料，用低碱纤维布作骨架逐层粘裹而成，按照拟浇筑柱子的圆周周长和高度制成的整块或多块模板，由厂家按照要求进行定制。

圆柱玻璃钢模板根据圆柱的直径大小可制成整块或多块卷曲式模板，两个半圆卷曲式模板。整张和半张卷曲式模板拼接缝处，均设置用于模板组拼的拼接翼缘，翼缘用扁钢加强（如图4所示）。扁钢设有螺栓孔，以便于模板组拼后的连接。为了加强模板支设后的整体刚度和稳定性，在柱模外一般须设置上、中、下三道柱箍，柱箍采用型钢制成，一般设计成两个半圆形，拼接处用螺栓连接。模板的厚度，根据混凝土侧压力的大小通过计算确定，一般为3～5 mm。考虑模板在承受侧压力后，模板断面会膨胀变形，因此，模板的直径应比圆柱直径小0.6%为妥。

图4 圆柱玻璃钢模板Fig.4 Glass steel formwork for circular column

圆柱玻璃钢模板的优点在于重量轻、工效高和浇筑成型的圆柱柱面光滑整洁等特点，其制作费用介于定制钢模板和定型凹凸槽木模板之间，为280元/m2左右，该型模板的制作、安装和拆卸均无需大型机械，可周转次数为20次左右（定型凹凸槽木模板可周转次数约10次），因此具备较好的应用前景，浇筑出的混凝土外观质量优良。

2.4 波纹管模板

波纹管模板是目前在国内实际工程中逐渐开始运用的一种新型模板。该型模板主要使用PVC－U 型双壁波纹管（以聚氯乙烯为主要原料）作为模板主体，PVC－U 型双壁波纹管内壁光滑、外壁波纹、内外壁中空，具有质轻、抗压能力强、内壁光滑且便于安装等优点。波纹管模板整个系统主要由波纹管、木楞、螺杆、钢管扣件和支撑系统等组成（如图5所示）。

图5 波纹管模板Fig.5 Corrugated pipe formwork

波纹管模板一般首先需要根据工程特点及现场施工条件（特别圆柱的直径）选择合适的波纹管，并验算波纹管上木楞所需的尺寸及间距，及水平钢筋箍的竖向间距，绘制配板图，按配板图将一个圆柱波纹管模板预分成两片，模板拼装时先将圆柱两片模板组合，并按设计要求规格及间距的方木作为波纹管模板外竖楞，在安置方木竖楞的同时，采用环形钢箍按设计竖向间距作为水平约束箍，组合后用钢管、木方及螺杆将其临时固定，等到柱的垂直度调整完毕后再进行加固固定。

波纹管模板优点很多：采购方便；本身内表面光滑，圆度准确，并具有一定的刚度；接缝少、平整度高；无横向接缝，圆度准确；自重轻、强度高、韧性好；易于成型、拆装方便、工效高。其制作费用方面，PVC－U型双壁波纹管直径500 mm的市场采购价在167元/m，所以具备明显的价格优势。但是波纹管模板也存在着一些难以克服的问题：（1）目前市面上很难找到直径2～3 m的波纹管，工程实例方面也并未发现此种规格；（2）波纹管模板在进行两个半圆拼装后，为保证拼缝处的强度采用在接缝处设置竖向木方上，在木方上打眼用Φ10 mm的螺栓连接固定的方法，且为防止接缝处漏浆，模板安装时需在接缝处粘贴海绵条，此项施工工艺对施工人员要求较高，若处理不好则会影响整根柱的外观质量。

2.5 纸管模板

纸管模板是一种新型圆柱模板型式，它是以纯纸为原料卷制的圆管型模板，纸管模板主要可分为3个组成部分，即纸管结构层，采用多层高质量复合纸卷制而成，具有足够的强度和刚度承受混凝土浇灌时所产生的压力和冲击；内壁保护层，采用特殊的复合耐水纸卷制，纸面覆盖着特殊的防水薄膜，可以防止纸管内新浇筑的混凝土中水分流失；外壁保护层，采用复合耐水纸卷制而成，保证纸管外壁具有足够防水和保护等能力(见图6)。

图6 纸管模板Fig.6 Paper tube formwork

纸管模板在安装前需要对纸模进行刚度加强，支设间距控制在2 500～3 500 mm，纸模抱箍可采用简易钢管抱箍或专用工具式抱箍。在纸模抱箍与纸模外壁之间需设置增加橡胶衬垫，橡胶衬垫长度同纸模外径，纸模抱箍安装完成后，采用长钢管对抱箍进行相互连接，通过扣件将长钢管与抱箍短钢管进行整体连接，使得纸管柱模整体刚度得到加强。安装纸模时，将纸模竖立高于柱钢筋上部，自上而下缓慢套入柱钢筋内，直到安装至设计标高位置。拆除纸模时，利用带有限位装置的手提电动切割机，顺着已弹出的垂直通长线进行切割，限位厚度按照模板厚度少2 mm(避免损伤混凝土表面)，直到将2根垂线全部切开，然后采用美工刀由上往下切开。

纸管模板的优点包括：质量轻，可以锯短；成型效果好；内模光滑，拆模时能很顺利地从混凝土柱面剥离，不需要在模板表面涂刷脱模剂；价格低廉，纸模价格约在100元/m2左右；工期短，采用纸模可以实现大批量一次性模板安装，并同时进行混凝土浇筑；一次性模板，纸模在拆模中需要实施破坏性切割，拆除后的纸模可以当废纸回收利用。但是纸管模板也存在一些难以解决的问题：（1）与波纹管一样，目前的工程实例方面也并未发现2～3 m直径的纸管模板使用；（2）纸模在安装过程中忌讳尖锐、凸出物对内壁层划伤，否则会影响混凝土柱成型效果；（3）纸模在平躺状态承压能力差，因此，在运输和搬运过程中需要加以适当保护，否则会影响纸模圆曲率；（4）纸模在需要管体切割时，其截断需要采用胶带等进行防水处理，否则遇水会引起模板变形，这一点在本项目上很难避免。

3 不同模板型式针对本项目的适应性分析

根据前节对这些模板型式的分析，基于本项目的具体情况，不同模板型式的适应性情况分析列于表1中。

根据综合分析，定型凹凸槽木模板和玻璃钢模板对于本项目具备较好的适应性，可作为河网区域特高压输电线路大型承台高立柱工程施工的模板型式备选。

表1 五种模板型式在本项目中的适应性Table 1.Adaptabilities of five formwork types in this project

4 结论

通过分析河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱的施工特点，比较定制钢模板、木模板等五种模板型式的施工特点和工艺，选择定型凹凸槽木模板和玻璃钢模板作为河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱施工的模板型式，该结论可供河网区域特高压输电线路建设单位参考。但是对于这两种模板型式在河网区域特高压输电线路大型承台圆形高立柱施工具体实施时的施工工艺，还有待进一步的细化。

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