貝雷梁造槽法在昌江干渠渡槽施工中的應用

郭勤軍，馬勝利，郭明泰

（1.南水北調(diào)中線局河南直管建管部，河南 鄭州 450000；2.河南黃河工程公司，河南 鄭州 450000）

昌江干渠系統(tǒng)位于海南昌江黎族自治縣，是大廣壩灌區(qū)的重要組成部分，承擔昌江縣七個鄉(xiāng)鎮(zhèn)1.1萬ha土地的灌溉及叉河鎮(zhèn)、棋子灣開發(fā)區(qū)等的供水任務。1～2號渡槽總長1 701 m，槽墩高達35 m，每榀槽身重180 t，位于丘陵區(qū)的溝谷中，橫跨昌化江。因現(xiàn)場坡陡谷深、作業(yè)面窄、地質(zhì)較差，渡槽跨度較大，若采用滿堂支架，不僅準備工作量大、耗費材料數(shù)量多，且為地質(zhì)條件及安全高度所不允；若采用架橋機，不僅購置、運輸及架設都極不經(jīng)濟，且受其空間制約。結(jié)合工程現(xiàn)場特點，經(jīng)反復對比、論證、計算，提出了貝雷梁拼裝現(xiàn)澆支架造槽技術。

1 貝雷梁造槽法的技術原理

貝雷梁造槽法是按照簡支梁原理，用組裝好的貝雷梁這一桁架結(jié)構(gòu)作為槽身模板的支撐體系，先在貝雷梁上起預備拱，再拼裝大型定型鋼模、綁扎鋼筋并完成混凝土現(xiàn)澆施工的技術。其研究路線為：提出方案，對比、分析；進行試驗，尋找施工參數(shù)；建立ANSYS有限元分析模塊，進行數(shù)值模擬分析；對試驗和有限元法進行對比；確定可行方案，明確結(jié)論。

2 貝雷梁試驗

2.1 貝雷梁應力變形試驗

向拼裝好的貝雷梁均勻加載砂袋，按基本荷載（試驗時為三道梁，施工中是九道梁，因施工總荷載為240 t，所以基本荷載為80 t）的50%、100%、130%分別持荷并觀察，查看貝雷梁撓度變化，對試驗結(jié)果進行分析，以尋找貝雷梁跨中起拱參數(shù)?，F(xiàn)場試驗情況及測量記錄見圖1和表1。

圖1 貝雷梁應力變形試驗示意圖Fig.1 Deformation test of the bailey beam

分析及結(jié)論：試驗觀測記錄表明，持續(xù)加載過程中，貝雷梁跨中撓度在持續(xù)變大，50%荷載即40 t時，撓度為24 mm；100%荷載即80 t時，撓度為49 mm；130%荷載即104 t時，撓度達63 mm。試驗結(jié)果顯示貝雷梁應力與變形之間基本呈線性關系，基本荷載遠低于極限荷載，彈性變形處于可控范圍，貝雷梁跨中起拱50 mm架設槽身模板，即可彌補應力變形帶來的影響。

表1 貝雷梁應力變形試驗現(xiàn)場測量記錄Table 1:Records of the stress-deformation test for the bailey beam

2.2 實體墩貝雷梁造槽法倉內(nèi)注水試驗

通過向槽身注水，作為相對均布荷載，當注水80 t和200 t（這時總荷載分別為120 t和240 t）時分別穩(wěn)定12 h以上，觀測兩次載荷條件下貝雷梁撓度變化、兩端墩帽橫向軸線位置、用觀測到的結(jié)果驗證起拱度是否滿足施工需要。注水試驗示意圖及觀測記錄見圖2及表2。

圖2 倉內(nèi)注水試驗示意圖Fig.2 Sketch drawing of the water filling test

分析及結(jié)論：通過觀測，隨荷載增加貝雷梁撓度在變大；總荷載達120 t時，撓度為25 mm，總荷載達240 t時，撓度為51 mm。觀測結(jié)果表明槽身在加載及持荷過程中，墩帽軸線坐標沒有變化，槽身荷載相對兩個重力墩不構(gòu)成影響?？紤]到注水持荷周期較長，操作人員活動、澆筑時的震動及風荷載等因素，本跨槽身預設60 mm的起拱值。

3 貝雷梁數(shù)值模擬

借助ANSYS有限元軟件對貝雷梁進行數(shù)值模擬分析。其實施步驟為：根據(jù)貝雷梁的桿件斷面特性，用ANSYS命令流按梁單元和桿單元分別模擬桁架桿件屬性，以先生成節(jié)點后生成單元的方式建立工程實體幾何模型；按簡支梁條件模擬貝雷梁支架的約束及荷載，分析計算邊界條件下的應力與變形；最后對計算結(jié)果進行處理，輸出圖表或曲線。桁架單元及總結(jié)構(gòu)位移圖見圖3和圖4。

分析及結(jié)論：通過數(shù)值模擬，貝雷梁結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在跨中，其撓度值為0.097 57 m；結(jié)構(gòu)在靜力作用下一般要滿足δ/L≤1/900，本次結(jié)構(gòu)計算值（0.09757/24）＞1/900，說明結(jié)構(gòu)在這樣的均布荷載下不能滿足剛度要求，在貝雷梁上應起預備拱以平衡其撓度變化。

由于過流條件下槽身荷載大于施工荷載，而貝雷梁的方木支撐面大于槽端腳支撐面，設計單位對結(jié)構(gòu)已進行過抗裂驗算，因此，施工荷載對墩帽產(chǎn)生的劈裂效應問題，這里不再贅述。

表2 倉內(nèi)注水試驗現(xiàn)場測量記錄Table 2:Records of the water filling test

4 貝雷梁造槽法的施工實踐

4.1 貝雷梁的安裝

人工配合起重機地面拼裝貝雷梁，七個完整的貝雷片和兩端各半片拼成一道貝雷梁，每兩道梁為一組，梁間用縱梁和螺栓進行連接加固。貝雷梁起吊作業(yè)宜從墩帽一側(cè)向另一側(cè)逐漸跟進。在墩帽頂放置方木，先將沙筒置于方木上（沙筒中對中0.45 m），將拼裝好的貝雷梁吊置于槽墩頂沙筒上。依次將第三、四道貝雷梁與已吊裝的第一、二道貝雷梁進行拼裝加固，直到最后一道貝雷梁單獨起吊安裝完畢。在貝雷梁上均勻放置橫梁、槽鋼和方木，用方木與龍骨從跨中起拱向兩側(cè)逐漸減少（跨中預拱度約為63 mm，數(shù)值根據(jù)試驗結(jié)果適當調(diào)整），在貝雷梁周邊搭設圍擋、施工平臺和防護網(wǎng)，然后在貝雷梁上立模、綁筋并進行混凝土澆筑。

圖3 桁架單元輪廓圖Fig.3 Truss units

圖4 總結(jié)構(gòu)位移圖Fig.4 Displacement of the structure

4.2 貝雷梁的拆卸

槽身澆筑完2 d左右，即可拆除槽身內(nèi)膜，注意加強混凝土養(yǎng)護。因海南氣溫較高、混凝土配制時又摻有早強劑，一般養(yǎng)護10 d混凝土強度能達到85%，即可拆除承重的外部模板。在拆除外模前，應先把沙筒里的沙放掉，使貝雷梁稍下移，接著拆除其上的橫梁、槽鋼、墊木等，以便有足夠空間拆除外部模板和貝雷梁。貝雷梁的拆除用吊車、槽拉桿、電動葫蘆配合人工完成。

從大廣壩灌區(qū)昌江干渠1～2號渡槽槽身貝雷梁拆卸過程來看，最初兩跨槽身的貝雷梁拆卸比較緩慢，第一跨貝雷梁支架系統(tǒng)從開始拆卸至全部拆卸完畢，費時兩天，第二跨槽身的貝雷梁拆卸共耗時一天半。隨著工程的進展、拆卸作業(yè)的熟練，資源消耗量也明顯降低，正常情況下，8名作業(yè)人員，1臺起重機，用時5 h，基本能把一跨槽身的整個貝雷梁支架拆卸完畢。

該渡槽驗收時被評為優(yōu)良分部，目前投入運行情況良好，成為昌江干渠上一大亮點。

5 結(jié)論與建議

根據(jù)貝雷梁應力變形試驗及數(shù)值模擬，結(jié)合已成功澆筑的大廣壩昌江渡槽槽身施工實踐，在槽墩較高、跨度較大、地質(zhì)較差、地形復雜的地方采用貝雷梁造槽法進行槽身澆筑不僅是經(jīng)濟的，也是有效的。在貝雷梁彈性形變范圍內(nèi)，貝雷梁上荷載量和撓度變化呈線性關系。只要計算出貝雷梁上的總荷載，根據(jù)試驗確定的參數(shù)，調(diào)整好貝雷梁上的預備拱，制作的槽身就會滿足設計需要。

貝雷梁造槽法比起以往傳統(tǒng)做法，環(huán)境適應性強，節(jié)省了人工，降低了勞動強度，提高了效率，縮短了工期，節(jié)約了成本。它采用液壓、電控、機械等技術手段，代表著渡槽建造技術的發(fā)展方向。

[1]秦梅,馬云昌.貝雷片支架的變形計算[J].合肥工業(yè)大學學報,1999,22(5):126-129.

[2]郝文化.ANSYS土木工程應用實例[M].北京:中國水利水電出版社,2005.

[3]董迎賓,林建東.樟洋渡槽槽身模板選型設計及現(xiàn)澆施工技術[J].河海大學常州分校學報，2003.