蘇丹麥洛維大壩工程廠房進(jìn)水口壩頂挑懸支撐分析

安偉偉

(華能新疆能源開發(fā)有限公司托什干河水電分公司，新疆阿克蘇843500)

1 概述

蘇丹麥洛維大壩廠房進(jìn)水口壩段沿壩軸線長301 m。

挑懸斜面與水平面夾角成27.76°，挑懸結(jié)構(gòu)從EL.294.395～EL.303.00 m，總高8.605 m。

壩頂混凝土總量為52 000 m3，分為5個(gè)壩段，塊1～塊4的長度均為58 m，塊5的長度為69 m。廠房進(jìn)水口支撐立面圖見圖1。

2 施工程序和分層分塊

施工程序和分層分塊的主要內(nèi)容有2個(gè)部分:進(jìn)水口壩頂上游挑懸平臺和進(jìn)水口下游壩頂公路懸臂。

2.1 進(jìn)水口壩頂上游挑懸平臺

根據(jù)進(jìn)水口混凝土澆筑方案，進(jìn)水口一期混凝土施工進(jìn)行至高程281.00 m后，回填高程269.00～281.00m的壓力鋼管二期混凝土，最后由高程281.00 m逐層進(jìn)行混凝土施工至壩頂。

依據(jù)下部結(jié)構(gòu)和挑懸長度不同，進(jìn)水口每塊可分為5個(gè)部分，從右至左分別為:

1)進(jìn)水口相鄰壩塊的連接挑懸部分。

2)壓力鋼管進(jìn)口上部挑懸部分。

3)壓力鋼管進(jìn)口上游鼻墩上部挑懸部分。

4)低位泄水孔進(jìn)口上部挑懸部分。

5)低位泄水孔軌道側(cè)墻上部挑懸部分。

廠房進(jìn)水口支撐立面圖見圖1。

圖1 廠房進(jìn)水口支撐立面圖

大體積混凝土先澆筑到EL.293.00 m，整個(gè)壩頂及挑懸結(jié)構(gòu)分五層澆筑到頂。水平施工縫分別設(shè)于EL.296.00m，EL.298.30 m，EL.300.00 m 和EL.301.50 m。

分層高度分別為3.0 m，2.3 m，1.7 m，1.5 m和1.5 m。

2.2 進(jìn)水口下游壩頂公路懸臂

整個(gè)壩頂公路懸臂貫穿整個(gè)進(jìn)水口壩段，并沿壩軸線按不同塊分別進(jìn)行澆筑［1］。當(dāng)進(jìn)水口各塊澆筑到EL.293.00 m時(shí)，開始進(jìn)行相應(yīng)壩塊壩頂公路懸臂的施工。

壩頂公路懸臂分5層澆筑到頂，水平臨時(shí)施工縫分 別 設(shè) 于 EL.296.00 m，298.30 m，300.00 m和301.50 m。

分層高度分別為3.0 m，2.3 m，1.7 m，1.5 m和1.5 m。

3 主要施工方法及程序

主要施工方法及程序主要包括:進(jìn)水口壩頂上游挑懸平臺和進(jìn)水口下游壩頂公路懸臂。

3.1 進(jìn)水口壩頂上游挑懸平臺

進(jìn)水口壩頂上游挑懸平臺的內(nèi)容包括:進(jìn)水口相鄰壩塊的連接挑懸部分施工、壓力鋼管進(jìn)口上游鼻墩上部挑懸部分施工、壓力鋼管進(jìn)口上部挑懸部分施工、低位泄水孔軌道側(cè)墻上部挑懸部分施工和低位泄水孔進(jìn)口上部挑懸部分施工。

3.1.1 進(jìn)水口相鄰壩塊的連接挑懸部分施工

進(jìn)水口相鄰壩塊的連接挑懸部分施工見表1。

表1 進(jìn)水口相鄰壩塊的連接挑懸部分施工程序

3.1.2 壓力鋼管進(jìn)口上游鼻墩上部挑懸部分施工

壓力鋼管進(jìn)口上游鼻墩上部挑懸部分施工程序見表2。

3.1.3 壓力鋼管進(jìn)口上部挑懸部分施工

壓力鋼管進(jìn)口上部挑懸部分施工程序見表3。

3.1.4 低位泄水孔軌道側(cè)墻上部挑懸部分施工

低位泄水孔軌道側(cè)墻上部挑懸部分施工程序見表4。

3.1.5 低位泄水孔進(jìn)口上部挑懸部分施工

低位泄水孔進(jìn)口上部挑懸部分施工程序見表5。

3.2 進(jìn)水口下游壩頂公路懸臂

進(jìn)水口下游壩頂公路懸臂內(nèi)容包括:預(yù)埋件、立模和拆模。

表2 壓力鋼管進(jìn)口上游鼻墩上部挑懸部分施工程序

表3 壓力鋼管進(jìn)口上部挑懸部分施工程序

表4 低位泄水孔軌道側(cè)墻上部挑懸部分施工程序

表5 低位泄水孔進(jìn)口上部挑懸部分施工程序

3.2.1 預(yù)埋件

當(dāng)進(jìn)水口澆筑到EL.290.00～EL.293.00時(shí)，在EL.292.55 m高程處的下游側(cè)，預(yù)埋多卡模板的爬錐，間距1.5 m。分 別 在 EL.295.50m，EL.297.80 m，EL.299.50m和EL.301.00 m高程處沿壩軸線方向預(yù)埋間距1.5 m的I20的工字鋼梁，和沿壩軸線方向預(yù)埋間距1.5 m的鋼筋格構(gòu)柱，為懸臂施工時(shí)，支撐及斜拉固定模板，以及搭建臨時(shí)施工平臺做準(zhǔn)備。

3.2.2 立模

懸臂底部模板利用焊接在預(yù)埋鋼筋格構(gòu)柱上的Ф20的鋼筋作為拉桿內(nèi)拉，并從I20的工字鋼上用Ф48鋼管搭架子進(jìn)行支撐。

進(jìn)水口各塊側(cè)模利用在相鄰壩塊平臺上，通過架管排架側(cè)向頂撐普通鋼模。

3.2.3 拆模

拆模遵循從上至下，從上游到下游的原則逐層進(jìn)行。

從壩頂開始，待壩頂層混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，拆除EL.301.50 m～EL.303.00 m層圍楞支撐和普通鋼模板，此后將該層預(yù)埋挑懸梁切斷后，利用壩頂汽車吊將其吊運(yùn)至壩頂，然后對該層的混凝土表面進(jìn)行缺陷修補(bǔ)，并按同樣方法，依次逐層將模板和支撐系統(tǒng)拆卸完畢。

4 廠房進(jìn)水口懸臂支撐強(qiáng)度驗(yàn)算書

主梁采用焊接工字鋼，最大跨度為10.50 m，下部布置軋制工字鋼斜撐(I25a)和Ⅰ4槽鋼，各鋼支撐之間用100×6的角鋼和Ф28鋼筋焊接加固連成整體，由于主梁跨度大，必須對其進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算［2］。驗(yàn)算內(nèi)容包括:

1)主梁強(qiáng)度驗(yàn)算。

2)斜撐受壓穩(wěn)定驗(yàn)算。

4.1 主梁強(qiáng)度驗(yàn)算(STEEL BRACKET I)

4.1.1 主梁受力分析

主梁受力分析主要內(nèi)容有:混凝土自重設(shè)計(jì)值g1(安全系數(shù)取1.2)、施工活荷載設(shè)計(jì)值q(安全系數(shù)取1.4)、施工振搗荷載設(shè)計(jì)值 x(安全系數(shù)取1.4)、鋼梁自重設(shè)計(jì)值y(安全系數(shù)1.2)和主梁受力分析。

主梁采用焊接工字鋼，其幾何特性見圖2。

圖2 焊接工字鋼橫截面圖

主梁剖面及荷載圖見圖3。

圖3 主梁剖面及荷載圖

4.1.1.1 混凝土自重設(shè)計(jì)值g1(安全系數(shù)取1.2)

STEEL BRACKET II型鋼支撐自重設(shè)計(jì)值g2

g2=1.17 kN/m

4.1.1.2 施工活荷載設(shè)計(jì)值q(安全系數(shù)取1.4)

取施工活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為k1=1kN/m2，則:

4.1.1.3 施工振搗荷載設(shè)計(jì)值x(安全系數(shù)取1.4)

取施工振搗荷載標(biāo)準(zhǔn)值為k2=kN/m2，則:

4.1.1.4 鋼梁自重設(shè)計(jì)值y(安全系數(shù)1.2)

4.1.1.5 主梁受力分析

主梁受力分析見圖4。

圖4 主梁受力分析圖

4.1.2 主梁內(nèi)力圖

主梁內(nèi)力圖見圖5。

圖5 主梁內(nèi)力圖

4.1.3 內(nèi)力計(jì)算

考慮對主梁受力最不利狀況，將主梁視為一端簡支另一端固定梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，查一端簡支另一端固定梁在分布荷載作用下各控制點(diǎn)的內(nèi)力系數(shù)，計(jì)算各控制點(diǎn)內(nèi)力如下:

各支座反力:

各控制點(diǎn)處剪力:

彎矩計(jì)算:

故最大彎矩取366.48kN/m

4.1.4 強(qiáng)度驗(yàn)算

4.1.4.1 彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算

滿足要求。

4.1.4.2 剪應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算

滿足要求。

4.1.4.3 折算應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算

滿足要求。

4.1.4.4 不需對主梁整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算的情況

因主梁預(yù)埋在混凝土中，且有效長度達(dá)1 m，且各主梁與支撐均用斜綴條(Φ28的螺紋高強(qiáng)鋼筋)焊接兩兩組合，故不需對主梁整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

4.2 斜撐受壓穩(wěn)定驗(yàn)算

斜撐采用軋制工字鋼I25a，為方便拼裝，將斜撐工字鋼看作兩端鉸接，且無側(cè)向支撐的軸心受壓桿件進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算。

其軸心壓力N=F=413.158 kN。

4.2.1 斜撐參數(shù)

幾何特性見圖6。

圖6 I25a橫截面圖

4.2.2 驗(yàn)算彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性

查得φx=0.910。

滿足要求。

4.2.3 驗(yàn)算彎矩作用平面外的穩(wěn)定性

故在Y軸線上增加 Φ鋼筋綴條，其間距為0.633 m，取其計(jì)算長度為63.3 cm。

即 λy=loy/iy=26.34＜［150］

按a類截面，查得φy=0.970。

滿足要求。

4.2.4 強(qiáng)度驗(yàn)算

滿足要求。

注:以上構(gòu)件所用鋼材均采用Q235，其力學(xué)性能如下:

抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:f=215N/mm2

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:fv=125N/mm2

圖7 懸臂支撐強(qiáng)度驗(yàn)算圖

5 結(jié)論

麥洛維大壩廠房進(jìn)水口壩頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在挑懸較緩、較長，施工高空水上作業(yè)，蘇丹本國材料緊缺等不利因素。

采用焊接工字鋼、工字鋼、槽鋼等組合方式的挑懸結(jié)構(gòu)支撐設(shè)計(jì)，是適于廠房進(jìn)水口挑懸結(jié)構(gòu)支撐最安全、實(shí)用、安裝方便的支撐方式。

另外，在今后的挑懸設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮斜撐強(qiáng)度設(shè)計(jì)，盡量減小主梁和斜撐的跨度，綴條設(shè)計(jì)更是不容忽視的問題，并對鋼梁的整體問題性要有系統(tǒng)性的分析，使鋼梁受力強(qiáng)度達(dá)到理想要求。

［1］胡清玲，韓鋒.麒麟觀拱壩溢洪道懸挑部位預(yù)制模板的設(shè)計(jì)與施工［J］.湖北水力發(fā)電，2009(01):50-52.

［2］黃澤棟.大型型鋼混凝土懸挑墻梁臨時(shí)支撐體系設(shè)計(jì)與施工［J］. 建筑技術(shù)，2008，39(07):510-512.