貝雷架在水電站大跨度板梁施工中的應(yīng)用

(1.貴州北盤江電力股份有限公司，貴州 貴陽 550002；2.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550002)

1 工程概述

馬馬崖一級(jí)水電站位于北盤江中下游，地處貴州省關(guān)嶺縣花江大橋上游20.20km的峽谷中。為北盤江干流(茅口以下)梯級(jí)開發(fā)的第二個(gè)電站，其上游為光照水電站，下游為董箐水電站。電站裝機(jī)容量558MW，共安裝3臺(tái)單機(jī)容量為180MW的水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)18MW的生態(tài)小機(jī)組。馬馬崖一級(jí)水電站是一座以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)功能的大(2)型工程。

進(jìn)水口、尾水出口均布置在大壩左岸，進(jìn)水口EL592平臺(tái)與尾水出口EL540.5尾水平臺(tái)均由3孔現(xiàn)澆板梁和2孔預(yù)制板梁組成，進(jìn)水口EL592平臺(tái)預(yù)制板梁底部為進(jìn)水口EL565.5預(yù)留巖埂，預(yù)制板梁懸空高度28.5m，尾水出口EL540.5平臺(tái)預(yù)制板梁底部為尾水出口EL500.5預(yù)留巖埂，預(yù)制板梁懸空高度40m。

2 工程重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

2.1 預(yù)制板梁施工難度大

進(jìn)水口、尾水出口預(yù)制板梁截面較大，主梁(T形)最大截面為1.51m×1.20m，最大凈跨達(dá)10.50m，板梁自重大，預(yù)制板梁底部懸空高度達(dá)40m，屬于特級(jí)高空作業(yè)，質(zhì)量、安全隱患突出。

2.2 施工限制因素多

進(jìn)水口、尾水出口由于金結(jié)安裝單位正在進(jìn)行閘門吊裝焊接，進(jìn)水口平臺(tái)及尾水出口平臺(tái)已堆放了各種大型金屬構(gòu)件，造成施工場(chǎng)地狹窄，“T”形梁預(yù)制沒有足夠的施工場(chǎng)地，同時(shí)預(yù)制板梁自重較大，跨度較長(zhǎng)，大型吊車現(xiàn)場(chǎng)吊運(yùn)安裝作業(yè)困難。

3 施工方案選擇

根據(jù)以上工程特點(diǎn)分析，由于預(yù)制板梁施工受到場(chǎng)地環(huán)境因素影響，沒有足夠的場(chǎng)地進(jìn)行板梁構(gòu)件預(yù)制及吊裝，為此必須對(duì)進(jìn)水口及尾水出口預(yù)制板梁施工方案進(jìn)行優(yōu)化，將板梁構(gòu)件預(yù)制調(diào)整為板梁整體現(xiàn)澆。

3.1 搭設(shè)滿堂腳手架

由于預(yù)制板梁底部懸空高度較高，在板梁底部搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行施工工程量大，在板梁結(jié)構(gòu)施工完成后腳手架拆除工程量大，難度高，且等待齡期較長(zhǎng)(28天)。

3.2 預(yù)埋工字鋼

在板梁底部埋設(shè)工字鋼作為支撐體系進(jìn)行施工，工字鋼預(yù)埋時(shí)需用吊車吊裝就位，再采用人工焊接，工字鋼兩端支座需埋入混凝土內(nèi)，同時(shí)由于工字鋼在板梁底部，板梁混凝土澆筑施工完成后拆除時(shí)工字鋼自重大，底部懸空高，梁板澆筑完成后已形成整體，工字鋼在拆除時(shí)必須割成小塊逐一轉(zhuǎn)運(yùn)，工字鋼無法回收，費(fèi)用較大，拆除難度高，安全隱患突出。

3.3 安裝貝雷架

在板梁上方安裝貝雷架，作為板梁支撐系統(tǒng)，單跨貝雷架只需一次組裝完成，逐跨采用吊車吊裝就位，在第2孔板梁施工時(shí)可直接推送就位，同時(shí)貝雷架在板梁結(jié)構(gòu)上部，安裝拆除方便，板梁底部只需拆除底模及操作平臺(tái)，拆除工程量小，施工難度及施工風(fēng)險(xiǎn)均較前兩種方案有所減少，并且貝雷架不會(huì)埋入混凝土內(nèi)，材料可重復(fù)利用，節(jié)約工程投資。

綜上所述，采用第三種安裝貝雷架方案作為支撐系統(tǒng)進(jìn)行板梁施工風(fēng)險(xiǎn)、投資最小。

4 貝雷架選擇及驗(yàn)算

根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖計(jì)算分析，進(jìn)水口預(yù)制梁跨度及截面均較尾水出口板梁大，在計(jì)算時(shí)，取進(jìn)水口板梁作為計(jì)算對(duì)象，單孔板梁重量如下：

La1梁(共2根)V1=0.63m2×11.9m×2=14.994m3。

La2梁(共7根)V2=0.684m2×11.9m×7=56.98m3。

橫隔板(共3道)V3=6.9m2×0.2m×3=4.14m3。

板面V4=1.55m2×11.9m=18.45m3。

樓板總重V=14.994+56.98+4.14+18.45=94.56m3×3t/m3(鋼筋混凝土密度)=283.68t

閘墩孔跨度為11.90m(實(shí)際凈跨10.50m)，考慮5榀貝雷架承重，因此均布荷載為:

荷載Q=283.68T×10kN/T÷(5×11.5m)=49.34kN/m。

考慮荷載安全系數(shù)1.7，即最大彎距和剪力如下:

彎矩Mmax=1.7×ql2÷8=1.7×49.34×11.5^2÷8=1386.61kN·M

剪力Qmax=1.7×ql÷2=1.7×49.34×11.5÷2=482.30kN

經(jīng)查閱《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》中桁架結(jié)構(gòu)容許內(nèi)力表(見表1)可知，不加強(qiáng)橋梁雙排單層最大彎矩為1576.4kN·M，最大剪力為490.5kN。

故：

彎矩Mmax=1386.61kN·M<1576.4kN·M

剪力Qmax=482.30kN<490.5kN

因此，采用5榀貝雷架結(jié)構(gòu)滿足要求。

表1 桁架結(jié)構(gòu)容許內(nèi)力

貝雷架單個(gè)桁架單元長(zhǎng)度3m，預(yù)制梁跨度為11.50m，實(shí)際凈跨10.50m，加上鋼梁兩端頭搭接長(zhǎng)度(按至少1.50m考慮)，每榀貝雷架長(zhǎng)度L=11.50m+1.50m+1.50m=14.50m，單層需要貝雷片5片×3m=15m>14.50m。

所以單孔板梁貝雷架需要的材料：桁架單元5片×2排×5榀=50片，銷子8個(gè)×2排×5榀=80個(gè)，連接片6個(gè)×5榀=30個(gè)。

桁架單元荷載驗(yàn)算

根據(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)》，單個(gè)桁架單元承受的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為75kN，經(jīng)校核，單孔板梁每片桁架受力為：

283.68T×1.7(安全系數(shù))×10kN/T÷50(片)=96.45kN>75kN(標(biāo)準(zhǔn)值)

因此單個(gè)桁架單元不能滿足受力要求，必須在單個(gè)桁架單元上、下設(shè)置加強(qiáng)弦桿，設(shè)置加強(qiáng)弦桿后可成倍提高標(biāo)準(zhǔn)荷載值，即設(shè)置加強(qiáng)弦桿后單個(gè)桁架單元承受荷載標(biāo)準(zhǔn)值為150kN，單孔板梁每片桁架受力96.45kN<150kN，滿足要求。

經(jīng)以上計(jì)算，在貝雷架單個(gè)桁架單元上下設(shè)置加強(qiáng)弦桿，單孔板梁共增加50片×2=100根。綜上所述，貝雷架所需主要材料見表2。

表2 單孔板梁貝雷架主要材料用量

貝雷架布置時(shí)，平均分布于進(jìn)水口、尾水出口預(yù)制板梁位置。為便于貝雷架拆除安裝以及防止貝雷架將已澆筑的板面混凝土破壞，在貝雷架底部墊設(shè)枕木，并在枕木兩側(cè)設(shè)置工字鋼。在貝雷架上方設(shè)置φ48鋼管架網(wǎng)，間排距0.60m×0.60m，采用φ16圓鋼作為拉筋對(duì)板梁模板進(jìn)行反拉加固。

φ16拉筋單根受力為42.20kN；拉筋間排距為0.60m，即受力面積為0.36m2，木模板自重取0.50kN/m2，施工人員荷載取2kN/m2，混凝土下料時(shí)產(chǎn)生的水平荷載取2kN/m2。

作用在φ16拉筋的力N=P總×1×1=(283.65×1.7(安全系數(shù))×10÷(13.53×11.9)+(0.50+2+2))×0.60×0.60=12.4kN<42.20kN，滿足要求。

同時(shí)，采用φ48鋼管在梁底部搭設(shè)操作平臺(tái)，操作平臺(tái)鋼管間距1m×1m，平臺(tái)上滿鋪竹跳板。

5 貝雷架安裝及梁底部操作平臺(tái)搭設(shè)

貝雷架采用人工在進(jìn)水口、尾水出口已澆筑的閘墩現(xiàn)澆板梁平臺(tái)進(jìn)行拼裝，將桁架單元按照施工方案中貝雷架安裝圖有序排放，并采用連接銷子連接，拼裝好的貝雷架采用8t汽車吊吊運(yùn)，人工配合安裝。

貝雷架安裝好后對(duì)貝雷架進(jìn)行加固，在貝雷架兩端各設(shè)置插筋將其固定，并在貝雷架頂部搭設(shè)鋼管架網(wǎng)，間距1m×1m。上部鋼管架網(wǎng)搭設(shè)完成后進(jìn)行梁底部操作平臺(tái)鋼管架網(wǎng)安裝，上下兩層鋼管架網(wǎng)間采用φ16吊筋連接，吊筋間距同鋼管架網(wǎng)間距，吊筋上下均制作成“6”形，并將彎鉤回彎焊接牢固。操作平臺(tái)下部鋼管網(wǎng)采用φ48鋼管沿吊筋彎鉤內(nèi)逐一穿過，最后形成鋼管架網(wǎng)。為便于人員施工，在鋼管架網(wǎng)上滿鋪竹跳板形成操作平臺(tái)，并在操作平臺(tái)四周設(shè)置安全護(hù)欄，保證作業(yè)人員安全。貝雷架布置見下頁圖。

貝雷架布置圖

6 板梁模板安裝及鋼筋制安

預(yù)制板梁模板采用木模板進(jìn)行安裝，首先進(jìn)行拉筋和鋼管圍楞施工，底模、邊模上部采用“鎖口、拉、襯”等方式加固，模板縫隙采用封口膠帶作嵌縫處理，防止漏漿。在模板安裝時(shí)，為便于后期模板及操作平臺(tái)拆除，在板上部預(yù)留1.50m×1.50m進(jìn)人孔，待后期材料拆除完畢后單獨(dú)澆筑二期混凝土將其封閉。

板梁鋼筋嚴(yán)格按照?qǐng)D紙進(jìn)行下料制作，采用人工轉(zhuǎn)運(yùn)至作業(yè)面進(jìn)行綁扎，首先進(jìn)行梁的鋼筋安裝，最后進(jìn)行板面的鋼筋安裝。

7 混凝土澆筑

由于施工場(chǎng)地狹窄，若采用普通混凝土泵進(jìn)行澆筑，則混凝土泵泵送距離較長(zhǎng)，不利于混凝土澆筑。為便于混凝土澆筑入倉，保證澆筑質(zhì)量，在板梁混凝土澆筑過程中采用混凝土汽車泵進(jìn)行澆筑。同時(shí)，由于預(yù)制梁自重較大，為保證安全，在進(jìn)水口、尾水出口梁澆筑過程中采取分區(qū)域、分段間隔下料，將每組貝雷架部位作為一個(gè)分區(qū)，間隔下料，各區(qū)域先澆筑“T”形梁下部梁腹一半高度，然后，再進(jìn)行剩余部分梁及板面混凝土澆筑。

8 貝雷片拆除

在板梁混凝土澆筑完成并達(dá)到齡期后，對(duì)板梁模板及貝雷架進(jìn)行拆除，板梁底部模板及加固鋼管等采用人工將模板、鋼管等切割成塊分批次從板面預(yù)留的孔洞中轉(zhuǎn)運(yùn)至地面。先進(jìn)行板梁模板拆除，然后進(jìn)行底部操作平臺(tái)拆除，最后進(jìn)行地面貝雷架的拆除。拆除時(shí)，安全員、技術(shù)質(zhì)量人員均要在現(xiàn)場(chǎng)全程指揮操作，確保拆除過程安全、有序進(jìn)行。

9 結(jié) 語

工程在進(jìn)水口、尾水出口預(yù)制板梁施工過程中，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在無足夠空間進(jìn)行預(yù)制、無大型吊裝設(shè)備吊裝及外部條件有限情況下，將預(yù)制梁?jiǎn)胃A(yù)制、逐一吊裝調(diào)整為貝雷架支撐、拉筋反拉、整體現(xiàn)澆的模式。在澆筑過程中采取分區(qū)域、分段間隔下料的方式，保證了板梁澆筑質(zhì)量及施工安全，加快了施工進(jìn)度，節(jié)約了大型起重吊裝設(shè)備的租賃投入，節(jié)約了施工成本。