貝雷架在水電站廠房工程中的應(yīng)用

秦民生

摘 要：貝雷架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快速、承載能力大等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有通用性、標(biāo)準(zhǔn)性。其經(jīng)調(diào)整組合后可承受較大的荷載，用于多種工況，適用于國(guó)防戰(zhàn)備、水利市政、公路交通、民用建筑等領(lǐng)域。本文以三河口水利樞紐工程為例，通過對(duì)廠房大跨度現(xiàn)澆屋面施工方案進(jìn)行比選分析，提出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，以期為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：貝雷架;支撐系統(tǒng);廠房;混凝土

Abstract： Bailey frame has the advantages of simple structure， convenient transportation， rapid erection and large bearing capacity， and it is universal and standard. After adjustment and combination， it can bear large load， and can be used in many working conditions， such as national defense and war preparation， water conservancy and municipal administration， highway transportation， civil construction and other fields. Taking Sanhekou water conservancy project as an example， through the comparison and analysis of the large-span cast-in-place roof construction scheme of the power house， this paper put forward a feasible and economic construction scheme， in order to provide reference for similar projects.

Keywords： Bailey frame;support system;workshop;concrete

水電站廠房是水電站中安裝水輪機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備的建筑物。其既是水工建筑物、機(jī)械和電氣設(shè)備的綜合體，又是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所。主廠房上部結(jié)構(gòu)與工業(yè)廠房相似，基本都是板、梁、柱結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。現(xiàn)階段，水電站主廠房屋面以輕型鋼架或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為主流設(shè)計(jì)，這類屋面具有美觀大氣、施工便捷、成本低等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。但在一些有仿古裝飾或其他特定要求的情況下，廠房屋面仍采用常規(guī)現(xiàn)澆方式。

1 工程概況

三河口水利樞紐為引漢濟(jì)渭工程的兩個(gè)水源之一，工程樞紐位于子午河佛坪縣境內(nèi)子午河峽谷下游段，樞紐主要由大壩、壩身泄洪放空系統(tǒng)、壩后引水系統(tǒng)、抽水發(fā)電廠房和連接洞等組成。水庫(kù)總庫(kù)容為7.1億m3，電站廠房安裝2臺(tái)可逆式機(jī)組，2臺(tái)常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組。

三河口水利樞紐廠房建筑面積為7 681.16 m2，其中地下部分為3 955.16 m2，地上部分為3 726 m2，其中主廠房建筑層數(shù)一層，廠房結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，耐火等級(jí)為一級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為100年，抗震設(shè)防烈度為6度。主廠房屋面共分三段，即安裝間段、常規(guī)機(jī)組段和雙向機(jī)組段，首層地面相對(duì)高程為±0.000 m，絕對(duì)標(biāo)高為545.87 m，主廠房屋面頂標(biāo)高為17.1 m，樓板厚12 cm，主梁斷面尺寸為40 cm×160 cm、40 cm×100 cm，次梁為20 cm×45 cm、25 cm×50 cm、40 cm×60 cm。

2 施工環(huán)境分析

大跨度現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，一般呈現(xiàn)出高度大、荷載大、安全風(fēng)險(xiǎn)高等明顯特點(diǎn)。本工程屋面結(jié)構(gòu)施工兼具以上特點(diǎn)，且有其特殊性。

主廠房屋面主梁跨度為18 m，樓板次梁底部距離橋機(jī)頂部?jī)H有2.2 m，而且還要預(yù)留30 cm以保證橋機(jī)的正常安全運(yùn)行，剩余可利用空間不足2 m。除此以外，現(xiàn)澆混凝土所有的荷載（支撐系統(tǒng)荷載、結(jié)構(gòu)自重、施工荷載等）傳遞部位，必須要滿足強(qiáng)度和剛度要求，而主廠房吊車柱間連系梁設(shè)計(jì)工況無(wú)法滿足荷載要求?？傮w來說，本工程現(xiàn)澆屋面施工環(huán)境非?？量獭?/p>

3 模板支撐系統(tǒng)方案比選

現(xiàn)澆屋面混凝土施工中關(guān)鍵方案在于模板支撐系統(tǒng)，經(jīng)過認(rèn)真分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制訂了兩種施工方案，具體如下。

方案一：滿堂架方案，采用常規(guī)滿堂架支撐系統(tǒng)。安裝間排架搭設(shè)高度為17 m，常規(guī)機(jī)組及雙向機(jī)組主廠房排架搭設(shè)高度為25.8 m，共需鋼管210 t，扣件3.6萬(wàn)個(gè)。

方案二：貝雷架方案，采用貝雷架作為主支撐，在其上部搭設(shè)小排架的支撐系統(tǒng)。在橋機(jī)之上布置貝雷架支撐系統(tǒng)，貝雷架跨度為18 m，安裝高程為14.35 m，考慮兩個(gè)部位同時(shí)施工，需要貝雷片252片，工字鋼48 t。

方案對(duì)比：方案一為常規(guī)方案，借鑒案例多，易于操作，但由于是滿堂腳手架，施工期間整個(gè)主廠房空間無(wú)法同時(shí)利用，廠房橋機(jī)無(wú)法運(yùn)行，內(nèi)部機(jī)電設(shè)備無(wú)法安裝，對(duì)整體工期影響較大，且排架工程量大，成本高，搭設(shè)高度大，安全風(fēng)險(xiǎn)大;方案二將模板支撐系統(tǒng)布置在橋機(jī)上，使得橋機(jī)可以正常運(yùn)行，主廠房機(jī)電設(shè)備安裝可以同時(shí)進(jìn)行，對(duì)整體工期的影響較方案一大大降低，但施工中要做好支撐系統(tǒng)的安全防護(hù)措施，同時(shí)要避開上下垂直交叉作業(yè)[1]。

綜上所述，從進(jìn)度、成本、安全等角度綜合考慮，最終選取方案二貝雷架方案作為該工程的施工方案。

4 貝雷架方案簡(jiǎn)介

4.1 貝雷架基本知識(shí)

貝雷架，也被稱為“裝配式鋼橋”，原名叫“321”鋼橋。貝雷架是形成一定單元的鋼架，可以用它拼接組裝成很多構(gòu)件、設(shè)備[2]。貝雷橋是世界上應(yīng)用廣泛，最為流行的一種橋梁，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)輸方便、架設(shè)快速、分解容易的特點(diǎn)。同時(shí)，具備承載能力大、結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)、疲勞壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 支撐系統(tǒng)方案確定

屋面模板支撐體系荷載傳遞方式為：模板→方木→排架→工字鋼→貝雷架→工字鋼→框架柱。貝雷架分為上承式支撐體系及下承式支撐體系，在主縱梁部位采用下承式支撐，在其余橫梁及板部位采用上承式支撐[3]。

針對(duì)荷載傳遞方式，逐級(jí)進(jìn)行力學(xué)模型簡(jiǎn)化，結(jié)合受力構(gòu)件的力學(xué)性能參數(shù)，進(jìn)行必要的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性計(jì)算，選取經(jīng)濟(jì)可行的材料或構(gòu)件及各級(jí)受力構(gòu)件的間排距。

通過計(jì)算，在充分考慮可行性、經(jīng)濟(jì)性等前提條件下，本工程選取321型貝雷架（加強(qiáng)型）、55a工字鋼、45a工字鋼、14#工字鋼、Φ48.3 mm×3.6 mm鋼管作為主要受力構(gòu)件，并計(jì)算出各部位構(gòu)件的詳細(xì)間排距。支撐系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

5 模板支撐系統(tǒng)施工

5.1 施工工藝簡(jiǎn)介

澆筑框架柱時(shí)預(yù)埋45a工字鋼（常規(guī)機(jī)組主廠房預(yù)埋55a工字鋼），工字鋼上架設(shè)貝雷架作為主支撐，在貝雷架上鋪設(shè)14#工字鋼，然后根據(jù)梁板高程采用Φ48.3 mm×3.6 mm鋼管搭設(shè)承重排架作為模板支撐。主梁采用下承式貝雷架支撐，次梁及板部位采用上承式貝雷架支撐。

5.2 支撐系統(tǒng)預(yù)壓

支撐系統(tǒng)及模板安裝根據(jù)設(shè)計(jì)梁跨度預(yù)先設(shè)置起拱高度，起拱高度宜為全跨長(zhǎng)度的1/1 000～3/1 000（沿廠橫方向）。根據(jù)支撐系統(tǒng)沉降計(jì)算，起拱高度取全跨長(zhǎng)度的3/1 000。由于排架搭設(shè)高度均為60～80 cm，沉降變形極小，根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算，工字鋼撓度也普遍較小，整個(gè)支撐系統(tǒng)變形最大的為貝雷架，故而支撐系統(tǒng)預(yù)壓僅考慮貝雷架的預(yù)壓。

5.3 預(yù)壓荷載及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

本工程采用鋼筋作為試重塊進(jìn)行荷載試驗(yàn)。參考《鋼管滿堂支架預(yù)壓技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 194—2009），預(yù)壓荷載不應(yīng)小于貝雷架承受的混凝土結(jié)構(gòu)恒載與模板重量之和的1.1倍，具體荷載結(jié)合計(jì)算書進(jìn)行確定。

每2榀貝雷架作為1個(gè)預(yù)壓?jiǎn)卧M(jìn)行荷載試驗(yàn)。由于貝雷架之間間距較小，取安裝間最中間2榀貝雷架在安裝后做荷載試驗(yàn)，其余貝雷架組裝完成后在安裝前于545平臺(tái)做荷載試驗(yàn)。沿貝雷架方向每1/4跨徑布置2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4]。

5.4 加載與卸載

每個(gè)預(yù)壓?jiǎn)卧?級(jí)進(jìn)行加載，4級(jí)加載值依次為預(yù)壓荷載值的25%、50%、75%、100%。

加載時(shí)，從貝雷架跨中開始向兩端進(jìn)行對(duì)稱布載。每級(jí)加載完成后，每間隔12 h對(duì)貝雷架沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，可進(jìn)行下一級(jí)加載。預(yù)壓完成后可一次性卸載，卸載時(shí)應(yīng)對(duì)稱、均衡、同步卸載，卸載后記錄監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量。

5.5 預(yù)壓監(jiān)測(cè)

預(yù)壓監(jiān)測(cè)采用水準(zhǔn)儀按三等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行作業(yè)，水準(zhǔn)儀按現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程》（JJG 425—2003）進(jìn)行檢定。預(yù)壓過程中，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括以下內(nèi)容：①加載之前監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高;②每級(jí)加載后監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高;③加載至100%后每間隔24 h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高;④卸載6 h后監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。預(yù)壓完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)記錄計(jì)算貝雷架沉降量、彈性變形量、非彈性變形量。

5.6 支撐系統(tǒng)安裝

5.6.1 預(yù)埋工字鋼安裝。在高程為559.57～561.17 m的框架柱混凝土澆筑之前，采用塔機(jī)將45a（55a）工字鋼吊運(yùn)至倉(cāng)面進(jìn)行預(yù)埋，工字鋼底部預(yù)埋高程為13.9 m，預(yù)埋端焊接4根Φ25 mm錨筋，以增強(qiáng)預(yù)埋工字鋼的穩(wěn)定性。工字鋼加工長(zhǎng)度根據(jù)柱間距確定，上下游側(cè)預(yù)埋工字鋼懸挑為1.5 m。

5.6.2 貝雷架安裝。每2根框架柱之間布置2榀雙排單層加強(qiáng)型321貝雷架，40 cm×100 cm橫梁下部貝雷片不安裝加強(qiáng)弦桿，上下游兩端貝雷架為單排單層標(biāo)準(zhǔn)型貝雷架。

安裝間屋面施工貝雷架在545.0 m平臺(tái)采用人工配合吊車進(jìn)行拼裝，常規(guī)機(jī)組及雙向機(jī)組主廠房屋面施工貝雷架在尾水平臺(tái)進(jìn)行拼裝，然后采用吊車吊運(yùn)至安裝位置。貝雷架每榀的長(zhǎng)度為21 m，由7片貝雷架標(biāo)準(zhǔn)件拼裝而成。拼裝完以后，雙排單層加強(qiáng)型貝雷架每榀重量約6.8 t，需要采用吊車進(jìn)行安裝并配合拆除。主廠房屋面共3塊樓板，相關(guān)安拆人員配合分塊樓板施工。

吊裝貝雷架時(shí)，在貝雷架上綁扎2個(gè)吊點(diǎn)，各距貝雷架兩端5 m左右，對(duì)稱布置。起吊前，在貝雷架兩端各捆上1根10 m左右的麻繩做蕩繩，待貝雷架吊裝落下就位時(shí)拉扯蕩繩使貝雷架精確就位。吊車吊運(yùn)貝雷架安裝時(shí)，要安排專人負(fù)責(zé)指揮，當(dāng)?shù)踹\(yùn)至貝雷架安裝位置的正上方時(shí)，再徐徐落下，兩端的專人拉扯蕩繩，使貝雷架的位置對(duì)準(zhǔn)，再落在工字鋼支座上。就位后，馬上將貝雷架下端用螺桿固定，再取下吊鉤，然后開始吊裝下一榀貝雷架。取吊鉤時(shí)，將橋機(jī)移動(dòng)至貝雷架下部，采用腳手管搭設(shè)操作平臺(tái)，橋機(jī)下部采用安全網(wǎng)兜底。

5.6.3 工字鋼鋪設(shè)。貝雷架安裝完成后，采用塔機(jī)將14#工字鋼吊運(yùn)至工作面，人工進(jìn)行鋪設(shè)，鋪設(shè)就位后采用特制鎖扣進(jìn)行固定。主縱梁下部支撐工字鋼鋪設(shè)于貝雷架下部，間距70 cm，橫梁及板下部支撐工字鋼鋪設(shè)于貝雷架上部，間距根據(jù)梁板跨度進(jìn)行設(shè)置。

5.6.4 排架搭設(shè)。工字鋼安裝完成后，鋪設(shè)竹夾板作為施工通道，采用塔機(jī)將腳手管吊運(yùn)至工作面，工作人員按照設(shè)計(jì)圖紙搭設(shè)排架。排架搭設(shè)工藝流程為：放線→擺放掃地桿→立桿并與掃地桿扣緊→裝橫向掃地桿，并與立桿和掃地桿扣緊→依次搭設(shè)上部橫、縱向水平桿和立桿至要求高度處→鋪設(shè)支撐鋼管→鋪設(shè)方木。

6 屋面混凝土施工

屋面混凝土施工主要包括模板安裝、鋼筋安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)等。本工程屋面混凝土采用常規(guī)施工工藝進(jìn)行，這里不再贅述。

7 支撐系統(tǒng)拆除

支撐系統(tǒng)拆除流程為：模板拆除→排架拆除→14#支承工字鋼拆除→貝雷架拆除→預(yù)埋工字鋼割除。

7.1 模板拆除

拆模前需要檢測(cè)同齡期混凝土試件抗壓強(qiáng)度，達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度即可開始模板拆除。

拆除原則：應(yīng)遵循先支后拆，后支先拆;先拆不承重的模板，后拆承重部分的模板;自上而下，支架先拆側(cè)向支撐，后拆豎向支撐等原則。

拆除方法：先拆梁板側(cè)面模板，后拆底面模板;拆除板梁下支撐時(shí)，應(yīng)從跨中拆向兩端;拆除懸梁下部支撐時(shí)，應(yīng)從外向里逐步拆除。

注意事項(xiàng)：拆模時(shí)，操作人員應(yīng)站在安全處，以免發(fā)生安全事故;拆模時(shí)不要用力過猛過急，嚴(yán)禁用大錘和撬棍硬砸硬敲，以免混凝土表面或模板受到損壞;拆下來的模板及配件嚴(yán)禁亂拋亂扔，人工傳遞至屋面上部，集中吊運(yùn)至545平臺(tái)，采用自卸車運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)堆放;拆模過程中若發(fā)現(xiàn)混凝土有影響結(jié)構(gòu)安全的質(zhì)量問題時(shí)應(yīng)停止拆除，經(jīng)過處理后方可繼續(xù)拆除。

7.2 排架拆除

拆除腳手架時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：拆除程序遵守自上而下，先搭后拆的原則，即先拆腳手板、剪刀撐，后拆橫向水平桿、縱向水平桿、立桿等（拆除順序?yàn)榘踩W(wǎng)→剪刀撐→橫向水平桿→縱向水平桿→立桿）;做到一步一清，一桿一清，即拆立桿時(shí)要先抱住立桿再拆開最后兩個(gè)扣，拆除大橫桿，所有連接件等必須隨腳手架拆除同步下降;拆除過程中，不允許破壞架體的穩(wěn)定性，若被破壞，應(yīng)加設(shè)臨時(shí)支撐防止變形;拆除的材料應(yīng)傳遞至屋面上部，集中采用塔機(jī)吊運(yùn)至545平臺(tái)，采用平板車運(yùn)輸至倉(cāng)庫(kù)堆放。

7.3 支承工字鋼拆除

14#上承式工字鋼采用人工拖拽至貝雷架端部，采用塔機(jī)吊運(yùn)至545平臺(tái);下承式工字鋼利用橋機(jī)搭設(shè)操作平臺(tái)進(jìn)行拆除，先堆放于橋機(jī)上部，然后利用拆除貝雷架的卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)至安裝間545.87 m樓板，人工選擇合適位置堆放。

7.4 貝雷架拆除

兩端單排單層標(biāo)準(zhǔn)型貝雷架可直接采用吊車進(jìn)行拆除。屋面下部雙排單層加強(qiáng)型貝雷架分解為3段進(jìn)行拆除，兩端3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)將貝雷銷等連接件取下后采用塔機(jī)吊運(yùn)至545平臺(tái)，中間15 m段采用在梁板澆筑時(shí)預(yù)埋吊鉤，然后利用卷?yè)P(yáng)機(jī)吊運(yùn)的方式進(jìn)行拆除。屋面澆筑混凝土前在25 cm×50 cm橫梁下部預(yù)埋Φ22 mm吊鉤。

雙排單層加強(qiáng)型貝雷架拆除順序?yàn)椋捍钤O(shè)安全操作平臺(tái)（橋機(jī)上部）→卷?yè)P(yáng)機(jī)就位→塔機(jī)就緒→卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩穿定滑輪（吊鉤下部）并栓于貝雷架對(duì)應(yīng)位置→塔機(jī)鋼絲繩拴單榀貝雷架端部→卷?yè)P(yáng)機(jī)及塔機(jī)鋼絲繩收緊帶力→拆解貝雷架→橋機(jī)移走→塔機(jī)將兩端3 m標(biāo)準(zhǔn)節(jié)吊出→卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩放松（3 m）后停止→旋轉(zhuǎn)貝雷架（避開橋機(jī)軌道梁即可）→慢慢放松卷?yè)P(yáng)機(jī)鋼絲繩（直到貝雷架落至樓板后停止）→拆解貝雷架→裝車運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)。

7.5 預(yù)埋工字鋼拆除

利用橋機(jī)搭設(shè)操作平臺(tái)，人工采用氧氣乙炔對(duì)柱內(nèi)預(yù)埋工字鋼進(jìn)行割除，然后采用塔機(jī)吊運(yùn)至545平臺(tái)，采用平板車運(yùn)輸至倉(cāng)庫(kù)堆放。割除時(shí)需要提前將鋼絲繩綁扎好并收緊帶力。割除后對(duì)柱混凝土表面預(yù)埋工字鋼位置進(jìn)行打磨，按照混凝土質(zhì)量缺陷修補(bǔ)方案進(jìn)行處理。

8 廠房屋面施工危險(xiǎn)因素分析

通過對(duì)施工環(huán)境、人員、設(shè)備等影響因素的綜合分析，在工程施工過程中，易發(fā)生垮（坍）塌事故的活動(dòng)（狀態(tài)）主要有：①物的不安全狀態(tài)，例如，貝雷架連接不牢固，搭設(shè)腳手架所用鋼管質(zhì)量不符合要求，施工存在質(zhì)量缺陷，腳手架連接點(diǎn)松動(dòng)等;②人的不安全行為，例如，未按方案要求搭設(shè)承重系統(tǒng)，非專業(yè)人員搭設(shè)貝雷架，混凝土未達(dá)到強(qiáng)度開始拆除作業(yè)等;③管理上的缺陷，例如，對(duì)搭設(shè)的承重系統(tǒng)未進(jìn)行驗(yàn)收，施工作業(yè)過程的安全監(jiān)督不到位，未編制專項(xiàng)施工方案，承重系統(tǒng)計(jì)算書計(jì)算錯(cuò)誤等。高空大跨度模板支撐系統(tǒng)施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，要有針對(duì)性地制訂安全專項(xiàng)方案以及應(yīng)急預(yù)案。

9 結(jié)語(yǔ)

水電站廠房工程包含專業(yè)多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高空大跨度廠房現(xiàn)澆屋面施工存在施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，施工過程中需要從多專業(yè)、多角度、多方位綜合考慮，在保證安全、質(zhì)量的前提下選出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的施工方案，以滿足工程建設(shè)需要。

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