貝雷架在水利懸挑結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用

徐邦遠(yuǎn)，沈 聰

（南京明輝建設(shè)有限公司，江蘇 南京 211200）

0 引言

隨著各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展， 我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)條件越來(lái)越復(fù)雜，施工難度越來(lái)越大，貫穿于整個(gè)施工過(guò)程的支撐結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生變化。 在多種支撐架中，貝雷梁由于具有組裝靈活、施工簡(jiǎn)便、安全可靠等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于國(guó)防戰(zhàn)備、交通工程、市政水利工程等［1-2］。 尤其在遇到普通立桿支架無(wú)法滿(mǎn)足安全及空間高度等要求的大跨度懸挑結(jié)構(gòu)施工時(shí)，組裝靈活的貝雷架可以與各種形式的架立結(jié)構(gòu)相組合，輕松完成建筑物的新建和維修等任務(wù)［3-4］。

目前，貝雷架在水利工程中的應(yīng)用處于起步階段，相關(guān)施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)仍不完善［5］。南京天生橋套閘啟閉機(jī)房建筑工程施工時(shí)，采用貝雷梁結(jié)合架立桿的梁-柱式支撐系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水上懸挑建筑的澆筑施工。筆者試對(duì)該支撐體系的受力及穩(wěn)定情況進(jìn)行分析， 探討支撐架的安裝及搭設(shè)要點(diǎn)，以期為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

天生橋套閘位于南京市溧水區(qū)天生橋河上，是連接石臼湖水系與秦淮河水系的控制性水工建筑物， 也是南京市江南片區(qū)跨流域洪水調(diào)度和水資源“六閘聯(lián)控”中的關(guān)鍵建筑物，具有防洪、蓄水、引水、通航等功能。 該工程采用套閘和節(jié)制閘相結(jié)合的布置形式，套閘布置在東側(cè)，節(jié)制閘布置在西側(cè)，管理所布置在套閘東岸的堤后， 套閘閘首與節(jié)制閘閘室齊平布置。天生橋套閘由北向南依次布置了引航道、上閘首、閘室、下閘首、引航道。 其中，天生橋套閘啟閉機(jī)房高為16.2 m，建筑面積為647.15 m2，分兩層布置，建筑設(shè)計(jì)使用年限為50 年。施工時(shí)，由于啟閉機(jī)房周?chē)呀?jīng)蓄水， 屋頂外檐懸挑部分無(wú)法進(jìn)行落地式支撐架的施工，故采用懸挑式支撐架，即將建筑旁邊的現(xiàn)有橋梁作為支架基礎(chǔ)，配合貝雷梁，進(jìn)行支架施工，施工方案如圖1 所示。

2 支撐體系復(fù)核計(jì)算

天生橋套閘工程選用321 型貝雷梁， 貝雷梁縱向長(zhǎng)度為15.0 m，高度為1.5 m，每一大片貝雷梁是由5 小片長(zhǎng)度為3 m 的小片貝雷梁連接而成， 貝雷梁之間的橫向間距為0.8 m， 與橫向立桿線(xiàn)相重合。施工時(shí)，放在梁板上的貝雷梁長(zhǎng)度為3.0 m。 為保證貝雷梁的穩(wěn)定性，各貝雷梁之間用14#工字鋼連接。架立桿縱向間距為0.9 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m。

2.1 計(jì)算模型的建立

該工程支撐體系上部懸挑鋼梁為I18#工字鋼，錨固長(zhǎng)度為3.3 m。在支撐架邊緣，用鋼拉桿將鋼梁與結(jié)構(gòu)主體連接起來(lái)（內(nèi)側(cè)鋼拉桿與型鋼梁夾角為65°，外側(cè)鋼拉桿與型鋼梁夾角為50°）。下部支撐架的立桿為單立桿（立桿采用6 m 長(zhǎng)的鋼管搭設(shè)）。懸挑段立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.8 m，步距為1.5 m。貝雷梁一側(cè)的上部支撐架，立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m。 橋梁一側(cè)的下部支撐架，立桿縱向間距為0.8 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.0 m。 支撐體系構(gòu)件參數(shù)如表1 所示。

基于SAP2000 建模軟件，建立如圖2 所示的貝雷梁及其下部支撐體系的計(jì)算模型。 該模型采用梁?jiǎn)卧M上部貝雷梁及下部架立桿結(jié)構(gòu)， 共建立308 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.2 上部貝雷架的受力分析

在運(yùn)用模型計(jì)算時(shí)， 考慮屋檐混凝土澆筑時(shí)其自重荷載和作用在腳手架與單排貝雷梁上、 下弦的風(fēng)荷載。 風(fēng)荷載按照線(xiàn)荷載0.019 2 kN／m 取值，并采取0.98 倍修正。 貝雷梁上部荷載分?jǐn)傊聊Ｐ凸?jié)點(diǎn)上，橫向立桿處荷載大小相同，縱向立桿處荷載大小分 別 為：2.485 kN、5.635 kN、5.585 kN、5.585 kN、5.585 kN、2.485 kN。

圖1 天生橋套閘啟閉機(jī)房澆筑施工方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of pouring construction scheme of the opening and closing machine room of Tiansheng bridge brake

表1 天生橋套閘支撐體系構(gòu)件參數(shù)Tab.1 Component parameters of the brake support system of Tiansheng bridge

圖2 貝雷梁及其下部支撐體系計(jì)算模型示意圖Fig.2 Schematic diagram of calculation model of Beret beam and its lower support system

經(jīng)計(jì)算， 模型最大應(yīng)力分布在貝雷梁下部立桿拐角處的腹桿上，為13.302 MPa（小于規(guī)范要求的205 MPa）；立桿最大彎矩為248.06 kN·mm ，最大軸向力為9.215 kN （小于規(guī)范要求的15 kN）；貝雷梁的最大變形量為0.705 mm（貝雷梁的具體變形情況如圖3 所示）， 小于規(guī)范要求的l／400＝37.5 mm。 因此，貝雷梁的受力滿(mǎn)足規(guī)范要求。

2.3 下部支撐架的穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)模型計(jì)算出立桿最大支座反力為9.215 kN。 分別用公式（1）和公式（2）計(jì)算不組合風(fēng)荷載和組合風(fēng)荷載時(shí)下部支撐架的抗彎強(qiáng)度。

圖3 貝雷梁變形示意圖Fig.3 Schematic diagram of Beret beam deformation

式中：σ 為支撐架的抗彎強(qiáng)度，MPa；N 為立桿最大支座反力，kN， 根據(jù)模型計(jì)算出立桿最大支座反力為9.215 kN；φ 為構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比查《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》附表所得，本文取0.243；A為立桿的截面面積，取424 mm2；Mw為計(jì)算立桿段由風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值產(chǎn)生的彎矩，kN·m， 可按公式（3）計(jì)算；W 為截面模量，取4.49×10-6m3。

式中：Mwk為風(fēng)荷載為標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)產(chǎn)生的彎矩，kN·m，可用式（4）計(jì)算。

式中：wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN／m2，可用式（5）計(jì)算；Ia為立桿縱距，m；h 為立桿步距，m。

式中；w0為基本風(fēng)壓，kN／m2，按照?qǐng)D紙規(guī)定，取0.4；μz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷爾蒙載規(guī)范》（GB50009-2001） 附錄表7.2.1 規(guī)定，取1.14；μs為風(fēng)荷載體型系數(shù)，取1.134。

經(jīng)計(jì)算， 不組合風(fēng)荷載時(shí)， 立桿的抗彎強(qiáng)度為134.16 MPa，小于鋼材抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值205 MPa；組合風(fēng)荷載時(shí)， 立桿的抗彎強(qiáng)度為189.39 MPa，小于鋼材抗壓強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值205 MPa。因此，立桿的穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

3 支撐架安裝及搭設(shè)要點(diǎn)

3.1 立桿及掃地桿搭設(shè)

（1）支撐架支撐系統(tǒng)的立桿采用單立桿。懸挑段立桿縱向間距為1.0 m， 橫向間距為0.8 m， 步距為1.5 m； 貝雷梁一側(cè)的上部支撐架立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m；橋梁一側(cè)的下部支撐架立桿縱向間距為0.8 m， 橫向間距為0.6 m，步距為1.0 m。 布置時(shí)，立桿間距可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，但只能縮小，不能隨意擴(kuò)大。

（2）立桿采用6 m 長(zhǎng)鋼管搭設(shè)，對(duì)接接頭扣件開(kāi)口方向應(yīng)向下或向內(nèi)，以防雨水進(jìn)入。

（3）立桿接長(zhǎng)時(shí)，采用對(duì)接扣件連接，嚴(yán)禁搭接。兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)。同步內(nèi)，隔一根立桿的兩個(gè)相鄰接頭在高度方向錯(cuò)開(kāi)的距離不宜小于500 mm。各接點(diǎn)中心至主節(jié)點(diǎn)的距離不宜大于步距的1／3。

（4）嚴(yán)禁將上段的鋼管立桿與下段的鋼管立桿錯(cuò)開(kāi)固定在水平拉桿上。

（5）支撐架必須設(shè)置縱橫向掃地桿。掃地桿布置在距立桿底部200 mm 處，按縱下橫上的順序搭設(shè)。

（6） 縱向掃地桿應(yīng)采用直角扣件固定在距底座下面200 mm 高的立桿上。 橫向掃地桿采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上［6］。

3.2 剪刀撐安裝

在支撐架架體外側(cè)四周及內(nèi)部縱、橫向，由底至頂每4 m 設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐；在架體底部、頂部及豎向，間隔4 m 分別設(shè)置連續(xù)水平剪刀撐［7］。

（1）剪刀撐主要由6 m 長(zhǎng)的鋼管搭設(shè)而成。剪刀撐斜桿接長(zhǎng)時(shí)，采用搭接方式，搭接長(zhǎng)度不小于1 m，并用2 個(gè)旋轉(zhuǎn)扣件分別在離桿端不小于100 mm 處進(jìn)行固定，中間還應(yīng)增加2～4 個(gè)扣結(jié)點(diǎn)。

（2）剪刀撐斜桿要用旋轉(zhuǎn)扣件固定在與之相交的鋼管立桿上。

（3）最下面的斜桿與立桿的連接點(diǎn)離地面不應(yīng)大于500 mm。

3.3 防護(hù)欄桿、踢腳板安裝

在支撐架外側(cè)， 須設(shè)1.2 m 高的防護(hù)欄桿和30 cm 高的踢腳板。 頂排防護(hù)欄桿不少于2 道，高度分別為0.6 m 和1.2 m。 腳手架內(nèi)側(cè)形成臨邊的（如遇大開(kāi)間門(mén)窗洞等），在支撐架內(nèi)側(cè)設(shè)1.2 m 的防護(hù)欄桿和30 cm 高的踢腳板。

3.4 安全網(wǎng)安裝

采用1.8 m×6 m 的綠色密目式安全網(wǎng)將支撐架外側(cè)立面封閉起來(lái)。在固定安全網(wǎng)時(shí)，選用纖維筋繩綁扎，要求安全網(wǎng)嚴(yán)密、平整［8］。 安裝安全網(wǎng)時(shí)，用16＃鐵絲將安全網(wǎng)綁扎在縱向水平桿上， 并設(shè)180 mm 高的踢腳板，防止墜物傷人。 在支架中間距離邊坡平臺(tái)4 m 及二級(jí)斜坡頂處， 分別滿(mǎn)拉防墜落安全網(wǎng)。 水平安全網(wǎng)接口處必須連接嚴(yán)密、牢靠。

3.5 支撐架拆除

（1）支撐架拆除作業(yè)必須由上而下逐層進(jìn)行，嚴(yán)禁上下同時(shí)作業(yè)。連墻件必須隨支撐架逐層拆除，嚴(yán)禁將連墻件整層或數(shù)層拆除后再拆除支撐架。 分段拆除高差大于兩步時(shí)，應(yīng)增設(shè)連墻件，進(jìn)行加固［9］。

（2）拆除作業(yè)應(yīng)按確定的程序進(jìn)行。支撐架拆除順序?yàn)椋?安全網(wǎng)→防護(hù)欄桿→剪刀撐→斜撐桿→橫桿→立桿。

（3）不準(zhǔn)分立面拆除或在上、下兩步同時(shí)拆除，做到“一步一清”“一桿一清”。拆除立桿時(shí)，應(yīng)先抱住立桿，再拆開(kāi)最后兩個(gè)扣件。拆除橫桿、斜撐、剪刀撐時(shí)，應(yīng)先拆中間扣件，然后托住中間，再解開(kāi)端頭扣件。所有連墻桿必須隨支撐架拆除同步下降，分段拆除高差不應(yīng)大于兩步，如高差大于兩步，應(yīng)增設(shè)連墻件，進(jìn)行加固。

（4）在拆除支撐架時(shí)，要確保架體的穩(wěn)定性不被破壞，如附墻桿被拆除前，應(yīng)加設(shè)臨時(shí)支撐，防止變形；拆除各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)時(shí)，應(yīng)防止失穩(wěn)。

（5） 當(dāng)支撐架拆至除下部最后一根長(zhǎng)鋼管的高度時(shí)，應(yīng)先在適當(dāng)位置搭設(shè)臨時(shí)拋撐，再拆除連墻件。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，貝雷梁與其他架立桿組合時(shí)，形式多變，有些也較為復(fù)雜。 在施工過(guò)程中，為保證支架的穩(wěn)定和人員的安全，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：（1）支撐架的基礎(chǔ)必須經(jīng)過(guò)硬化處理，滿(mǎn)足承載力要求，并做到無(wú)積水、無(wú)沉陷。 （2）混凝土平臺(tái)必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上才能施工。 （3）嚴(yán)格控制施工荷載（不大于3 kN／m2），確保較大安全儲(chǔ)備。（4）合理安排工期，協(xié)調(diào)各方進(jìn)度， 減少干擾， 使整個(gè)工程協(xié)調(diào)有序地進(jìn)行。