反吊梁法在胸墻施工中的應(yīng)用

吳春兵，鄧海軍

中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524008

1 胸墻設(shè)計(jì)概況

某項(xiàng)目碼頭現(xiàn)澆胸墻長度為19.41m、寬度為4.9m，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工時(shí)一次性澆筑到頂。其底標(biāo)高為+0.7m，頂標(biāo)高為+3.5m，厚度為2.8m，前沿胸墻突出沉箱30cm。沉箱設(shè)計(jì)頂標(biāo)高為+1.0m。港區(qū)設(shè)計(jì)低水位為+0.56m，設(shè)計(jì)高水位為+1.44m，平均水位為+1.04m。在碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)施工中，胸墻底模系統(tǒng)通常采用事先在沉箱外墻預(yù)埋圓臺(tái)螺帽，胸墻施工時(shí)再加設(shè)三腳架做支撐鋪設(shè)底模的方法。在潮差較小的區(qū)域或常水位高于胸墻設(shè)計(jì)底模標(biāo)高的水域中，運(yùn)用該工藝需要潛水員水下施工，其施工工序較多，底模裝拆煩瑣，施工成本較高?；诖?，文章通過對某港口工程項(xiàng)目中胸墻施工所采取的反吊梁法的計(jì)算及施工過程敘述，明確反吊梁法在胸墻施工中的應(yīng)用場景，為后續(xù)推廣提供依據(jù)。

2 底模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胸墻底模系統(tǒng)設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)，采用的是“321”型加強(qiáng)型貝雷梁，跨度為21m，三排單層貝雷梁通過1.35m寬花窗連接，頂部鋪設(shè)3mm花紋鋼板為工作平臺(tái)?；y鋼板上按0.3m間距呈梅花狀布設(shè)5cm大小的透水孔，減少浮力對底模系統(tǒng)的影響。

貝雷梁頂部靠沉箱側(cè)設(shè)置60cm寬、8mm厚的可前后移動(dòng)的鋼板，把其作為胸墻底模。待底模整體安裝好后將上層活動(dòng)鋼板往沉箱墻面靠，緊貼墻面，防止出現(xiàn)過大縫隙，并用螺栓與下層鋼板固定，防止涌浪拍打出現(xiàn)變動(dòng)。同時(shí)，在8mm鋼板底部的中間跨度位置設(shè)置支撐扁鐵，用于調(diào)整底模預(yù)拱度。連續(xù)胸墻分奇數(shù)段和偶數(shù)段間隔施工，首先施工部分奇數(shù)段，再施工夾在其間的偶數(shù)段，因此胸墻底模系統(tǒng)也分為奇數(shù)段與偶數(shù)段兩種。

3 底模裝拆說明

3.1 奇數(shù)段底模系統(tǒng)裝拆

奇數(shù)段底模系統(tǒng)反吊在已安裝沉箱預(yù)埋的拉環(huán)上。安裝前，將整個(gè)貝雷梁及與之相應(yīng)的拉桿連接焊接加固成整體，然后將已焊接好的雙32a工字鋼帶鋼墊塊安裝在待澆筑胸墻兩側(cè)的沉箱上，后端通過φ30mm拉桿錨定，前端采取φ24mm拉桿固定工字鋼，防止其移位。采用吊機(jī)整體吊裝貝雷梁，使貝雷梁靠近沉箱墻面，測量底模標(biāo)高滿足要求后擰緊貝雷梁上的反吊拉桿螺母，通過采用鋼墊板+螺帽的方式將其與已加固在沉箱上的雙32a工字鋼連接固定，接著將底?；顒?dòng)鋼板貼緊沉箱迎水墻面，避免出現(xiàn)縫隙，防止?jié)仓炷習(xí)r漏漿，最后綁扎鋼筋、安裝胸墻側(cè)模與澆筑混凝土。

待胸墻澆筑且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后拆除底模系統(tǒng)。首先采用吊機(jī)懸掛貝雷梁，使鋼絲繩輕微帶力，然后拆除貝雷梁與工字鋼連接的螺帽等，通過吊機(jī)移除貝雷梁并安置，最后拆除工字鋼。如此完成整個(gè)底模系統(tǒng)的裝拆工作，裝拆施工全部水面以上作業(yè)，無須人員進(jìn)行任何水下作業(yè)。

3.2 偶數(shù)段底模系統(tǒng)裝拆

偶數(shù)段胸墻底模系統(tǒng)反吊在待澆筑胸墻兩側(cè)已完成施工的胸墻上，其安裝過程與奇數(shù)段胸墻底模系統(tǒng)類似。不同之處在于連接工字鋼與貝雷梁的反吊拉桿通過PVC管穿過待澆筑胸墻段，懸挑貝雷梁的雙32a工字鋼與已澆筑胸墻預(yù)埋圓臺(tái)螺母連接。拆除時(shí)與偶數(shù)段胸墻施工也類似，先吊機(jī)懸掛貝雷梁，鋼絲繩帶力，然后拆除拉桿螺帽，拆除貝雷梁后，再拆除工字鋼，利用預(yù)埋在胸墻前沿的PVC管制作碼頭排水孔。

4 反吊梁計(jì)算

4.1 荷載分析

反吊梁所受胸墻新澆混凝土及鋼筋自重荷載Q1=0.3×2.8×25=21.0kN·m；胸墻外側(cè)鋼模按模板0.18t/m2計(jì)，其自重荷載Q2=19.41×2.8×0.18×9.8÷19.41=4.94kN·m；貝雷片單片重270kg，加花窗及底模按平均360kg計(jì)，雙排單層自重荷載Q3=1.2kN·m；施工時(shí)人員及設(shè)備自重荷載Q4=2×0.3=0.6kN·m。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）模板所受荷載基本組合設(shè)計(jì)值可得：

驗(yàn)算底模系統(tǒng)強(qiáng)度時(shí)，其荷載組合設(shè)計(jì)值為S強(qiáng)=1.35×1.0×（21+4.94+1.2）+1.4×1.0×0.6=37.48kN·m；驗(yàn)算底模系統(tǒng)剛度時(shí)，其荷載組合設(shè)計(jì)值為S強(qiáng)=1.35×1.0×（21+4.94+1.2）=36.64kN·m。

4.2 貝雷梁內(nèi)力計(jì)算

（1）貝雷梁強(qiáng)度驗(yàn)算。貝雷梁總長21m，采用三排單層布置，遠(yuǎn)離胸墻的排梁受力忽略不計(jì)，按雙排單層貝雷梁承擔(dān)荷載進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)反吊桿位置，反吊梁彎矩計(jì)算跨度取20.5m進(jìn)行計(jì)算。

式中：Q為貝雷梁所受組合荷載，取值37.48kN/m；l為貝雷梁實(shí)際受荷載長度，取值20.5m。

根據(jù)貝雷梁廠家設(shè)計(jì)參數(shù)，雙排單層加強(qiáng)型貝雷梁其容許彎矩[M]為3375kN·m，容許剪力[σ]為490.5kN，因此[M]＞Mmax，[σ]＞fy，強(qiáng)度滿足要求。

（2）貝雷梁剛度驗(yàn)算。根據(jù)貝雷梁設(shè)計(jì)參數(shù)，雙層單排貝雷梁其界面系數(shù)I=1154868.8cm4，可得

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》（GB 50666—2011）要求，結(jié)構(gòu)外露模板，其允許擾度值取模板計(jì)算跨度的1/400。

故可得 [ω]=20.5×1000÷400=51.25mm＞ω=34.74mm，經(jīng)計(jì)算剛度滿足要求。

4.3 反吊拉桿計(jì)算

胸墻底模系統(tǒng)反吊所用拉桿采用45#鋼螺桿，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為295MPa，M50螺桿截面直徑為44mm，M30螺桿截面直徑為26mm。

奇數(shù)段胸墻底模反吊在沉箱上。通過荷載分析，可求得單根M50反吊拉桿所受拉力f=96.04kN；單根M50拉桿所受拉應(yīng)力σ1=63.19MPa。

根據(jù)力矩平衡原理，求得后錨拉桿所受拉力f1×l1=f2×l2，奇數(shù)段后錨拉桿F奇=25.29kN；偶數(shù)段后錨拉桿F偶=29.77kN，二者取較大值，則Fmax=29.77kN，由此求得后錨M30最大拉應(yīng)力σ2=56.10MPa。

在求得所有拉桿的拉應(yīng)力中取最大值σmax=63MPa，所有拉桿強(qiáng)度均滿足要求。

根據(jù)胡克定律求得奇偶數(shù)段胸墻反吊拉桿的伸長值：

式中：△l為縱向絕對變形量，mm；P為拉桿所受拉力，N；l為拉桿長度，mm；E為拉桿彈性模量，取值2.0×105MPa；A為拉桿截面積，mm2。

由此求得△l奇=0.10mm，△l偶=0.35mm。

可知，反吊拉桿最大伸長量不到0.5mm，因此拉桿變形對底模系統(tǒng)的影響可忽悠不計(jì)。

4.4 反吊梁工字鋼計(jì)算

反吊梁工字鋼驗(yàn)算時(shí)按懸臂梁考慮，最大懸挑長度為0.62m，32a雙工字鋼所受最大彎矩Mmax=119.09kN·m，32a雙工字鋼截面系數(shù)W=692cm3，則拉應(yīng)力σ=M÷W=172.09MPa＜ [σ]=215MPa。

綜上所述，文章所設(shè)計(jì)的胸墻底模系統(tǒng)完全滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

5 應(yīng)用優(yōu)勢

采取反吊梁法進(jìn)行底模安裝與拆除的胸墻施工，其優(yōu)勢相當(dāng)明顯，具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：一是底模系統(tǒng)為整體裝拆，施工簡單方便、容易操作，無須水下裝拆底模系統(tǒng)以及修補(bǔ)沉箱上預(yù)埋的圓臺(tái)螺母孔洞；二是底模安裝時(shí)所有人工操作在沉箱頂以上，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)；三是采取整體安裝的工藝，底模的預(yù)拱、各部位的檢查調(diào)整等均在陸上進(jìn)行，并可事先進(jìn)行，從而提高了施工效率；四是底模系統(tǒng)可重復(fù)使用，顯著減少了材料損耗，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益，踐行文明施工的理念。

6 結(jié)束語

綜上所述，反吊梁法在胸墻中的應(yīng)用優(yōu)勢明顯，能極大地提高施工效率，降低項(xiàng)目施工成本，其應(yīng)用前景較為廣泛。在類似水運(yùn)工程的胸墻施工過程中，可借鑒該方法進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新，從而提高項(xiàng)目整體施工效率及質(zhì)量。