灌渠渡槽工程高大組合支撐體系施工技術(shù)

李銳

（中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴陽(yáng) 550081）

1 工程概況

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程西干渠標(biāo)段弄石渡槽全長(zhǎng)555 m（不含進(jìn)出口漸變段），樁號(hào)XG20+865.230～XG21+420.230，槽身截面為矩形；下部結(jié)構(gòu)包含單排架、實(shí)心墩和空心墩；基礎(chǔ)形式包含擴(kuò)大基礎(chǔ)、承臺(tái)樁基礎(chǔ)；單槽橫斷面尺寸為內(nèi)輪廓2.4 m（凈寬）×2.0 m（凈高）；設(shè)計(jì)流量4.0 m3/s，坡降1/2 000。渡槽共有28 跨，其中，7#～9#、20#～25#共9 跨的跨度為30 m，為B 類槽身混凝土；其余19 跨的跨度為15 m，為A 類槽身混凝土。渡槽槽身采用C45W6F100 鋼筋混凝土。

2 主要難點(diǎn)分析

由于渡槽位于山區(qū)，施工場(chǎng)地狹窄，地形起伏較大，施工難度主要集中在槽身上，且在沖溝中，排架高度較高，B 類槽身跨度達(dá)到30 m，排架最高高度達(dá)58 m，常規(guī)施工方法不能滿足施工安全及進(jìn)度要求。因此，弄石渡槽采用常規(guī)施工方法與特殊施工方法相結(jié)合的方式進(jìn)行施工，即弄石渡槽B 類槽身30 m 跨度C45 預(yù)應(yīng)力槽身采用模板支撐結(jié)構(gòu)，主要采用φ630 mm 鋼管柱+貝雷片+滿堂架支撐施工，A 類槽身15 m 跨度C45 非預(yù)應(yīng)力槽身采用碗扣式鋼管滿堂腳手架施工。

3 渡槽支撐體系主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）每個(gè)空心墩內(nèi)側(cè)搭設(shè)2 根鋼管柱，渡槽2 個(gè)空心墩基礎(chǔ)承臺(tái)和跨中新建1 個(gè)5.5 m×5.5 m×2 m 的基礎(chǔ)作為支架承載基礎(chǔ)，同時(shí)，跨中基礎(chǔ)上搭設(shè)4 根為1 組的鋼管柱作為支承。鋼管柱采用φ630 mm×12 mm 鋼管，豎向采用法蘭盤(pán)連接，靠近水平方向與墩柱連接且設(shè)置橫撐。

2）在鋼管柱頂端安裝2I45C 雙拼工字鋼，長(zhǎng)度為7 m；在安裝2I45C 雙拼工字鋼時(shí)，必須設(shè)置限位板，防止2I45C 雙拼工字鋼側(cè)移和傾覆；在2I45C 雙拼工字鋼的支點(diǎn)部位增加加勁肋，以防止局部應(yīng)力過(guò)大。

3）在2I45C 雙拼工字鋼上安裝8 片貝雷片；在貝雷片上橫向布設(shè)[14 槽鋼，長(zhǎng)7 m，間距為80 cm。

4）槽鋼上布置φ48 mm 鋼管，鋼管上布置頂撐，頂撐上布置I16 工字鋼，工字鋼上安裝鋼模板。

5）跨中鋼管柱各從頂部沿橫向兩邊共引出4 道纜風(fēng)繩至地面，通過(guò)預(yù)先澆筑的1 m×1 m×1 m 混凝土塊拉緊固定，以增加跨中鋼管柱穩(wěn)定性，然后在鋼管柱頂部通過(guò)工字鋼橫梁、貝雷梁、分配梁搭建形成組合支架[1]。

4 支撐體系相關(guān)參數(shù)計(jì)算

4.1 I 16 工字鋼橫梁強(qiáng)度計(jì)算

渡槽槽身鋼筋混凝土自重荷載及模板自重荷載由34 根橫向I16 工字鋼承擔(dān)。工字鋼橫梁上的荷載主要包含永久荷載和可變荷載，永久荷載包括鋼筋混凝土重量、模板重量及支架自重；可變荷載包含施工荷載。

槽身下部墩柱凈間距27 m，工字鋼間距0.8 m，共計(jì)34 根。

1）每跨槽身總重：68.4 m3×26 kN/m3=1 778.4 kN（根據(jù)圖紙每跨槽身68.4 m3）。

2）每跨模板總重為：703 kN（過(guò)磅重量）。

3）I16 工字鋼自重標(biāo)準(zhǔn)值：0.205 kN/m，長(zhǎng)7 m，共計(jì)34根，總重48.8 kN。

4） 每跨施工人機(jī)、下料沖擊力、振搗荷載總值為：（2.5+2）kN/m3×3 m×27 m=365 kN（施工人員機(jī)具荷載取2.5 kN/m2；下料沖擊力、振搗荷載取2.0 kN/m2，槽身底寬3 m，槽身墩柱間凈跨度27 m）。

5）施工活荷載總值為：365+1×3×27=446 kN（施工均布活荷載取1.0 kN/m2）。

6） 施工總荷載：P1=1.3×（1 778.4+703+48.8）+1.5×446=3 958 kN。

標(biāo)準(zhǔn)組合：P2=1 778.4+703+47.8+446=2 975.2 kN。

模板下部I16 工字鋼共計(jì)34 根。作用在模板上橫向工字鋼的均布荷載（按有效長(zhǎng)度3 m 計(jì)算）為：q1=P1/（34×3）=38.8 kN/m。

底部I16 工字鋼彎矩最大值為：Mmax=q1l2/8=38.8×32/8=43.7 kN·m，截面抗彎模量W=141 cm3。

根據(jù)應(yīng)力公式：

δm=Mmax/W=43.7×106/1.41×106=31N/mm2＜[σ]=205N/mm2，滿足要求，且遠(yuǎn)小于最大容許應(yīng)力值，可不進(jìn)行剛度驗(yàn)算。

4.2 貝雷梁支架結(jié)構(gòu)受力計(jì)算

滿堂架所受荷載通過(guò)34 根[14 槽鋼傳遞至貝雷梁，槽鋼長(zhǎng)7 m，間距0.8 m，滿堂支架立桿放于槽鋼和貝雷架的交點(diǎn)。取單排單層加強(qiáng)貝雷片的允許彎矩[M]=1 687.5 kN·m，允許剪力[Q]=245.2 kN，則：

8 排貝雷片的允許彎矩[M]=13 500 kN·m；

8 排貝雷片的允許剪力[Q]=1 961.6 kN。

查規(guī)范得每片貝雷片質(zhì)量為270 kg，加強(qiáng)弦桿質(zhì)量為80 kg，即3.5 kN/片，每排布置9 片貝雷片，共布置8 排，則每排貝雷梁自重：3.5×9=31.5 kN。

荷載計(jì)算值P3=（1.3×1 778.4+1.4×703+1.3×48.8+1.3×40.4+1.3×0.145×34×7+1.3×31.5×8+1.5×446）/（8×27）=20.6 kN/m。

標(biāo)準(zhǔn)組合q1=（1 778.4+703+48.8+40.4+0.145×34×7+31.5×8+446）/（8×27）=15.3 kN/m。

Mmax=0.086 9ql2=0.086 9× 20.6×11.752=247.2 kN·m＜[M]=1 687.5 kN·m；

Key words: new engineering construction; basis of computer engineering; course system

Qmax=0.583ql=0.583×20.6×11.75=141.1 kN＜[Q]=245.2 kN；

fmax=0.521×qll4/（100EI）=0.521×1.53×17 504/（100×1213×577×1 015）=0.22 mm%＜[f]=L/400=9.4 mm。

5 總體搭設(shè)步驟

施工過(guò)程中，渡槽利用獨(dú)立基礎(chǔ)和新增基礎(chǔ)作為支承，通過(guò)搭設(shè)鋼管柱、貝雷梁等構(gòu)件形成受力支架體系，總體施工步驟如下。

1）緊靠空心墩的鋼管柱搭設(shè)首先采用50 t 吊車配合進(jìn)行鋼管柱安裝，待鋼管柱超過(guò)40 m 時(shí)采用100 t 吊車配合進(jìn)行鋼管柱安裝，鋼管柱底座與承臺(tái)采用預(yù)埋螺栓固定，每隔4 m與空心墩采用φ25 mm 鋼筋抱箍固定，防止偏移和傾覆；2 個(gè)空心墩中間的鋼管柱為4 根，與基礎(chǔ)預(yù)埋的螺栓固定，4 根鋼管柱之間兩兩用槽鋼斜撐和平撐固定，再?gòu)匿摴苤敳扛饕?根鋼絞線沿橫向兩邊與地上預(yù)澆的1 m×1 m×1 m 混凝土塊拉緊固定，混凝土塊上壓沙袋增加自重。

2）鋼管柱頂端放置7 m 長(zhǎng)2I45 雙拼工字鋼橫梁。

3）橫梁上部縱向鋪設(shè)8 組貝雷梁，與橫梁接觸點(diǎn)設(shè)置限位鋼板，防止偏移。

4）8 組貝雷梁安裝完成后，按照橫向80 cm 間距鋪設(shè)槽鋼，兩端不足80 cm 則緊靠貝雷梁端頭放置。

5）貝雷梁安裝完成后在槽鋼上采用φ48 mm 鋼管搭設(shè)支架，支架上鋪設(shè)I16 工字鋼。

6）完成上述桿件安裝和節(jié)點(diǎn)加固后，即可開(kāi)始進(jìn)行槽身模板安裝。

7）渡槽槽身模板采用定型鋼模，由底模、外模、外模支撐、內(nèi)模、內(nèi)模支撐架組。

8）模板安裝根據(jù)現(xiàn)在實(shí)際情況和排架高度采用汽車吊吊裝，先對(duì)槽身模板底模和外模進(jìn)行安裝，在完成鋼筋制安后安裝內(nèi)模。

6 吊裝設(shè)備的選擇

本工程吊裝作業(yè)主要為鋼管柱、貝雷片、模板、鋼筋吊裝，最大吊裝重量為貝雷片整體吊裝，吊裝重量31.5 kN。經(jīng)幾次現(xiàn)場(chǎng)勘查，測(cè)量吊裝半徑（起重機(jī)的幅度）為16 m，起吊高度（到底檻）至少為50 m，起重機(jī)的主臂伸出長(zhǎng)度約為56 m，根據(jù)起重機(jī)的特性曲線選定起重量為25 t 和100 t 的吊車。

7 平臺(tái)預(yù)壓

7.1 預(yù)壓荷載

槽殼施工荷載包括槽殼混凝土土結(jié)構(gòu)自重、模板重量，單跨總荷載為1 991 kN。支撐體系安裝完成后采用噸袋裝土料進(jìn)行預(yù)壓，支撐平臺(tái)預(yù)壓荷載不小于施工總荷載1.1 倍，預(yù)壓前采用膠合板或彩條布鋪在模板上，保護(hù)模板不被受損和污染。首跨移動(dòng)平臺(tái)安裝完成后，按設(shè)計(jì)荷載的0、60%、80%、100%、110%進(jìn)行4 級(jí)加載，并測(cè)得各級(jí)荷載下跨中、1/3 跨（2/3 跨）變形值。

7.2 預(yù)壓程序

預(yù)壓試驗(yàn)施工程序：試驗(yàn)準(zhǔn)備（技術(shù)交底、施工組織等）→支承體系安裝就位→支撐體系全面自檢→預(yù)壓前聯(lián)合驗(yàn)收→觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)記布設(shè)→分級(jí)加載→觀測(cè)讀數(shù)、記錄→終值靜置→觀測(cè)、分析數(shù)據(jù)，然后確定是否繼續(xù)下一級(jí)堆載預(yù)壓→全面檢查→卸載→觀測(cè)結(jié)果整理、分析→投入使用前全面聯(lián)合驗(yàn)收→支撐體系投入使用。

7.3 預(yù)壓方法

支撐體系完成后在第24 跨進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓前移動(dòng)支承平臺(tái)進(jìn)行全面檢查：支撐體系整體安裝位置正確，模板中線及高程符合設(shè)計(jì)要求；貝雷架、型鋼各構(gòu)件之間的結(jié)合面密貼。各部位接頭處的連接螺栓符合設(shè)計(jì)，無(wú)松動(dòng)或其他異常現(xiàn)象；預(yù)壓所用的機(jī)具、材料準(zhǔn)備充足。

7.3.1 加載部分工作

加載前先按照荷載分級(jí)重量配置好預(yù)壓材料，預(yù)壓材料采用吊車吊運(yùn)至平臺(tái)上，人工配合均勻鋪設(shè)。預(yù)壓材料鋪設(shè)從下至上逐層進(jìn)行，先中間后兩端，均勻滿鋪；支撐體系預(yù)壓加載時(shí)采用分級(jí)方式進(jìn)行；加載順序?yàn)?、60%、80%、100%、110%。每加載一級(jí)載荷，均對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，并做詳細(xì)記錄，在數(shù)據(jù)分析時(shí)與卸載時(shí)的撓度進(jìn)行比較，并且每加一級(jí)荷載后，對(duì)支撐體系所有螺栓、銷軸等連接部位重新進(jìn)行一次全面檢查，尤其對(duì)主梁螺栓要進(jìn)行全面檢查，確保施工安全。

7.3.2 卸載部分工作

支撐體系預(yù)壓卸載時(shí)仍采用分級(jí)方式進(jìn)行，按照加載相反的順序進(jìn)行卸載；卸載順序?yàn)?10%、100%、80%、60%、0，每卸下一級(jí)載荷，均對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行一次測(cè)量，并作詳細(xì)記錄，在數(shù)據(jù)分析時(shí)與加載時(shí)的撓度進(jìn)行比較；卸載完成后，再一次對(duì)支撐體系進(jìn)行全面檢查，并對(duì)模板及側(cè)模支撐進(jìn)行檢查，看是否有變形。

7.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

根據(jù)本工程的特點(diǎn)和實(shí)際情況，每根鋼管柱每8 m 布設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)鋼管柱垂直度。貝雷架布置6 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，貝雷架1/4 跨度、1/2 跨度和3/4 跨度處左右兩側(cè)各布置1 個(gè)。

8 結(jié)語(yǔ)

在高大渡槽施工過(guò)程中，支撐體系技術(shù)方案選擇一直都是一大難題，既要滿足安全施工的條件又要考慮經(jīng)濟(jì)性及實(shí)用性。本文通過(guò)對(duì)各種方案進(jìn)行比對(duì)，達(dá)到了各項(xiàng)參數(shù)的平衡，并結(jié)合實(shí)際案例驗(yàn)證了此方案，采用鋼管柱+貝雷片+滿堂架組合支撐體系施工技術(shù)，減少了支撐體系基礎(chǔ)混凝土和鋼管的用量，節(jié)約了工程建設(shè)投資，降低了施工安全風(fēng)險(xiǎn)，大大加快了工程施工進(jìn)度。