劉正科

（湖南省水利水電工程總公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

栗子塘水電站位于湖南省新寧縣回龍寺鎮(zhèn)境內(nèi)，資水一級(jí)支流——夫夷水下游，距新寧縣城59km，距回龍鎮(zhèn)8km。工程以發(fā)電為主，兼有通航、養(yǎng)殖等綜合效益。壩址控制流域面積3541km2，占夫夷水總流域面積4554 km2的77.76%，多年平均流量102m3/s。電站裝機(jī)容量為3.2kW×3臺(tái)。

大壩為混凝土閘壩，共分為9孔，每孔凈寬15m，為底流消能方式；壩頂公路橋上部構(gòu)造采用16.6m現(xiàn)澆混凝土整體T型簡(jiǎn)支梁設(shè)計(jì)，公路橋底梁至溢流面最大高度為11.9m；因公路橋施工時(shí)為主汛期，大壩圍堰設(shè)計(jì)為10年一遇過(guò)水圍堰，有可能洪水漫過(guò)上、下游圍堰而淹沒(méi)整個(gè)基坑；設(shè)計(jì)方要求橋梁施工時(shí)下部支承架必須采取架空形式以便汛期洪水過(guò)流，故不能采用普通鋼管滿(mǎn)堂腳手架支撐；因T型梁4根為整體設(shè)計(jì)，自重（145t）大，也無(wú)法采取吊裝方案。

2 鋼構(gòu)件承重架設(shè)計(jì)與計(jì)算

設(shè)計(jì)思路：采用鋼桁架連續(xù)梁和鋼管立柱支撐設(shè)計(jì)方案。鋼管立柱共12根，縱向3排，均間距為3.75m；立柱上采用鋼桁架縱梁連接，鋼桁架縱梁上按設(shè)計(jì)的4道混凝土T型梁布置4排鋼桁架橫梁，橫梁采用二跨等跨連續(xù)梁連接形式；所有鋼構(gòu)件均采用螺栓連接穩(wěn)固又便于裝拆；橫梁上面再鋪方木、模板形成一個(gè)統(tǒng)一整體。所有鋼構(gòu)件利用現(xiàn)有施工塔吊裝拆到位（附圖）。

2.1 設(shè)計(jì)荷載計(jì)算：?jiǎn)慰坠窐蛟O(shè)計(jì)荷載計(jì)算

（1）每孔靜荷載計(jì)算：每孔公路橋混凝土重量為:55 m3×25kN/m3=1443.75kN。

（2）每孔設(shè)計(jì)靜荷載：G=1.2×1443.75=1732.5kN（靜載系數(shù)1.2），折算成均布荷載q1=28.88n/mm。

（3）設(shè)計(jì)動(dòng)荷載：

●施工人員行走和施工料具運(yùn)輸或堆放的荷載：根據(jù)DL/T5110-2000規(guī)范取值為2.5kN/m2。

●傾倒混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載：根據(jù)DL/T5110-2000規(guī)范取值為2.0kN/m2。

●振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載：根據(jù)DL/T5110-2000規(guī)范取值為2.0kN/m2。

以上相加，則設(shè)計(jì)動(dòng)荷載為：1.4×6.5=9.1kN/m2（動(dòng)載系數(shù)1.4）換算為均布荷載q2=0.61n/mm。

（4）總均布荷載為q=29.49n/mm。

2.2 等跨連續(xù)梁計(jì)算

鋼管立柱跨距I為3.75m；根據(jù)計(jì)算出來(lái)的動(dòng)、靜荷載及橋面有關(guān)幾何數(shù)據(jù)計(jì)算得出二跨等跨連接梁線(xiàn)性均布荷載值為q=29.49n/mm。

設(shè)定承載等跨連續(xù)梁為材質(zhì)為Q235b的槽鋼，其彈性模量為E=2.6×105n/mm2，混凝土的彈性模量為E=2.1× 104n/mm2，槽鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為[σ]=215n/mm2。

附圖 壩頂公路橋現(xiàn)澆承重結(jié)構(gòu)圖

經(jīng)計(jì)算：四跨等跨連續(xù)梁最大彎矩:M=Kmql2=0.077× 29.49n/mm×37502=3193.21kn/cm（Km為彎矩系數(shù)）。

四跨等跨連續(xù)梁最大剪力:V=Kvql=0.446×25.79×3750= 49.32kN（Kv為剪力系數(shù)）。

由等跨連續(xù)梁最大彎矩M=3193.21Kn/cm計(jì)算得出最小截面抵抗矩Wmin：

Wmin=M/[σ]=31932140.63n.mm/215n/mm2=148.52cm3

考慮到結(jié)構(gòu)需要，選2根支尖靠支尖的槽鋼組合而成連續(xù)梁;查槽鋼組合截面表得：

2 [16a：截面慣性矩I=1732cm4，截面抵抗矩W=216cm3；

2 [18a：截面慣性矩I=2540cm4，截面抵抗矩W=282cm3；

2 [20a：截面慣性矩I=3560cm4，截面抵抗矩W=356cm3。

考慮其穩(wěn)定性要求:l1=375cm查表并經(jīng)插入法得出每根[20a所承受的彎矩值為2315Kn/cm，則2根[20a所承受的彎矩值為2315×2=4630Kn/cm＞四跨等跨連續(xù)梁實(shí)際最大彎矩2792.57kn/cm，故用2根支尖靠支尖的槽鋼組合而成連續(xù)梁抗彎強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。另外其抗剪能力亦可滿(mǎn)足要求。

該二跨等跨連續(xù)梁的繞度經(jīng)計(jì)算為:

W=Kwql4/（100EI）=0.967×29.49×37504/（100×2.6×105× 35600000）=0.61mm。

由此可知:選用2根支尖靠支尖的槽鋼組合而成連續(xù)梁（2[20a）合適。

2.3 鋼管立柱支撐計(jì)算

根據(jù)鋼管立柱受力狀態(tài)，可簡(jiǎn)化為下端固定，上端簡(jiǎn)支的受力模型，其長(zhǎng)度系數(shù)取μ=0.7則計(jì)算長(zhǎng)度為l0=μl= 0.7×1100=770cm，又經(jīng)計(jì)算各根立柱均載為N=147.45kN。

根據(jù)規(guī)范要求：長(zhǎng)細(xì)比[λ]＜150。

選定鋼管為:Φ180×8 i=0.35（d+D）/2=0.35×（16.4+18）/2=6.02

λ=l0/I=770/6.02=128＜[λ]=150因此所選Φ180×8鋼管適用。計(jì)算：截面慣性矩I=π/64×（D4-d4）=π/64×（184-16.44）=1602cm4

截面抵抗矩 W=π/32×（D4-d4）/D4=π/32×（184-16.44）/ 184=178cm3

由λ=128查得穩(wěn)定系數(shù)Φ=0.445，計(jì)算鋼管立柱截面積A=π/4×（D2-d2）=43cm2

σ=N/（Φ.A）=147450/（0.445×4300）=77.06Mp＜[σ]= 166.7Mp

可知鋼管立柱穩(wěn)定性符合要求。

3 鋼構(gòu)件制作與施工

鋼構(gòu)件承重架按兩孔加工。結(jié)合工地現(xiàn)場(chǎng)條件，加工場(chǎng)地布置在大壩下游，并在塔吊QTZ5417的工作半徑范圍內(nèi)。由塔吊直接吊運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝。金屬結(jié)構(gòu)型材必須采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的正規(guī)廠(chǎng)家生產(chǎn)的產(chǎn)品，且“三證”齊全，并由有經(jīng)驗(yàn)的電焊工進(jìn)行焊接，焊縫質(zhì)量必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和國(guó)家規(guī)范要求。

公路橋承重結(jié)構(gòu)安裝順序：立柱全部就位→搭設(shè)操作平臺(tái)▽251.2→縱梁連接→橫梁連接→連系桿焊接→加固件焊接；

鋼構(gòu)件安裝完畢后，在承重結(jié)構(gòu)跨中立柱的上下游側(cè)各加一斜撐（材料同立柱），斜撐角度為45°～60°；另外兩排立柱則利用閘墩上的絲桿在整個(gè)立柱高度平均設(shè)三層連墻件（焊結(jié)），與閘墩邊夾角不大于45°；連墻件長(zhǎng)度超過(guò)3m時(shí)在中部設(shè)加強(qiáng)桿。

4 施工控制要點(diǎn)

（1）模板在安裝時(shí)按混凝土結(jié)構(gòu)物的施工圖進(jìn)行測(cè)量放樣，并設(shè)置足夠的臨時(shí)固定設(shè)施，以防變形和傾覆；梁的模板應(yīng)起拱3%，起拱高度為45mm。模板拆除時(shí)，混凝土強(qiáng)度應(yīng)符合施工規(guī)范的規(guī)定。

（2）鋼筋制安：在加工廠(chǎng)加工完成后由塔吊吊運(yùn)入倉(cāng)面進(jìn)行綁扎。直徑小于或等于25mm的鋼筋采用焊接時(shí)，直接搭接焊接單面焊縫長(zhǎng)度為10倍的鋼筋直徑，雙面為5倍的鋼筋直徑。

（3）混凝土澆筑：嚴(yán)格按承重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，按先澆中間兩根梁，再澆上、下游兩根梁的順序進(jìn)行混凝土澆筑；混凝土澆筑施工采用平鋪法施工，鋪料從倉(cāng)面的一端向另一端分層鋪料，鋪料厚度控制在（30～40）cm之間，混凝土入倉(cāng)垂直落距小于2.0m。具體根據(jù)混凝土入倉(cāng)工、鋪料允許間隔時(shí)間和振搗器性能及氣溫等因素確定?；炷疗絺}(cāng)采取人工與振搗器相結(jié)合的方式，靠近模板、鋼筋密集、預(yù)埋件的地方采用人工打鏟平倉(cāng)，其它部位采取振搗器直接平倉(cāng)。在搗固各層混凝土?xí)r，混凝土工必須加強(qiáng)平倉(cāng)振搗，振搗器保持直立位置操作，振搗時(shí)間應(yīng)以混凝土不再顯著下沉，不出現(xiàn)氣泡，開(kāi)始泛漿為準(zhǔn)。振搗器插移動(dòng)距離不超過(guò)其有效半徑的1.5倍，并插入下層混凝土50mm，順序依次，方向一致，以保證上、下層的結(jié)合，避免漏振。

（4）高溫期混凝土澆筑溫控措施：混凝土運(yùn)輸工具用潮濕的麻帶片遮陽(yáng)，縮短混凝土暴曬時(shí)間；在倉(cāng)面設(shè)足夠噴霧器（用高壓水做水源），降低倉(cāng)面的氣溫，并將混凝土澆筑盡量安排在下午4點(diǎn)以后施工，避開(kāi)高溫時(shí)段；倉(cāng)面準(zhǔn)備潮濕的麻帶片以在高溫時(shí)間來(lái)遮蓋新入倉(cāng)的混凝土，減少日光直曬混凝土?xí)r間；養(yǎng)護(hù)期間混凝土表面須覆蓋麻帶片，并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)使之保持潮濕。提前做好防雨水準(zhǔn)備，預(yù)備好彩條布，當(dāng)混凝土澆筑過(guò)程下大雨致使暫時(shí)停澆時(shí)，必須采取措施將已入倉(cāng)的熟料做好平倉(cāng)振搗處理完成，并將已澆的混凝土外露面用彩條布覆蓋，防止雨水沖走水泥漿。

（5）安全措施：塔吊在使用前，須由操作人員進(jìn)行系統(tǒng)檢查，承重結(jié)構(gòu)吊裝及拆除時(shí)，必須由專(zhuān)人指揮，并統(tǒng)一指揮信號(hào)；混凝土澆筑過(guò)程中，測(cè)量人員必須架設(shè)全站儀、水準(zhǔn)儀加強(qiáng)觀(guān)測(cè)承重結(jié)構(gòu)、模板等的變形移位情況，并作詳細(xì)記錄，出現(xiàn)異常情況，須立即向現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人必須視情況嚴(yán)重程度立即采取不同加固處理措施，甚至停止?jié)仓蛔鳂I(yè)區(qū)域內(nèi)的臨空面一側(cè)均要求搭設(shè)有效的安全防護(hù)欄；為便于掌握承重結(jié)構(gòu)拆除是否具備條件，每跨梁混凝土在澆筑時(shí)需取三組試塊，其中兩組置于現(xiàn)場(chǎng)按同條件養(yǎng)護(hù)，另一組則采取標(biāo)準(zhǔn)條件養(yǎng)護(hù)。

5 結(jié)論性意見(jiàn)

（1）該設(shè)計(jì)方案經(jīng)湖南省水利水電總公司專(zhuān)家組評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)，并得到邵陽(yáng)電業(yè)局業(yè)主和邵陽(yáng)市水利水電設(shè)計(jì)院的認(rèn)可實(shí)施。

（2）該設(shè)計(jì)方案只需在現(xiàn)場(chǎng)制作2孔鋼構(gòu)件支撐架，然后利用塔吊吊運(yùn)安裝或拆除，其余7孔則將此2孔鋼構(gòu)件支撐架用于周轉(zhuǎn),既實(shí)用方便又節(jié)約了工程造價(jià)。

（3）該設(shè)計(jì)方案既能有效避免汛期洪水影響的風(fēng)險(xiǎn)，又有利于加快施工進(jìn)度，并確保了工程施工質(zhì)量。每一孔公路橋施工：鋼構(gòu)件安裝3天，裝模4天，鋼筋綁扎3天，混凝土澆筑1天，共11天施工完畢；高溫期間一般11天后通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度就達(dá)到100%可以拆模了；在混凝土澆筑過(guò)程中，測(cè)量人員通過(guò)全站儀、水準(zhǔn)儀觀(guān)測(cè)承重結(jié)構(gòu)、模板等的變形移位情況從未出現(xiàn)過(guò)任何異常情況，所有沉陷值均在1cm以?xún)?nèi)，完全符合其穩(wěn)定性要求，現(xiàn)公路橋一、二期在汛期已順利施工完畢，且經(jīng)受了兩年汛期特大洪水的考驗(yàn)，基坑全部被淹，鋼構(gòu)件沒(méi)出現(xiàn)任何變形，且上部可以繼續(xù)施工，施工工程進(jìn)度均未受到影響，且確保了工程質(zhì)量和施工安全。