劉立清,周恩寧
(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610000)
彭水電站升船機(jī)中箱板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其縱向長度為66.9 m,橫向跨度為18.0 m,箱板高度為3.85 m,箱板底面距離廂室底部凈空高度為83.15 m。
升船機(jī)中箱板上下兩層各為60 cm厚板,縱橫向由12根90 cm厚連續(xù)梁將中間圍成26個(gè)獨(dú)立空腔,其中最大空腔結(jié)構(gòu)尺寸為7.5 m×5.2 m×2.65 m,整個(gè)箱板混凝土工程量近3000 m3。箱板基本結(jié)構(gòu)見圖1中斜線陰影部分。
由于箱板結(jié)構(gòu)尺寸和自重較大(混凝土厚度達(dá)3.85 m),凈空高度達(dá)83.15 m,若采用常規(guī)滿堂腳手架支撐,支撐架自重及混凝土荷載較大,穩(wěn)定性難以滿足要求,且腳手架工程量大,占用和拆除時(shí)間較長,對(duì)后續(xù)升船機(jī)承船廂安裝施工進(jìn)度有較大影響。因此,在確保支撐穩(wěn)定和施工工期的基礎(chǔ)上,最終選擇采取雙斜撐工字鋼支撐作為中箱板的承重平臺(tái)。
雙斜撐支撐選用I36a型工字鋼作為橫梁,全長16.0 m,橫梁采用4.0 m和12 m材料進(jìn)行焊接拼裝。橫梁底部高程為EL284.5。斜撐分兩道,第一道斜撐采用I20a工字鋼,在距邊2.1 m處布置,長為4.04 m,第二道斜撐采用I28a工字鋼,與第一道斜撐間距3.0 m布置,長度為8.21 m。斜撐角度為45°。在斜撐與橫梁相交處兩側(cè)各焊接兩塊10 mm厚加勁鋼板。為便于支撐拆除后周轉(zhuǎn)使用,橫梁及斜撐端部均不埋入混凝土內(nèi),而是焊接在工字鋼承臺(tái)上。
圖1 升船機(jī)中箱板支撐結(jié)構(gòu)示意
圖2 升船機(jī)中箱板支撐結(jié)構(gòu)實(shí)際形象
支撐布置間距為60 cm,連續(xù)梁部位加密為33 cm,同時(shí),為了確保支撐平臺(tái)整體剛性,在支撐安裝就位后,采用36鋼筋按間距80 cm將所有支撐焊接固定(圖1、圖2)。
由于升船機(jī)中箱板縱向長度近67 m,若從上游至下游連續(xù)布置支撐,共需要安裝支撐達(dá)126榀,鋼材用量約270 t,加上當(dāng)時(shí)國內(nèi)鋼材價(jià)格居高不下,給成本控制增加了較大壓力。為此,在多次與設(shè)計(jì)單位溝通后,最終將整個(gè)中箱板分為五段進(jìn)行施工。施工時(shí)先施工第一段和第五段,再施工第二段和第四段,最后施工第三段。這樣,支撐施工可按照箱板施工順序先施工第一、五段,待第一、五段箱板混凝土澆筑完成后,將此兩段支撐切割后平移至第二、四段使用,第二、四段箱板混凝土澆筑完成后支撐又可周轉(zhuǎn)至第三段使用,全部完成箱板施工僅需投入兩段的支撐,共54榀,投入鋼材約150 t(含承臺(tái)工字鋼量),較滿鋪節(jié)約鋼材近120 t。支撐分段布置見圖3。
箱板支撐布置間距為0.6 m,經(jīng)計(jì)算箱板混凝土為2927 m3,平均厚度為2.43 m,支撐計(jì)算如下。
圖3 升船機(jī)中箱板支撐分段施工示意
2.3.1 箱板施工主要荷載
q1=37.19 kN/m;(鋼筋混凝土荷載);q2=3.8 kN/m;(模板、架管荷載);q3=1.18 kN/m;(工字鋼橫梁自重);q4=3.0 kN/m(施工動(dòng)荷載)。
取單榀橫梁為計(jì)算對(duì)象,根據(jù)不利荷載原則,將其簡化為連續(xù)不等跨簡支梁,形式及荷載分布如圖4。
圖4 單榀橫梁受力
根據(jù)計(jì)算結(jié)果,橫梁最大彎矩發(fā)生在跨中部位,最大彎矩Mmax=126.48 kN·m,最大剪力發(fā)生在第三跨支點(diǎn)部位,Qmax=164.4 kN。
2.3.2 橫梁
橫梁為I36a工字鋼,截面Wx=875 cm3;截面面積A=76.3 cm2;
由公式 σy=Mmax/Wx得 σy=144.55 MPa<[fy]=215 MPa,抗彎滿足要求。
由公式 σv=Qmax/A 得 σv=21.55 MPa< [fv]=125 Mpa,抗剪滿足要求。
2.3.3 長斜撐
長斜撐為I28a工字鋼,查得I28a截面面積55.45 cm2,ix=11.32,將斜撐下端視為固端,上端視為鉸支,取 μ=1.0,則:
Q235鋼材λp=100>λs=61.4,所以長斜撐為中柔度桿,長斜撐破壞為穩(wěn)定破壞,由臨界應(yīng)力公式σcr=a-bλ,Q235 鋼 a=304 MPa,b=1.12 MPa,可得:
(F為長斜撐支點(diǎn)兩側(cè)剪力和)
因 σcr/σ =222.822/71.74=3.11 >[nst]=2,所以斜撐穩(wěn)定性滿足要求。
(1)中箱板混凝土自重大,對(duì)支撐穩(wěn)定性、施工質(zhì)量要求較高。
(2)支撐承臺(tái)工字鋼預(yù)埋精度要求高、埋設(shè)工程量大;工字鋼支撐自重較大,吊裝和高空焊接施工困難,施工難度較大。
(3)中箱板底面凈空高度達(dá)83.15 m,高空作業(yè)安全隱患大。
支撐架所用工字鋼均選用熱軋普通工字鋼。支撐架施工程序?yàn)?埋設(shè)承臺(tái)工字鋼→橫梁工字鋼焊接→斜撐焊接→焊接連接筋→鋪木板形成平臺(tái)→搭設(shè)腳手架。
第一層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL278.45,當(dāng)兩側(cè)筒體混凝土施工至EL278.45時(shí),由測(cè)量人員精確放出工字鋼埋設(shè)位置和埋設(shè)高程。第一層埋設(shè)的工字鋼為I25a工字鋼,全長1.5 m,外露0.7 m,埋入混凝土內(nèi)0.8 m。
第二層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL281.44,工字鋼選用I20a型,全長1.5 m,外露0.7 m,埋入混凝土內(nèi)0.8 m,埋設(shè)間距和第一層相同,工字鋼中心保持和第一層承臺(tái)工字鋼中心在同一鉛垂線上。
第三層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL284.22,工字鋼選用I28a型,全長2.5 m,外露0.7 m,埋入混凝土內(nèi)1.8 m。所有工字鋼承臺(tái)埋入端和筒體內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋點(diǎn)焊。在承臺(tái)工字鋼埋設(shè)時(shí),承臺(tái)位置由測(cè)量儀器定位,保證埋設(shè)精度。埋設(shè)工字鋼及進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制,確保三層工字鋼承臺(tái)上下和縱向均保持一致。
橫梁采用I36a型工字鋼,單根橫梁全長16.0 m,由4.0 m和12 m的工字鋼材料焊接而成。工字鋼切割采用氧炔焰進(jìn)行,焊接用電焊。工字鋼切割前,將割口部位擦洗干凈,除去銹漬。切割時(shí)控制好切割方向和進(jìn)度,所有割口均一次切割形成,保證切口整齊、平順。工字鋼橫梁焊接采用對(duì)接焊,焊接前將接頭打磨處理干凈,然后將接口點(diǎn)固,再采用兩把焊槍,兩邊間隔10 cm對(duì)稱焊接,焊接時(shí)從上到下緩慢進(jìn)行,保證焊縫充分熔透。同時(shí)為了保證接頭的抗剪抗彎性能,在工字鋼接頭處上下面各加焊一塊水平蓋板,腹板兩側(cè)各加一塊垂直蓋板,蓋板用鋼板制成,水平板厚20 mm,寬120 mm,長500 mm,焊縫高度10 mm,垂直板厚12 mm,長360 mm,短邊寬120 mm,長邊寬270 mm。
橫梁切割、焊接均在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行,焊接完成的工字鋼通過質(zhì)量驗(yàn)收后整齊堆放,做好防護(hù)措施,在完成第三層工字鋼承臺(tái)混凝土施工后開始吊裝。利用升船機(jī)QZT5013塔機(jī)將橫梁吊裝至第三層承臺(tái)位置,對(duì)接好后將橫梁緩慢放置在承臺(tái)上,然后將其焊接固定在承臺(tái)上。在完成一榀安裝后應(yīng)立即和相鄰橫梁用L50角鋼加固,保證其穩(wěn)定。施工過程中注意對(duì)橫梁進(jìn)行保護(hù),任何情況下不拆除橫梁的臨時(shí)支撐。防止橫梁傾斜或移位。
斜撐焊接待橫梁埋設(shè)層混凝土拆模后再進(jìn)行,長斜撐采用I28a工字鋼,長8.21 m,短斜撐采用I20a工字鋼,長4.04 m,斜撐和下端預(yù)埋的工字鋼承臺(tái)焊接牢固,上端和橫梁焊接。焊接作業(yè)由專業(yè)焊工進(jìn)行,焊縫高度不小于8 mm,并在每個(gè)焊接點(diǎn)處加焊加勁肋板, 肋板厚10 mm,短邊長度大于30 cm。斜撐焊接完成,用36鋼筋將所有的長斜撐、橫梁焊接連成整體,鋼筋間距80 cm。
支撐平臺(tái)形成,在平臺(tái)上按照常規(guī)方法搭設(shè)滿堂腳手架,進(jìn)行廂梁第一層立模、混凝土澆筑施工。腳手架立桿落在工字鋼上,順?biāo)蜷g距和工字鋼間距相同,垂水向間距60 cm,步距50 cm。
支撐平移施工程序?yàn)?支撐拆除→軌道安裝→牽引平移→安裝。
因作業(yè)面凈高高度大,為確保切割工字鋼作業(yè)人員安全,作業(yè)前先制作一個(gè)簡易吊籃,懸掛在承臺(tái)下方,作為焊縫切割時(shí)的操作平臺(tái)。吊籃采用鋼筋制作,尺寸大小為160 cm×80 cm×100 cm(長×寬×高),主骨架采用16鋼筋,次骨架采用12鋼筋,鋼筋之間焊接固定。在鋼筋骨架焊接完成后,在底板滿鋪3cm厚木板,四周采用2.6機(jī)編網(wǎng)環(huán)繞。
支撐橫梁和斜撐與承臺(tái)的焊縫切割采用氧炔焰進(jìn)行割除,切割施工根據(jù)工字鋼結(jié)構(gòu),遵照“從下至上”的原則進(jìn)行。每榀工字鋼支撐共需切割六處。切割前先對(duì)待切割工字鋼兩端采用手拉葫蘆進(jìn)行預(yù)緊懸吊的方式進(jìn)行穩(wěn)定。避免在焊縫快切割完成后,支撐發(fā)生失穩(wěn)情況。
切割完成后,手拉葫蘆將工字鋼吊起一定距離,然后每側(cè)采用3根<80角鋼(角部朝上)焊接在工字鋼承臺(tái)作為平移軌道,并在軌道上涂抹一層黃油以減小滑移阻力。
軌道準(zhǔn)備完成后將已切割支撐緩慢放置軌道上,在兩端分別系一根鋼絲繩,后采用定滑輪輔助,卷揚(yáng)機(jī)牽引的平移方式,將支撐滑移至指定安裝位置,再用手拉葫蘆將支撐吊起,拆除軌道后開始進(jìn)行支撐安裝。
實(shí)踐證明,升船機(jī)中箱板支撐采用雙斜撐支撐結(jié)構(gòu)是可行的。支撐架不僅滿足了升船機(jī)中箱板大跨度、高凈空、大體積混凝土支撐的安全穩(wěn)定需要,同時(shí),支撐平移周轉(zhuǎn)使用也節(jié)約了大量鋼材,大大降低了施工成本,經(jīng)濟(jì)效果明顯,希望能為類似工程提供參考。