趙 啟 強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

槽身模板支架及成套運輸系統(tǒng)在高渡槽施工中的應用

趙 啟 強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

結合毗河供水一期工程書永分干渠高石梯渡槽特點以及現(xiàn)場實際條件，對高渡槽的槽身現(xiàn)澆支架搭設及垂直運輸方案進行了優(yōu)化。介紹了高渡槽現(xiàn)澆支架的設計、施工及其成套運輸系統(tǒng)，可供類似工程施工時借鑒。

高渡槽；鋼板牛腿；貝雷支架；運輸系統(tǒng)；毗河供水一期工程

1 概 述

書永分干渠屬于毗河供水一期工程蟠書灌區(qū)范圍渠系，渠系全長39.137 km，其中渡槽10座、隧洞27座、明(暗)渠41段、倒虹吸1座、取水口1座、分水閘3座。高石梯渡槽樁號為書37+948.933～書38+435.533，全長486.5 m；渡槽標準跨為15 m，16#～18#異型跨段為10.8 m，共計33跨。根據(jù)設計藍圖，渡槽跨河段為最高跨，凈空高度為31.6 m，其中2#～5#、25#～33#為單排架，6#～24#為雙排架。I類單排架尺寸為40 cm×50 cm，II類單排架尺寸為45 cm×70 cm；雙排架尺寸為40 cm×40 cm。

施工區(qū)域處于丘陵溝壑中，該渡槽穿越鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路、水田及河道，現(xiàn)場地形多數(shù)較平直，地形坡度較緩，地面附著物較多，上部土層埋深5～10 m，下部基巖為粉砂質泥巖，特性屬軟巖～較軟巖，抗壓強度一般在30 MPa以內。

2 槽身施工方案的選擇

(1)現(xiàn)澆支架方案的選擇。根據(jù)渡槽所處位置的地形、地貌特點，結合工程實際情況，可供選擇的現(xiàn)澆支架主要有滿堂腳手架(扣件式或碗扣式)、鋼管柱+貝雷梁組合支架及牛腿+貝雷支架等。

①滿堂鋼管架方案。由于渡槽經過區(qū)域多數(shù)為農田，農作物多，地基軟，地質條件差，若采用滿堂腳手架需要大面積進行地基處理，消耗的材料數(shù)量多；該渡槽還同時穿越兩條鄉(xiāng)村道路和河道，采用滿堂腳手架勢必會影響道路交通，同時還將影響河道過流，且該渡槽平均高度為28 m，在這種高度下搭設滿堂鋼管架必將增大底部架體寬度，消耗的材料較多且安全隱患較大。

②鋼管柱+貝雷梁方案。鋼管柱+貝雷梁的施工支架是以排架承臺為基礎，安裝φ500鋼管柱作為支撐，鋼管柱上部安裝貝雷支架。但因該渡槽高度較大，鋼管柱的搭設亦相對較高，其穩(wěn)定性得不到保障，存在一定的安全隱患。

③鋼板牛腿+貝雷支架方案。該方案是以渡槽排架自身作為受力基礎，在渡槽混凝土排架上預埋精軋螺桿，安裝鋼板牛腿形成支撐基礎，在其上部搭設貝雷支架。

根據(jù)現(xiàn)場實際條件及工期要求，經過對滿堂鋼管架、鋼管柱+貝雷梁組合支架、鋼板牛腿+貝雷支架等三種方案進行技術經濟比較分析后得知，鋼板牛腿+貝雷支架方案在高渡槽槽身施工中更科學、合理，同時能夠與渡槽運輸系統(tǒng)相結合，可節(jié)約工程施工成本，加快施工進度。

(2)渡槽槽身施工運輸方案的選擇。根據(jù)渡槽施工特點，可采用25 t汽車吊、塔吊等作為施工垂直運輸系統(tǒng)。 由于汽車吊的吊裝高度無法滿足現(xiàn)場施工要求，而塔吊的覆蓋范圍又受到限制，考慮到該渡槽模板、貝雷片等均為小型材料，鋼筋、混凝土等材料可分批分量吊運，故決定采用3 t小型龍門吊進行垂直運輸。在小型龍門吊前后分別配備兩臺小型吊機作為水平運輸系統(tǒng)，槽身上部所有周轉材料均采用小型吊機配合小型龍門吊進行水平轉運。

3 貝雷梁支架的設計

3.1 貝雷支架結構

針對該工程提出的貝雷梁方案是利用渡槽排架作為受力基礎，預埋精軋螺桿，安裝鋼板牛腿形成支撐，然后通過在牛腿上部安裝雙拼I40工字鋼橫梁、6組貝雷梁、I16分配梁搭建形成組合支架；在支架上部安裝槽身模板，其具體結構見圖1、2和圖3。

3.2 貝雷支架安全穩(wěn)定性驗算

圖1 渡槽支架立面圖

圖3 牛腿安裝細部圖

3.2.1 牛腿計算分析

(1)牛腿鋼板結構尺寸。

牛腿鋼板厚度均為20 mm，采用Q235鋼。鋼板牛腿尺寸為高500 mm，寬450 mm(圖4)。

(2)預埋鋼筋的計算。

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)9.7.2條進行計算，排架立柱混凝土為C30，錨筋假定采用HRB235(φ25)，計算荷載剪力V=314.9 kN，彎矩M=110.2 kN·m。通過計算得到預埋筋總 截 面 積 為 4 428.8 mm2，取 值

4 428.8 mm2，4 428.8/490.9=9.02(根)，最終取9根φ25鋼筋。為確保安全，采用9根φ28鋼筋或采用9根φ25精軋螺紋鋼可滿足要求。

(3)錨固長度的計算。

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)8.3.1條進行計算。排架立柱采用C30混凝土，錨筋采用HPB300光圓鋼筋，則錨固長度：

若采用機械連接可取錨固長度：

0.6lab=0.6×755.2=453.1(mm)

因立柱寬度為400 mm×500 mm和450 mm×700 mm兩種，錨固長度為500 mm或700 mm，可在錨筋中部焊接鋼板或鋼筋以加強錨固效果。

(4)焊縫計算。

假定不考慮焊縫缺陷，焊腳高度hf=10 mm，采用雙面角焊縫，根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017-2003)7.1.3條進行計算復核。

焊縫強度(2點為設計控制點)為：

根據(jù)上述計算后決定，鋼材采用Q235鋼，焊縫焊腳高度采用10 mm，雙面角焊縫，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 立柱承載力計算

圖4 所設計的牛腿結構尺寸圖(mm)

該渡槽立柱分為單排柱和雙排柱兩種形式，針對立柱承載力驗算的核心是吊車自重和吊重時產生的不平衡彎矩，以及相應的軸力下立柱的承載力。對于單排柱，在流水方向相當于單柱受力，而對于雙排柱則相當于框架受力。單排柱因偏心受力較為不利，故只對單排架立柱進行受力分析。

(1)按計算荷載驗算(立柱頂截面)。

450 mm×700 mm立柱最高為20 m，軸力為629.7 kN，彎矩為23.1 kN·m，采用橋梁通軟件進行計算，其排架柱頂部偏心受力能夠滿足規(guī)范要求。

(2)按計算荷載驗算(立柱底部截面)。

450 mm×700 mm立柱最高為20 m，軸力為793.5 kN，彎矩為23.1 kN·m，采用橋梁通軟件進行計算，其排架柱底部偏心受力能夠滿足規(guī)范要求。

根據(jù)上述計算結果可知：立柱均處于小偏壓狀態(tài)，偏心受力及強度均滿足要求。

由于構件處于偏心受壓，承載力與立柱高度、彎矩和軸力有關，由計算結果可以看出：450 mm×700 mm的偏心受壓彎矩為70～80 kN·m，軸心受壓承載力為864.8 kN。

3.3 貝雷支架懸挑計算

小型吊機荷載按3 t(自重)、每次吊運按1 m3混凝土重量計，則共重3×10+26=56(kN)。吊機前后輪距長度為3 m，左右輪距為2.5 m。在懸臂長度為9 m時，荷載加載在端部為最不利情況，每個輪子受力為5 6/4=14(kN)，在模型中按三片貝雷梁共同受力參與計算，荷載施加在端部。通過有限元計算分析，其荷載能夠滿足規(guī)范要求。

按3片貝雷梁共同受力、上述荷載加載，其結構端部變形為3.1 cm，標準組合下最大拉應力為93.3 MPa，壓應力為-143.1 MPa，滿足規(guī)范要求(按容許應力法，貝雷片容許應力為210 MPa)。考慮到貝雷片鉸接可能存在間隙，實際變形會略大于3.1 cm，由計算得知，3片貝雷梁可滿足結構安全需要。為進一步確保結構安全，在施工現(xiàn)場實際使用6片貝雷梁對稱安裝。

4 槽身施工運輸系統(tǒng)設計

槽身施工運輸系統(tǒng)采用2臺小型吊機與1臺小型龍門吊相配合。在已成型槽身上部配備1#吊機(載重1 t)，正在澆筑的槽身跨時配備3 t小型龍門吊機，在正在進行的貝雷支架搭設跨配備2#吊機(載重1 t)。1#吊機主要用于已成型槽身貝雷支架的拆除并將吊物傳遞給龍門吊機，2#吊機用于貝雷支架懸臂的安裝，小型龍門吊機用于槽身上部小型材料的轉運及垂直運輸。小型龍門吊和小型吊機的布置情況見圖5。

5 牛腿+貝雷梁支架施工

5.1 支架搭設步驟

圖5 小型龍門吊和小型吊機布置示意圖

渡槽現(xiàn)澆槽身支架以自身排架作為支撐基礎，預埋精軋螺桿，安裝鋼板牛腿形成支撐，上部依次安裝砂筒、雙拼工字鋼橫梁、貝雷支架、分配梁、吊車軌道、小型吊車及小型龍門吊，貝雷梁從排架外側穿過形成連續(xù)梁。

鋼板牛腿安裝完成并經檢查合格后，將砂筒放置在牛腿上部緊靠渡槽排架位置，作為重要受力點以承載上部荷載，采用限位鋼板對砂筒位置進行固定。高石梯渡槽前三跨高度不超過15 m，貝雷支架的安裝采用汽車吊進行吊裝。對于渡槽高度較高的部位，采用小型吊機以貝雷支架自身進行懸挑形成軌道安裝。該渡槽的一套支架體系需配備2臺小型吊機，1臺小型龍門吊，小型吊機分別配備在N-1#已成型槽身上部和N+1#槽身貝雷支架上部用于已成型槽身底模、貝雷片等的拆除和未施工跨槽身支架懸臂貝雷梁的安裝，小型龍門吊配備在N#槽身用于槽身澆筑、模板拆除等。

每跨支架搭設完成后均需組織驗收，以確保支架滿足所制定的施工方案和相關規(guī)范要求。

5.2 支架的預壓

在施工高石梯渡槽第一跨槽身前，必須按規(guī)定對槽身支架進行預壓，以獲取支架變形等相關數(shù)據(jù)。支架預壓采用混凝土預制塊或砂袋，對支架加載重量為槽身施工等重量的載體，支架預壓加載采用吊車吊裝并對吊裝區(qū)域進行封閉，不允許非作業(yè)人員進入現(xiàn)場。在加載過程中，從支架兩端逐漸向中部加載，在第一層加載滿鋪后，方準許加載第二層，逐層加載至要求重量。加載過程中，測量人員分別測定加載至不同重量時貝雷支架的變形值并做好監(jiān)測記錄。支架預壓卸荷時采用吊車逐塊卸載，從中間向兩端進行。卸載后的載體要整齊堆放在基礎牢固的位置，不允許堆放在軟土層或溝坎附近，防止載體傾覆造成人員傷亡。

5.3 支架的拆除

在該跨渡槽槽身混凝土結構達到設計強度后，先采用砂筒卸荷，四個砂筒需同時放砂卸荷，將槽身底板與底模分開，然后自上而下依次拆除貝雷支架各構件。

5.4 安全監(jiān)測

渡槽槽身在施工過程中需要對貝雷梁支架及渡槽排架進行安全監(jiān)測，在每跨貝雷梁的左右兩側各設置6個觀測點，分別設置在貝雷片的4個連接點處及單跨貝雷片端頭處；槽身澆筑跨的每個排架柱上設置3個觀測點，分別設在排架柱底部、中部和上部。通過上述觀測點在施工前后及過程中進行監(jiān)測并記錄，如發(fā)現(xiàn)有貝雷梁或渡槽排架柱變形超過允許值時則暫停施工，撤離人員并進行分析、處理。

6 結 語

(1)該工程采用鋼板牛腿+貝雷梁槽身現(xiàn)澆支架體系，節(jié)約了施工工期及施工成本。

(2)渡槽槽身施工運輸采用小型吊機(自重約3 t，吊重限重1 t)與小型龍門吊(自重約3 t，吊重限重1.5 t)配合作業(yè)，節(jié)約了地面水平轉運及垂直運輸?shù)某杀尽?/p>

(3)貝雷梁支架采用懸臂梁形式分段進行安裝，同時以貝雷梁作為自身軌道基礎在懸臂貝雷梁上方行走，該方法可用于常規(guī)吊車和塔吊無法達到的部位進行支架搭設作業(yè)及垂直運輸施工。

(4)采用該施工方法，大部分槽身施工水平及垂直運輸均在貝雷梁上部作業(yè)，在雨后不會因地面潮濕、泥濘等導致多天無法施工的情況出現(xiàn)，從而節(jié)約了施工工期。

(5)該工法的順利實施，可為類似工程的渡槽、小型橋梁施工提供借鑒，特別是對于高度較大、吊車無法到達或塔吊安裝不方便的部位，可將該工法作為一種施工方案進行選擇。

TV52;TV53

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1001-2184(2017)06-0075-04

2017-06-10

趙啟強(1975-)，男，四川巴中人，分局副總工程師兼工程部主任，高級工程師，從事建設工程施工技術與管理工作.

李燕輝)