趙 啟 強(qiáng)

(中國(guó)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(yùn)輸系統(tǒng)在高渡槽施工中的應(yīng)用

趙 啟 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

結(jié)合毗河供水一期工程書永分干渠高石梯渡槽特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，對(duì)高渡槽的槽身現(xiàn)澆支架搭設(shè)及垂直運(yùn)輸方案進(jìn)行了優(yōu)化。介紹了高渡槽現(xiàn)澆支架的設(shè)計(jì)、施工及其成套運(yùn)輸系統(tǒng)，可供類似工程施工時(shí)借鑒。

高渡槽；鋼板牛腿；貝雷支架；運(yùn)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(zhǎng)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(hào)為書37+948.933～書38+435.533，全長(zhǎng)486.5 m；渡槽標(biāo)準(zhǔn)跨為15 m，16#～18#異型跨段為10.8 m，共計(jì)33跨。根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)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(chǎng)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(zhì)泥巖，特性屬軟巖～較軟巖，抗壓強(qiáng)度一般在30 MPa以內(nèi)。

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(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)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(jīng)過區(qū)域多數(shù)為農(nóng)田，農(nóng)作物多，地基軟，地質(zhì)條件差，若采用滿堂腳手架需要大面積進(jìn)行地基處理，消耗的材料數(shù)量多；該渡槽還同時(shí)穿越兩條鄉(xiāng)村道路和河道，采用滿堂腳手架勢(shì)必會(huì)影響道路交通，同時(shí)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(shè)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(tái)為基礎(chǔ)，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(shè)亦相對(duì)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(chǔ)，在渡槽混凝土排架上預(yù)埋精軋螺桿，安裝鋼板牛腿形成支撐基礎(chǔ)，在其上部搭設(shè)貝雷支架。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件及工期要求，經(jīng)過對(duì)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(xué)、合理，同時(shí)能夠與渡槽運(yùn)輸系統(tǒng)相結(jié)合，可節(jié)約工程施工成本，加快施工進(jìn)度。

(2)渡槽槽身施工運(yùn)輸方案的選擇。根據(jù)渡槽施工特點(diǎn)，可采用25 t汽車吊、塔吊等作為施工垂直運(yùn)輸系統(tǒng)。 由于汽車吊的吊裝高度無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)，故決定采用3 t小型龍門吊進(jìn)行垂直運(yùn)輸。在小型龍門吊前后分別配備兩臺(tái)小型吊機(jī)作為水平運(yùn)輸系統(tǒng)，槽身上部所有周轉(zhuǎn)材料均采用小型吊機(jī)配合小型龍門吊進(jìn)行水平轉(zhuǎn)運(yùn)。

3 貝雷梁支架的設(shè)計(jì)

3.1 貝雷支架結(jié)構(gòu)

針對(duì)該工程提出的貝雷梁方案是利用渡槽排架作為受力基礎(chǔ)，預(yù)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(jié)構(gòu)見圖1、2和圖3。

3.2 貝雷支架安全穩(wěn)定性驗(yàn)算

圖1 渡槽支架立面圖

圖3 牛腿安裝細(xì)部圖

3.2.1 牛腿計(jì)算分析

(1)牛腿鋼板結(jié)構(gòu)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(yù)埋鋼筋的計(jì)算。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)9.7.2條進(jìn)行計(jì)算，排架立柱混凝土為C30，錨筋假定采用HRB235(φ25)，計(jì)算荷載剪力V=314.9 kN，彎矩M=110.2 kN·m。通過計(jì)算得到預(yù)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(zhǎng)度的計(jì)算。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)8.3.1條進(jìn)行計(jì)算。排架立柱采用C30混凝土，錨筋采用HPB300光圓鋼筋，則錨固長(zhǎng)度：

若采用機(jī)械連接可取錨固長(zhǎng)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(zhǎng)度為500 mm或700 mm，可在錨筋中部焊接鋼板或鋼筋以加強(qiáng)錨固效果。

(4)焊縫計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)7.1.3條進(jìn)行計(jì)算復(fù)核。

焊縫強(qiáng)度(2點(diǎn)為設(shè)計(jì)控制點(diǎn))為：

根據(jù)上述計(jì)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(jì)算

圖4 所設(shè)計(jì)的牛腿結(jié)構(gòu)尺寸圖(mm)

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

(1)按計(jì)算荷載驗(yàn)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(jìn)行計(jì)算，其排架柱頂部偏心受力能夠滿足規(guī)范要求。

(2)按計(jì)算荷載驗(yàn)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(jìn)行計(jì)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(jì)算結(jié)果可知：立柱均處于小偏壓狀態(tài)，偏心受力及強(qiáng)度均滿足要求。

由于構(gòu)件處于偏心受壓，承載力與立柱高度、彎矩和軸力有關(guān)，由計(jì)算結(jié)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(jì)算

小型吊機(jī)荷載按3 t(自重)、每次吊運(yùn)按1 m3混凝土重量計(jì)，則共重3×10+26=56(kN)。吊機(jī)前后輪距長(zhǎng)度為3 m，左右輪距為2.5 m。在懸臂長(zhǎng)度為9 m時(shí)，荷載加載在端部為最不利情況，每個(gè)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(jì)算，荷載施加在端部。通過有限元計(jì)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(jié)構(gòu)端部變形為3.1 cm，標(biāo)準(zhǔn)組合下最大拉應(yīng)力為93.3 MPa，壓應(yīng)力為-143.1 MPa，滿足規(guī)范要求(按容許應(yīng)力法，貝雷片容許應(yīng)力為210 MPa)?？紤]到貝雷片鉸接可能存在間隙，實(shí)際變形會(huì)略大于3.1 cm，由計(jì)算得知，3片貝雷梁可滿足結(jié)構(gòu)安全需要。為進(jìn)一步確保結(jié)構(gòu)安全，在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用6片貝雷梁對(duì)稱安裝。

4 槽身施工運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

槽身施工運(yùn)輸系統(tǒng)采用2臺(tái)小型吊機(jī)與1臺(tái)小型龍門吊相配合。在已成型槽身上部配備1#吊機(jī)(載重1 t)，正在澆筑的槽身跨時(shí)配備3 t小型龍門吊機(jī)，在正在進(jìn)行的貝雷支架搭設(shè)跨配備2#吊機(jī)(載重1 t)。1#吊機(jī)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(jī)，2#吊機(jī)用于貝雷支架懸臂的安裝，小型龍門吊機(jī)用于槽身上部小型材料的轉(zhuǎn)運(yùn)及垂直運(yùn)輸。小型龍門吊和小型吊機(jī)的布置情況見圖5。

5 牛腿+貝雷梁支架施工

5.1 支架搭設(shè)步驟

圖5 小型龍門吊和小型吊機(jī)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(chǔ)，預(yù)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(cè)穿過形成連續(xù)梁。

鋼板牛腿安裝完成并經(jīng)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(diǎn)以承載上部荷載，采用限位鋼板對(duì)砂筒位置進(jìn)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(jìn)行吊裝。對(duì)于渡槽高度較高的部位，采用小型吊機(jī)以貝雷支架自身進(jìn)行懸挑形成軌道安裝。該渡槽的一套支架體系需配備2臺(tái)小型吊機(jī)，1臺(tái)小型龍門吊，小型吊機(jī)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(shè)完成后均需組織驗(yàn)收，以確保支架滿足所制定的施工方案和相關(guān)規(guī)范要求。

5.2 支架的預(yù)壓

在施工高石梯渡槽第一跨槽身前，必須按規(guī)定對(duì)槽身支架進(jìn)行預(yù)壓，以獲取支架變形等相關(guān)數(shù)據(jù)。支架預(yù)壓采用混凝土預(yù)制塊或砂袋，對(duì)支架加載重量為槽身施工等重量的載體，支架預(yù)壓加載采用吊車吊裝并對(duì)吊裝區(qū)域進(jìn)行封閉，不允許非作業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。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(zhǔn)許加載第二層，逐層加載至要求重量。加載過程中，測(cè)量人員分別測(cè)定加載至不同重量時(shí)貝雷支架的變形值并做好監(jiān)測(cè)記錄。支架預(yù)壓卸荷時(shí)采用吊車逐塊卸載，從中間向兩端進(jìn)行。卸載后的載體要整齊堆放在基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，先采用砂筒卸荷，四個(gè)砂筒需同時(shí)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(gòu)件。

5.4 安全監(jiān)測(cè)

渡槽槽身在施工過程中需要對(duì)貝雷梁支架及渡槽排架進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，在每跨貝雷梁的左右兩側(cè)各設(shè)置6個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別設(shè)置在貝雷片的4個(gè)連接點(diǎn)處及單跨貝雷片端頭處；槽身澆筑跨的每個(gè)排架柱上設(shè)置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別設(shè)在排架柱底部、中部和上部。通過上述觀測(cè)點(diǎn)在施工前后及過程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(shí)則暫停施工，撤離人員并進(jìn)行分析、處理。

6 結(jié) 語(yǔ)

(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(yùn)輸采用小型吊機(jī)(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(zhuǎn)運(yùn)及垂直運(yùn)輸?shù)某杀尽?/p>

(3)貝雷梁支架采用懸臂梁形式分段進(jìn)行安裝，同時(shí)以貝雷梁作為自身軌道基礎(chǔ)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(wú)法達(dá)到的部位進(jìn)行支架搭設(shè)作業(yè)及垂直運(yùn)輸施工。

(4)采用該施工方法，大部分槽身施工水平及垂直運(yùn)輸均在貝雷梁上部作業(yè)，在雨后不會(huì)因地面潮濕、泥濘等導(dǎo)致多天無(wú)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(shí)施，可為類似工程的渡槽、小型橋梁施工提供借鑒，特別是對(duì)于高度較大、吊車無(wú)法到達(dá)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(jìn)行選擇。

TV52;TV53

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1001-2184(2017)06-0075-04

2017-06-10

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

李燕輝)