淺談彭水電站升船機中箱板支撐施工方案

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)

1 工程概況

彭水電站升船機中箱板為鋼筋混凝土結構，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個獨立空腔，其中最大空腔結構尺寸為7.5 m×5.2 m×2.65 m，整個箱板混凝土工程量近3000 m3。箱板基本結構見圖1中斜線陰影部分。

2 中箱板支撐方案

由于箱板結構尺寸和自重較大(混凝土厚度達3.85 m)，凈空高度達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，占用和拆除時間較長，對后續(xù)升船機承船廂安裝施工進度有較大影響。因此，在確保支撐穩(wěn)定和施工工期的基礎上，最終選擇采取雙斜撐工字鋼支撐作為中箱板的承重平臺。

2.1 雙斜撐支撐結構

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各焊接兩塊10 mm厚加勁鋼板。為便于支撐拆除后周轉使用，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上。

圖1 升船機中箱板支撐結構示意

圖2 升船機中箱板支撐結構實際形象

支撐布置間距為60 cm，連續(xù)梁部位加密為33 cm，同時，為了確保支撐平臺整體剛性，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)。

2.2 支撐施工分段

由于升船機中箱板縱向長度近67 m，若從上游至下游連續(xù)布置支撐，共需要安裝支撐達126榀，鋼材用量約270 t，加上當時國內(nèi)鋼材價格居高不下，給成本控制增加了較大壓力。為此，在多次與設計單位溝通后，最終將整個中箱板分為五段進行施工。施工時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(含承臺工字鋼量)，較滿鋪節(jié)約鋼材近120 t。支撐分段布置見圖3。

2.3 支撐穩(wěn)定性計算

箱板支撐布置間距為0.6 m，經(jīng)計算箱板混凝土為2927 m3，平均厚度為2.43 m，支撐計算如下。

圖3 升船機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(施工動荷載)。

取單榀橫梁為計算對象，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)計算結果，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，由臨界應力公式σcr=a－bλ，Q235 鋼 a=304 MPa，b=1.12 MPa，可得:

(F為長斜撐支點兩側剪力和)

因 σcr/σ =222.822/71.74=3.11 ＞［nst］=2，所以斜撐穩(wěn)定性滿足要求。

3 施工措施

3.1 施工難點

(1)中箱板混凝土自重大，對支撐穩(wěn)定性、施工質量要求較高。

(2)支撐承臺工字鋼預埋精度要求高、埋設工程量大;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83.15 m，高空作業(yè)安全隱患大。

3.2 支撐制作、安裝

支撐架所用工字鋼均選用熱軋普通工字鋼。支撐架施工程序為:埋設承臺工字鋼→橫梁工字鋼焊接→斜撐焊接→焊接連接筋→鋪木板形成平臺→搭設腳手架。

第一層承臺工字鋼埋設高程為EL278.45，當兩側筒體混凝土施工至EL278.45時，由測量人員精確放出工字鋼埋設位置和埋設高程。第一層埋設的工字鋼為I25a工字鋼，全長1.5 m，外露0.7 m，埋入混凝土內(nèi)0.8 m。

第二層承臺工字鋼埋設高程為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，埋設間距和第一層相同，工字鋼中心保持和第一層承臺工字鋼中心在同一鉛垂線上。

第三層承臺工字鋼埋設高程為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。所有工字鋼承臺埋入端和筒體內(nèi)結構鋼筋點焊。在承臺工字鋼埋設時，承臺位置由測量儀器定位，保證埋設精度。埋設工字鋼及進行混凝土澆筑時嚴格控制，確保三層工字鋼承臺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。切割時控制好切割方向和進度，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接焊，焊接前將接頭打磨處理干凈，然后將接口點固，再采用兩把焊槍，兩邊間隔10 cm對稱焊接，焊接時從上到下緩慢進行，保證焊縫充分熔透。同時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)場進行，焊接完成的工字鋼通過質量驗收后整齊堆放，做好防護措施，在完成第三層工字鋼承臺混凝土施工后開始吊裝。利用升船機QZT5013塔機將橫梁吊裝至第三層承臺位置，對接好后將橫梁緩慢放置在承臺上，然后將其焊接固定在承臺上。在完成一榀安裝后應立即和相鄰橫梁用L50角鋼加固，保證其穩(wěn)定。施工過程中注意對橫梁進行保護，任何情況下不拆除橫梁的臨時支撐。防止橫梁傾斜或移位。

斜撐焊接待橫梁埋設層混凝土拆模后再進行，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，斜撐和下端預埋的工字鋼承臺焊接牢固，上端和橫梁焊接。焊接作業(yè)由專業(yè)焊工進行，焊縫高度不小于8 mm，并在每個焊接點處加焊加勁肋板， 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。

支撐平臺形成，在平臺上按照常規(guī)方法搭設滿堂腳手架，進行廂梁第一層立模、混凝土澆筑施工。腳手架立桿落在工字鋼上，順水向間距和工字鋼間距相同，垂水向間距60 cm，步距50 cm。

3.3 支撐平移

支撐平移施工程序為: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)前先制作一個簡易吊籃，懸掛在承臺下方，作為焊縫切割時的操作平臺。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機編網(wǎng)環(huán)繞。

支撐橫梁和斜撐與承臺的焊縫切割采用氧炔焰進行割除，切割施工根據(jù)工字鋼結構，遵照“從下至上”的原則進行。每榀工字鋼支撐共需切割六處。切割前先對待切割工字鋼兩端采用手拉葫蘆進行預緊懸吊的方式進行穩(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，然后每側采用3根＜80角鋼(角部朝上)焊接在工字鋼承臺作為平移軌道，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，卷揚機牽引的平移方式，將支撐滑移至指定安裝位置，再用手拉葫蘆將支撐吊起，拆除軌道后開始進行支撐安裝。

4 結束語

實踐證明，升船機中箱板支撐采用雙斜撐支撐結構是可行的。支撐架不僅滿足了升船機中箱板大跨度、高凈空、大體積混凝土支撐的安全穩(wěn)定需要，同時，支撐平移周轉使用也節(jié)約了大量鋼材，大大降低了施工成本，經(jīng)濟效果明顯，希望能為類似工程提供參考。