三種貝雷架支撐體系在毗河供水工程新生灌區(qū)渡槽槽身施工中的應(yīng)用

王 超， 劉 金 平， 朱 志 波， 郭 輝

(中國水利水電第十工程局有限公司 一分局，四川 成都 610072)

1 概 述

毗河供水一期工程由取水樞紐、總干渠及充水渠、踏水水庫灌區(qū)、新生水庫灌區(qū)等渠系工程組成，工程以城鎮(zhèn)供水和灌溉為主，供水區(qū)涉及成都市新都區(qū)[1]、青白江區(qū)、金堂縣，遂寧市安居區(qū)，資陽市雁江區(qū)、簡陽市、安岳縣、樂至縣等3市8區(qū)縣的160個(gè)鄉(xiāng)(鎮(zhèn))。

作為毗河工程灌區(qū)渠系的一部分，新生水庫渠系總長54.74 km。渠系建筑物形式包括取水口、隧洞、明渠、暗渠、渡槽、倒虹管等。

毗河工程新生水庫灌區(qū)共設(shè)渡槽5座，總長1.1 km，排架高度為2～22 m，槽身結(jié)構(gòu)均為梁式，單跨長度為15 m。渡槽多數(shù)跨越水稻田或藕塘地，根據(jù)現(xiàn)場基礎(chǔ)清理和開挖揭露情況，地表覆蓋層較厚，多為淤質(zhì)土，屬于軟基，承載力差[2]。

筆者以新安分干渠第二流量段渡槽作為特征斷面進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，渡槽為跨徑15 m的排架式U型渡槽，槽身半徑181 cm，壁厚16 cm，寬420 cm，C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(圖1)[3]。

圖1 新安分干渠第二流量段渡槽橫截面示意圖

渡槽槽身模板采用定型鋼模，由底模、外模、外模支撐、內(nèi)模、內(nèi)模支撐架等組成。施工時(shí)，先對(duì)槽身模板底模和外模進(jìn)行安裝，在完成鋼筋制安后再進(jìn)行內(nèi)模安裝及后續(xù)施工[4]。

2 貝雷架方案

2.1 方案的確定

貝雷架在國內(nèi)外產(chǎn)品中因其質(zhì)量穩(wěn)定、可靠、重復(fù)利用性能好等優(yōu)點(diǎn)被廣泛作為支架使用，尤其是用在地基承載力不滿足要求的公路、鐵路箱梁施工中。

經(jīng)建立模型計(jì)算并通過首跨生產(chǎn)性試驗(yàn)，貝雷架方案成功應(yīng)用于該工程。該工程采用的支撐體系主要有三種，分別是鋼管柱+貝雷架、預(yù)埋對(duì)穿鋼筋形成鋼板牛腿+貝雷架、永久結(jié)構(gòu)橫梁+貝雷架。

2.2 貝雷架參數(shù)

采用國產(chǎn)321型貝雷架，單片重量為270 kg，高1.5 m、長2.6 m(定制)和3 m(標(biāo)準(zhǔn))兩種，下設(shè)加強(qiáng)弦桿；材料為16錳鋼。

321型貝雷架的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 國產(chǎn)321貝雷架相關(guān)技術(shù)參數(shù)表

安裝貝雷片采用專用插銷拼裝接長，相鄰兩組貝雷片采用連接桿加固，與橫梁的接觸面采用鋼板限位，防止其滑移和傾覆。

3 支撐體系施工及控制要點(diǎn)

3.1 支撐體系一：鋼管柱+貝雷架

(1)支撐方案。方案內(nèi)容：該支撐體系主要是利用板式基礎(chǔ)上臺(tái)階作為支承，通過搭設(shè)鋼管柱、貝雷架等構(gòu)件形成受力支架體系。支架縱剖面見圖2。

適用對(duì)象：排架高度相對(duì)較小的單排架渡槽與排架及永久結(jié)構(gòu)橫梁受力不能承受槽身施工全部荷載的雙排架渡槽。

圖2 鋼管柱+貝雷架施工支架縱剖面示意圖

(2)搭設(shè)步驟。①首先進(jìn)行鋼管柱的安裝，鋼管柱底座與承臺(tái)采用膨脹螺栓固定。②鋼管柱頂端放置50 t千斤頂砂桶，采用焊接限位鋼板等方式將千斤頂固定，防止其偏移和傾覆。③千斤頂上部橫向放置兩根I40b橫梁，橫梁采用槽鋼抱箍與排架柱連接，防止橫梁偏移和傾覆，支點(diǎn)部位增加加勁肋，以防止局部應(yīng)力過大。④橫梁上部縱向鋪設(shè)6組貝雷架，在其與橫梁接觸點(diǎn)處設(shè)置限位鋼板，防止其偏移。⑤6組貝雷架放置在橫梁后，按照橫向75 cm間距鋪設(shè)I32b分配梁，兩端不足75 cm時(shí)則緊靠貝雷架端頭放置。⑥最后進(jìn)行承插型盤扣式支撐架的搭設(shè)，立桿搭設(shè)橫距為600 mm，縱距為1 500 mm；支架頂部的U型支托架內(nèi)放置高度為150 mm的鋁梁，作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其螺桿伸出鋼管頂部的長度不能大于30 cm。螺桿外徑與立桿鋼管內(nèi)徑的間隙不能大于3 mm，安裝時(shí)應(yīng)保證上下同心。⑦完成上述桿件安裝和節(jié)點(diǎn)加固后，即可開始進(jìn)行槽身模板的安裝[2]。

(3)控制要點(diǎn)。鋼管柱的安裝。鋼管柱采用吊車及人工輔助的方式進(jìn)行安裝，按照要求，采取分段吊裝的方法，分段長度為0.5～9 m，汽車吊負(fù)責(zé)主要的吊裝工作。鋼管柱安裝施工程序見圖3。

圖3 鋼管柱安裝施工程序框圖

鋼管柱采用φ480×15 mm鋼管，豎向采用法蘭盤螺栓連接，連接螺栓采用D=25 mm，L=100 mm的高強(qiáng)螺栓，法蘭盤及鋼板預(yù)留16個(gè)φ28螺栓孔。

連接前需對(duì)鋼管柱的垂直度進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和控制，最常用的方法是吊垂球法，亦可采用儀器現(xiàn)場觀測用以指導(dǎo)安裝，確保鋼管柱安裝的垂直度。

鋼管柱主要承受豎向軸力，必須嚴(yán)格控制安裝的垂直度；為了防止縱向偏移，每隔3 m設(shè)置一道φ25鋼筋抱箍與排架柱連接牢固；鋼管柱超過5 m時(shí)，每隔5 m設(shè)置I20橫撐和斜撐；在鋼管柱底座設(shè)置高強(qiáng)膨脹螺栓與承臺(tái)連接固定，防止柱體橫向偏移。

3.2 支撐體系二：鋼板牛腿+貝雷架

(1)支撐形式。方案內(nèi)容：該支撐體系主要是在渡槽排架預(yù)埋精軋螺桿，安裝鋼板牛腿作為受力基礎(chǔ)。支架縱剖面見圖4。適用對(duì)象：排架高度相對(duì)較大的單排架渡槽與排架及永久結(jié)構(gòu)橫梁受力不能承受槽身施工全部荷載的雙排架渡槽。

(2)搭設(shè)步驟。①鋼板牛腿的安裝：排架澆筑前，對(duì)精軋螺桿進(jìn)行預(yù)埋，預(yù)埋前需通過計(jì)算并核實(shí)埋設(shè)高程，由測量人員測量放線后準(zhǔn)確埋設(shè)。②在牛腿上安放50 t機(jī)械千斤頂，千斤頂?shù)撞颗c牛腿焊接固定。③千斤頂上部橫向放置四榀I40b橫梁，工字鋼兩榀為一組進(jìn)行焊接，使受力更加均衡。④橫梁上部縱向鋪設(shè)6組貝雷架，每兩組為一體對(duì)稱布置，在與橫梁接觸點(diǎn)部位設(shè)置限位鋼筋，防止其偏移。⑤貝雷架放置到橫梁后，按照橫向75 cm的間距鋪設(shè)分配梁，對(duì)于兩端不足75 cm時(shí)則緊靠貝雷架端頭放置。⑥分配梁鋪設(shè)完成后，進(jìn)行承插型盤扣式支撐架的搭設(shè)，立桿搭設(shè)橫距為600 mm，縱距為1 500 mm；支架頂部的U型支托架內(nèi)放置高度為150 mm的鋁梁，作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其螺桿伸出鋼管頂部的長度不能大于30 cm。螺桿外徑與立桿鋼管內(nèi)徑的間隙不能大于3 mm，安裝時(shí)應(yīng)保證其上下同心。⑦在完成上述桿件安裝和節(jié)點(diǎn)加固后，即可開始進(jìn)行槽身模板的安裝。

(3)主要控制要點(diǎn)。鋼板牛腿的安裝。鋼板牛腿安裝前，需要對(duì)預(yù)埋鋼筋及牛腿進(jìn)行受力計(jì)算。槽身中的預(yù)埋牛腿精軋螺桿采用9根φ25鋼筋，等級(jí)采用HRB400，牛腿采用20 mm厚的Q235鋼板焊接(均采用雙面角焊縫)，焊接一定要確保焊縫質(zhì)量，焊腳高度為10 mm。

鋼板牛腿高450 mm，寬450 mm，具體尺寸見圖5。牛腿與排架柱安裝情況見圖6。

3.3 支撐體系三：利用永久結(jié)構(gòu)橫梁+貝雷架

(1)支撐形式。方案內(nèi)容：該渡槽支架主要是利用排架永久結(jié)構(gòu)橫梁作為支撐，然后搭設(shè)貝雷架等構(gòu)件形成受力支架體系。支架縱剖面見圖7。

圖4 鋼板牛腿+貝雷架施工支架縱剖面示意圖

圖5 牛腿尺寸示意圖

適用對(duì)象：排架及永久結(jié)構(gòu)橫梁能承受槽身施工全部荷載的雙排架渡槽。

(2)搭設(shè)步驟。①首先進(jìn)行排架橫梁的安裝。為確保橫梁受力不受損害，采用3 cm厚的鋼板對(duì)排架橫梁進(jìn)行加固保護(hù)，橫梁上下的鋼板用直徑1 cm的鋼螺栓連接，在加固好的橫梁上雙拼I40b工字鋼，垂直方向再連接I40b工字鋼，長7 m。②橫梁上部縱向鋪設(shè)3組貝雷架，每兩組為一體均勻布置，在與橫梁接觸點(diǎn)部位設(shè)置限位鋼板，防止其偏移。③3組貝雷架放置橫梁后，按照橫向75 cm的間距鋪設(shè)分配梁，對(duì)于兩端不足75 cm的則緊靠貝雷架端頭放置。④貝雷架鋪設(shè)完成后進(jìn)行承插型盤扣式支撐架的搭設(shè)，立桿搭設(shè)橫距為600 mm，縱距為1 500 mm；支架頂部的U型支托架內(nèi)放置高度為150 mm的鋁梁，作為上部結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。其螺桿伸出鋼管頂部的長度不能大于30 cm。螺桿外徑與立桿鋼管內(nèi)徑的間隙不能大于3 mm，安裝時(shí)應(yīng)保證上下同心。⑤完成上述桿件安裝和節(jié)點(diǎn)加固后，即可開始槽身模板的安裝。

圖6 牛腿與排架柱安裝示意圖

圖7 永久結(jié)構(gòu)橫梁+貝雷架施工支架縱剖面示意圖

(3)控制要點(diǎn)。施工前需對(duì)排架永久橫梁進(jìn)行受力計(jì)算，待其滿足受力要求后方可采用該方案進(jìn)行施工。

4 安全技術(shù)措施

(1)千斤頂應(yīng)采用機(jī)械千斤頂或砂桶。安裝前，先在實(shí)驗(yàn)室預(yù)壓，千斤頂放置在鋼管柱頂端中心位置。

(2)千斤頂頂部水平放置的橫梁在其支點(diǎn)部位必須設(shè)置加勁板，采用1 cm厚的鋼板焊接，防止局部應(yīng)力過大。

(3)單根貝雷架在地面完成組裝，人工配合吊車吊裝至橫梁頂部放置；根據(jù)橫梁受力條件，由左向右依次將貝雷架編號(hào)為1#～6#，首先進(jìn)行3#、4#貝雷架的吊裝放置，然后依次放置2#～1#、5#～6#貝雷架，并防止貝雷架安裝過程中失穩(wěn)。

(4)在貝雷架上橫向鋪設(shè)分配梁，分配梁的主要作用是便于在其上部鋪設(shè)槽身底模。分配梁采用U型螺桿與貝雷架連接牢固，交錯(cuò)布置。

(5)鋼管柱、工字鋼、貝雷架等支架構(gòu)件均采用吊車吊裝至工作面進(jìn)行安裝，吊裝應(yīng)滿足相應(yīng)的吊裝規(guī)范要求。

(6)支架拆除應(yīng)采用自上而下的順序，施工順序如下：①卸荷：四個(gè)千斤頂必須同步卸荷，由專人統(tǒng)一指揮，將千斤頂逐漸下降，進(jìn)而達(dá)到卸荷的目的。②拆除盤扣支架及分配梁：千斤頂卸荷后，渡槽底模脫落，待完成底模拆除后，人工配合吊車逐一將其從貝雷片上拆卸。③拆除外側(cè)的貝雷架：將槽身結(jié)構(gòu)影響不到的兩側(cè)貝雷架片逐一對(duì)稱拆除完成。④拆除下部貝雷架：由于支架桿件和槽身阻礙等限制，其下部部分貝雷架不能直接卸落，此時(shí)，先利用槽身結(jié)構(gòu)將貝雷架及橫梁懸吊，待完成下部鋼管柱拆卸后，再進(jìn)行貝雷架的吊裝卸落。⑤懸吊并卸落下部貝雷架：利用槽身結(jié)構(gòu)，在槽身左右兩端分別設(shè)置2組吊點(diǎn)，下降作業(yè)同步進(jìn)行，施工人員必須站立在距離槽身兩端1 m外進(jìn)行手動(dòng)鏈條作業(yè)；貝雷架利用手動(dòng)葫蘆卸落3 m左右即可用吊車吊裝至地面。⑥拆除支撐體系：貝雷架懸吊穩(wěn)定后，貝雷架與下方構(gòu)件脫落，人工配合吊車分節(jié)拆除支撐體系至地面。

5 其它注意事項(xiàng)

因篇幅關(guān)系，筆者將支撐體系中的受力計(jì)算、穩(wěn)定性計(jì)算、材料強(qiáng)度驗(yàn)算等省略，因整個(gè)支撐體系荷載大，方案實(shí)施前應(yīng)按照相應(yīng)的規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)算，并按照程序請(qǐng)相關(guān)專家評(píng)審。施工前須支架預(yù)壓，施工中注意對(duì)稱加載等。

6 結(jié) 語

貝雷架具有施工快速、安全、成本低等特點(diǎn)，鋼管柱+貝雷架、預(yù)埋對(duì)穿鋼筋形成鋼板牛腿+貝雷架、雙排架永久結(jié)構(gòu)橫梁+貝雷架這三種支撐體系在新生灌區(qū)渡槽槽身施工過程中均得到了成功地應(yīng)用，所取得的經(jīng)驗(yàn)值得類似水利工程中渡槽槽身施工借鑒。