淺談潼南航電樞紐工程啟閉平臺(tái)施工工法

摘要：潼南航電樞紐泄水閘門啟閉機(jī)室為高排架砼梁板結(jié)構(gòu)。常規(guī)工藝采用搭設(shè)滿堂鋼管腳手架現(xiàn)澆，該方案不僅工程量大、效費(fèi)比低，而且安全性能差、準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、影響施工工期。為克服上述弊端，潼南航電二期工程采用懸空支架法，滿足上部平臺(tái)施工的同時(shí)，下部閘門拼裝同步施工，節(jié)省工期，提高功效，可供同類工程參考。

Abstract： The gate room of the discharge gate of Tongnan Navigation Power Junction is a high-beam concrete beam-slab structure. The conventional process adopts cast-in-place steel pipe scaffolding. This scheme not only has large engineering volume and low cost-effectiveness ratio， but also has poor safety performance and long preparation time， and affects the construction period. In order to overcome the above-mentioned drawbacks， the second stage of Tongnan Avionics adopts the suspended bracket method to meet the construction of the upper platform and the simultaneous construction of the lower gate assembly， saving the construction period and improving the efficiency， which can be used for reference by similar projects.

關(guān)鍵詞：潼南航電;啟閉平臺(tái);施工工法

Key words： Tongnan Avionics;hoisting platform;construction method

中圖分類號(hào)：TV551.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）22-0137-03

1? 工程概況

潼南航電樞紐工程位于重慶潼南區(qū)涪江大橋下游約3km處，水庫總庫容2.19億m3，正常蓄水位236.50m，相應(yīng)庫容1571萬m3，船閘和航道等級(jí)為Ⅴ級(jí)，電站裝機(jī)容量42MW，工程規(guī)模為大（2）型。泄水閘共計(jì)18跨，其中一期6跨，二期12跨。在工作閘門處設(shè)高排架，用于支承啟閉機(jī)工作平臺(tái)。啟閉機(jī)工作平臺(tái)最大跨度為18.4m，單排架凈高13.8m，每跨由四根立柱、四根大梁與平臺(tái)板構(gòu)成，梁高1.8m。根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面尺寸，最大跨度平臺(tái)凈重約304t。

2? 支撐體系設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

2.1 方案優(yōu)化

高排架梁板現(xiàn)澆常規(guī)采用搭設(shè)“井”字型滿堂腳手架支撐系統(tǒng)，搭設(shè)工程量大，時(shí)間長(zhǎng)，因市場(chǎng)上采購腳手架管壁厚不規(guī)范，質(zhì)量參差不齊，搭設(shè)后還存在一定安全隱患，且在平臺(tái)施工后等強(qiáng)、養(yǎng)生期間閘門拼裝無法施工。鑒于此，潼南航電二期工程在一期工程基礎(chǔ)上進(jìn)行方案優(yōu)化，采用排架上部懸空設(shè)貝雷桁架支撐，下方預(yù)留足夠空間可供閘門拼裝。

2.2 支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，在排架柱澆筑至EL263.15m時(shí)預(yù)埋雙排40b（Q345鋼）工字鋼，然后采用雙排63a（Q345鋼）工字鋼作為貝雷桁架橫梁。梁體底模采用方木支撐，通過自制木質(zhì)鍥子調(diào)整底模高程，側(cè)模采用對(duì)拉螺栓間距60×45cm梅花形布置連接，內(nèi)側(cè)用鋼筋支撐，具體見圖1。

貝雷桁架主要用于支撐大梁底部承重模板以及可變荷載的組合作用，同時(shí)需預(yù)留閘門鋼絲繩空間，對(duì)貝雷梁組合要求更高，需要精確驗(yàn)算承受最不利組合下的單元貝雷梁的受力狀況。

2.3 受力驗(yàn)算

2.3.1 貝雷桁架荷載情況

①梁體鋼筋混凝土自重取5.22×26=135.72kN/m;②模板自重取6kN/m;③支架自重取20kN/m;④施工人員及機(jī)具自重取3.3kN/m，根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》4.1.2;⑤混凝土振搗豎向荷載取2kN/m;⑥泵送混凝土最大卸料荷載，取4kN/m。

將以上荷載簡(jiǎn)化為均布荷載。根據(jù)JGJ130-2011均布荷載組合風(fēng)荷載計(jì)算公式：q=（135.72+6+20）×1.2+（3.3+2+4）×1.4×0.9=205.2kN/m

橫斷面面積5.2m2，梁高180cm，最大梁寬0.7m。

2.3.2 單排單層加強(qiáng)貝雷桁架有關(guān)技術(shù)參數(shù)

根據(jù)貝雷桁架力學(xué)參數(shù)表，見表4.3-2，4.3-3：

材料彈性模量E=2.1×105N/mm2，截面慣性矩I=5.766×109mm4

容許彎矩M=1687.5kN·m，容許剪力N=245.2kN

2.3.3 彎矩驗(yàn)算

貝雷桁架布置按跨度18.4m的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，驗(yàn)算荷載按205.2kN/m最大不利荷載計(jì)算。

跨中最大彎矩值Mmax=1/8qL2=205.2×18.4×18.4/8=8684kN·m。

加強(qiáng)貝雷桁架的排數(shù)n=Mmax/M=8684/1687.5=5.2排

2.3.4 剪力驗(yàn)算

最大剪力Rmax=qL/2=205.2×18.4/2=1887.8kN

貝雷桁架的排數(shù)n=Rmax/R=1887.8/245.2=7.7排>5排

2.3.5 撓度驗(yàn)算

F=5qL4/384EI

=5×205.2×184004/（384×2.1×105×5.766×109）

=254mm/（L/400=46mm）=5.6排

經(jīng)以上計(jì)算可知，貝雷桁架取8排，彎矩、剪力、撓度均滿足要求。

考慮每根梁低部的荷載集中效應(yīng)，考慮共布置13排貝雷桁架。

2.3.6 取最不利梁底貝雷架驗(yàn)算（取邊梁驗(yàn)算）

①貝雷桁架荷載情況：1）梁體鋼筋混凝土自重取（0.7×1.8+1×0.15）×26=36.66kN/m;2）模板自重取1.5kN/m;3）支架自重取5kN/m;4）施工人員及機(jī)具自重取3.3kN/m，根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》4.1.2;5）混凝土振搗豎向荷載取2kN/m;6）泵送混凝土最大卸料荷載，取4kN/m。

將以上荷載簡(jiǎn)化為均布荷載。根據(jù)JGJ130-2011均布荷載組合風(fēng)荷載計(jì)算公式：q=（36.66+1.5+5）×1.2+（3.3+2+4）×1.4×0.9=63.5kN/m。

②彎矩驗(yàn)算：貝雷桁架布置按跨度18.4m的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，驗(yàn)算荷載按63.5kN/m最大不利荷載計(jì)算。

跨中最大彎矩值：Mmax=1/8qL2=63.5×18.4×18.4/8=2687.3kN·m<4809.4kN·m

③剪力驗(yàn)算：最大剪力Rmax=qL/2=63.5×18.4/2=584.2kN<698.9kN。

④撓度驗(yàn)算：

F=5qL4/384EI

=5×63.5×184004/（384×2.1×105×5.766×109）

=77.5mm/（L/400=46mm）=1.7排<3排

梁底布置三排貝雷架，其彎矩、剪力、撓度均滿足要求。

2.3.7 橫梁工字鋼驗(yàn)算

工字鋼的型號(hào)、截面尺寸、重量、截面慣性矩等各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)可查相關(guān)手冊(cè)。

工字鋼63a型（Q345）有關(guān)技術(shù)參數(shù)：

E=2.1×105N/mm2，I=4.86×108mm4

容許彎矩M=f×Yx×Wnx=1027kN·m，容許剪力N=1848kN

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.1.1和4.1.2計(jì)算：

（4.1.1）

式中：Mx、My——繞x軸和y軸的彎矩（對(duì)工字形截面：x軸為強(qiáng)軸，y軸為弱軸）;Max、May——對(duì)x軸和y軸的凈截面抵抗矩;Yx、Yy——截面塑形發(fā)展系數(shù)，對(duì)工字鋼截面，Yx=1.0;f——鋼材的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q345鋼取345N/mm2。

（4.1.2）

式中：V——計(jì)算截面沿腹板平面作用的剪力;S——面積矩;I——截面慣性矩;tw——工字鋼腹板厚度。

簡(jiǎn)化后等價(jià)于N≤A×fv。

A——工字鋼截面積;fv——抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

容許剪力N≤A×fv=15400×120=1848×103N。

①彎矩驗(yàn)算：工字鋼63a最大跨度不大于6m的簡(jiǎn)支梁計(jì)算，貝雷架上部最大均布荷載Q=205.2kN/m。

63a型工字鋼上部最大荷載為3775.8kN。單邊受力1887.9kN，驗(yàn)算荷載按1887.9kN÷6.3m=299.7kN/m均布荷載計(jì)算。

跨中最大彎矩值Mmax=qL2/8=299.7×6×6/8=1348.7kN·m。

工字鋼的排數(shù)n=Mmax/M=1348.7/1027=1.32<2排。

取2排滿足要求。

②剪力驗(yàn)算：

最大剪力Rmax=qL/2=299.7×6/2=899.1kN。

工字鋼的排數(shù)n=Rmax/R=899.1/1848=0.5排。

取2排滿足要求。

③撓度驗(yàn)算：

F=5qL4/384EI/n

=5×299.7×60004/（384×2.1×105×939000000）/2=12.9

經(jīng)以上計(jì)算可知，63a工字鋼彎矩、剪力、撓度均滿足要求。

2.3.8 懸挑工字鋼梁的驗(yàn)算

工字鋼40b型（Q345）有關(guān)技術(shù)參數(shù)：

E=2.1×105N/mm2，I=2.28×108mm4

容許彎矩M=f×Yx×Wnx=393.2kN·m，容許剪力N=1129kN。

按照懸臂梁受集中荷載+均布荷載情況驗(yàn)算。

受集中荷載：彎矩Mmax=pl，剪力Qmax=p，撓度fmax=pl3/3EI。

受均布荷載：彎矩Mmax=1/2×ql2，剪力Qmax=ql，撓度fmax=ql4/8EI根據(jù)以上計(jì)算可知：

單根懸挑工字鋼受集中荷載P=1887.9/4=472kN。

單根懸挑工字鋼受自重均布荷載q=0.74kN/m。

①彎矩驗(yàn)算：

M=pl+1/2ql2=472×0.45+1/2×0.74×0.752

=212.6kN/m<393.2kN/m

懸挑工字鋼彎矩滿足要求。

②剪力驗(yàn)算：

Q=p+ql=472+0.74×0.75=472.6kN<1129kN

懸挑工字鋼剪力滿足要求。

③撓度驗(yàn)算：

f=pl3/3EI+ql4/8EI

=472×103×4503/3×2.1×105×2.28×108+0.74×7504/8×2.1×105×2.28×108

=0.31mm<450/400=1.125mm

懸挑工字鋼撓度滿足要求。

3? 支撐系統(tǒng)施工工藝

3.1 工藝流程

本工程啟閉機(jī)平臺(tái)施工工藝流程如圖2。

3.2 施工方法

3.2.1 工字鋼預(yù)埋

在排架柱高程EL263.15m時(shí)預(yù)埋40b型工字鋼，采用Q345鋼材料，單根長(zhǎng)2.7m，兩端各懸挑75cm。要求預(yù)埋在上下游的工字鋼必須在同一水平面上，高程誤差不得超過5mm。

3.2.2 橫梁63a型工字鋼安裝

橫梁63a工字鋼單根長(zhǎng)9.3m，采用Q345鋼材料，上游側(cè)伸出排架柱130cm，以便于后期拆卸貝雷架體是利用。同時(shí)，采用點(diǎn)焊固定支承兩端。在63a工字鋼上部用1cm厚鋼板連接工字鋼，以減小貝雷架與支承的接觸，使上部均布荷載更好的分布到工字鋼橫梁上。以上工序施工均可利用排架施工時(shí)滿堂架體施工平臺(tái)，待工字鋼橫梁安裝完成后再進(jìn)行腳手架拆除，同時(shí)保留人行通道。

3.2.3 貝雷桁架安裝

采用國標(biāo)b=170mm，h=1700mm（加強(qiáng)型），l=3000mm貝雷片。每榀貝雷桁架由5片貝雷片組成，在地面組裝完成后，用25t汽車吊吊裝就位。為加強(qiáng)貝雷桁架整體穩(wěn)定，貝雷桁架間采用貝雷花架連接片連接可靠，同時(shí)緊挨排架柱的貝雷桁架采用鋼筋與其加固，中間位置未用連接片連接的部位采用腳手架鋼管用扣件與其它貝雷桁架連接加固。

3.2.4 方木橫梁安裝

方木橫梁起著將結(jié)構(gòu)荷載、支架荷載和施工荷載分配到貝雷梁上同時(shí)受力的作用。方木橫梁采用10cm×10cm，間距45cm，對(duì)于隔板處的橫梁，考慮加密布置，間距20cm。

3.2.5 方木次梁安裝

方木尺寸10×10cm，按間距45cm并列布置于梁底，方木接頭錯(cuò)開布置，主要用于承受上部荷載并將荷載均布傳遞給鋼管橫梁。預(yù)留調(diào)整空間主要用于底模找平等，預(yù)留一定空間調(diào)整底模高度?；炷亮鹤灾赝ㄟ^底模，將荷載傳遞給貝雷桁架，然后再傳遞到基礎(chǔ)上。底模的預(yù)拱度及表面平整度采用不同厚度的鋼板墊塊在模板肋帶處調(diào)節(jié)。

3.2.6 支撐系統(tǒng)預(yù)壓

為消除支撐系統(tǒng)非彈性變形和檢測(cè)其彈性變形值，正確評(píng)價(jià)支撐系統(tǒng)的安全度，為模板系統(tǒng)設(shè)置預(yù)留沉落值提供依據(jù)，在支撐系統(tǒng)搭設(shè)完成后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，預(yù)壓材料選用砂袋和鋼筋。按130%的設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行超載預(yù)壓。預(yù)壓時(shí)間建議為第一孔三天，其他孔距24小時(shí)。預(yù)壓完成驗(yàn)收合格后進(jìn)行平臺(tái)立模、鋼筋綁扎、砼澆筑及養(yǎng)護(hù)等。

3.2.7 貝雷梁的拆除

本工程梁體底模采用橫梁方木找平后，架設(shè)木方，同時(shí)預(yù)留4cm左右的空間，待模板就位加固完成時(shí)，采用預(yù)制三角鍥子調(diào)整模板標(biāo)高。在完成混凝土澆筑并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除混凝土底模時(shí)先取出預(yù)制三角鍥子。再逐一拆卸方木、模板等完成脫模工藝。

貝雷桁架在63a橫梁工字鋼向上、下游懸挑130cm的位置安置一臺(tái)電動(dòng)葫蘆，將貝類桁架按照2排或三排一個(gè)單元，利用手動(dòng)葫蘆牽引桁架，沿63a橫梁工字鋼緩慢向上、下游側(cè)移動(dòng)，然后采用25t汽車吊逐排吊出貝雷架。

3.3 支撐體系搭設(shè)關(guān)鍵控制要點(diǎn)

①對(duì)于預(yù)埋鋼板和工字鋼的高程應(yīng)嚴(yán)格控制，要求預(yù)埋工字鋼平整，上下游高程差不大于5mm，并固定牢靠，防止?jié)仓^程中混凝土對(duì)預(yù)埋工字鋼沖擊造成位移。②預(yù)埋工字鋼和橫梁工字鋼材料必須采用Q345鋼，不得采用Q235材料，原材料是支撐體系安全控制的關(guān)鍵因素。③對(duì)63a橫梁工字鋼采用雙排并列方式，必要時(shí)在中部焊接連接，確保整體受力，并在工字鋼頂部焊接1cm厚度的鋼板。④貝雷桁架平臺(tái)底部需滿鋪安全網(wǎng)，保證封閉嚴(yán)密，以防墜物傷人。在貝雷桁架安裝過程中增加纜風(fēng)措施，確保安裝單元的穩(wěn)定。⑤由于貝雷桁架拼裝如桿件搬運(yùn)、螺栓施擰等工序，安全風(fēng)險(xiǎn)大，安全隱患多，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有一名專職安全員跟班作業(yè)，及時(shí)體型和糾正施工中的不安全因素。

4? 取得的成就及應(yīng)用前景

潼南航電樞紐工程二期啟閉機(jī)平臺(tái)澆筑完成后，立即在平臺(tái)下方利用汽車吊進(jìn)行第1-3節(jié)閘門安裝，在平臺(tái)澆筑一周時(shí)間，砼強(qiáng)度達(dá)到75%以上后，進(jìn)行平臺(tái)閘門起閉機(jī)安裝，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再利用啟閉機(jī)進(jìn)行剩余閘門拼裝。整個(gè)12孔啟閉機(jī)平臺(tái)澆筑、閘門安裝歷時(shí)3個(gè)月，與傳統(tǒng)搭設(shè)滿堂支撐架施工相比較，大大縮短了施工時(shí)間，為實(shí)現(xiàn)潼南航電樞紐工程具備擋水能力的節(jié)點(diǎn)目標(biāo)提供了可靠保證。

在今后類似工程中，均可利用該支架法，結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計(jì)符合結(jié)構(gòu)物特征的構(gòu)造，根據(jù)上部荷載大小選擇相應(yīng)材料。同時(shí)，可利用新型材料如高強(qiáng)鋼棒等代替工字鋼，減少因工字鋼預(yù)埋帶來的施工不便之處。鋼結(jié)構(gòu)支架法在啟閉機(jī)平臺(tái)、梁體澆筑甚至橋梁施工中均可廣泛應(yīng)用。

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作者簡(jiǎn)介：劉中文（1974-），男，湖北監(jiān)利人，工程碩士學(xué)位，高級(jí)工程師，現(xiàn)任中國水利水電第十二工程局第二分局常務(wù)副局長(zhǎng)，從事項(xiàng)目管理23年，研究方向?yàn)樗娛┕?、水利水電工程管理?/p>