淺談彭水電站升船機(jī)中箱板支撐施工方案

劉立清，周恩寧

(中國(guó)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(jī)中箱板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其縱向長(zhǎng)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?jī)艨崭叨葹?3.15 m。

升船機(jī)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(gè)獨(dú)立空腔，其中最大空腔結(jié)構(gòu)尺寸為7.5 m×5.2 m×2.65 m，整個(gè)箱板混凝土工程量近3000 m3。箱板基本結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1中斜線陰影部分。

2 中箱板支撐方案

由于箱板結(jié)構(gòu)尺寸和自重較大(混凝土厚度達(dá)3.85 m)，凈空高度達(dá)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(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)后續(xù)升船機(jī)承船廂安裝施工進(jìn)度有較大影響。因此，在確保支撐穩(wěn)定和施工工期的基礎(chǔ)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(tái)。

2.1 雙斜撐支撐結(jié)構(gòu)

雙斜撐支撐選用I36a型工字鋼作為橫梁，全長(zhǎng)16.0 m，橫梁采用4.0 m和12 m材料進(jìn)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(zhǎng)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(zhǎng)度為8.21 m。斜撐角度為45°。在斜撐與橫梁相交處兩側(cè)各焊接兩塊10 mm厚加勁鋼板。為便于支撐拆除后周轉(zhuǎn)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(tái)上。

圖1 升船機(jī)中箱板支撐結(jié)構(gòu)示意

圖2 升船機(jī)中箱板支撐結(jié)構(gòu)實(shí)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(shí)，為了確保支撐平臺(tái)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(jī)中箱板縱向長(zhǎng)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(dá)126榀，鋼材用量約270 t，加上當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)鋼材價(jià)格居高不下，給成本控制增加了較大壓力。為此，在多次與設(shè)計(jì)單位溝通后，最終將整個(gè)中箱板分為五段進(jìn)行施工。施工時(shí)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(zhuǎn)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(tái)工字鋼量)，較滿鋪節(jié)約鋼材近120 t。支撐分段布置見(jiàn)圖3。

2.3 支撐穩(wěn)定性計(jì)算

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

圖3 升船機(jī)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(dòng)荷載)。

取單榀橫梁為計(jì)算對(duì)象，根據(jù)不利荷載原則，將其簡(jiǎn)化為連續(xù)不等跨簡(jiǎn)支梁，形式及荷載分布如圖4。

圖4 單榀橫梁受力

根據(jù)計(jì)算結(jié)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(diǎn)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(zhǎng)斜撐

長(zhǎng)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(zhǎng)斜撐為中柔度桿，長(zhǎng)斜撐破壞為穩(wěn)定破壞，由臨界應(yīng)力公式σcr=a－bλ，Q235 鋼 a=304 MPa，b=1.12 MPa，可得:

(F為長(zhǎng)斜撐支點(diǎn)兩側(cè)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(diǎn)

(1)中箱板混凝土自重大，對(duì)支撐穩(wěn)定性、施工質(zhì)量要求較高。

(2)支撐承臺(tái)工字鋼預(yù)埋精度要求高、埋設(shè)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(dá)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?yàn)?埋設(shè)承臺(tái)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(tái)→搭設(shè)腳手架。

第一層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL278.45，當(dāng)兩側(cè)筒體混凝土施工至EL278.45時(shí)，由測(cè)量人員精確放出工字鋼埋設(shè)位置和埋設(shè)高程。第一層埋設(shè)的工字鋼為I25a工字鋼，全長(zhǎng)1.5 m，外露0.7 m，埋入混凝土內(nèi)0.8 m。

第二層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL281.44，工字鋼選用I20a型，全長(zhǎng)1.5 m，外露0.7 m，埋入混凝土內(nèi)0.8 m，埋設(shè)間距和第一層相同，工字鋼中心保持和第一層承臺(tái)工字鋼中心在同一鉛垂線上。

第三層承臺(tái)工字鋼埋設(shè)高程為EL284.22，工字鋼選用I28a型，全長(zhǎng)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(tái)埋入端和筒體內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋點(diǎn)焊。在承臺(tái)工字鋼埋設(shè)時(shí)，承臺(tái)位置由測(cè)量?jī)x器定位，保證埋設(shè)精度。埋設(shè)工字鋼及進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)嚴(yán)格控制，確保三層工字鋼承臺(tái)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(zhǎng)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(jìn)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(shí)控制好切割方向和進(jìn)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(duì)接焊，焊接前將接頭打磨處理干凈，然后將接口點(diǎn)固，再采用兩把焊槍，兩邊間隔10 cm對(duì)稱焊接，焊接時(shí)從上到下緩慢進(jìn)行，保證焊縫充分熔透。同時(shí)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(cè)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(zhǎng)500 mm，焊縫高度10 mm，垂直板厚12 mm，長(zhǎng)360 mm，短邊寬120 mm，長(zhǎng)邊寬270 mm。

橫梁切割、焊接均在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，焊接完成的工字鋼通過(guò)質(zhì)量驗(yàn)收后整齊堆放，做好防護(hù)措施，在完成第三層工字鋼承臺(tái)混凝土施工后開(kāi)始吊裝。利用升船機(jī)QZT5013塔機(jī)將橫梁吊裝至第三層承臺(tái)位置，對(duì)接好后將橫梁緩慢放置在承臺(tái)上，然后將其焊接固定在承臺(tái)上。在完成一榀安裝后應(yīng)立即和相鄰橫梁用L50角鋼加固，保證其穩(wěn)定。施工過(guò)程中注意對(duì)橫梁進(jìn)行保護(hù)，任何情況下不拆除橫梁的臨時(shí)支撐。防止橫梁傾斜或移位。

斜撐焊接待橫梁埋設(shè)層混凝土拆模后再進(jìn)行，長(zhǎng)斜撐采用I28a工字鋼，長(zhǎng)8.21 m，短斜撐采用I20a工字鋼，長(zhǎng)4.04 m，斜撐和下端預(yù)埋的工字鋼承臺(tái)焊接牢固，上端和橫梁焊接。焊接作業(yè)由專業(yè)焊工進(jìn)行，焊縫高度不小于8 mm，并在每個(gè)焊接點(diǎn)處加焊加勁肋板， 肋板厚10 mm，短邊長(zhǎng)度大于30 cm。斜撐焊接完成，用36鋼筋將所有的長(zhǎng)斜撐、橫梁焊接連成整體，鋼筋間距80 cm。

支撐平臺(tái)形成，在平臺(tái)上按照常規(guī)方法搭設(shè)滿堂腳手架，進(jìn)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?biāo)蜷g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?yàn)?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(gè)簡(jiǎn)易吊籃，懸掛在承臺(tái)下方，作為焊縫切割時(shí)的操作平臺(tái)。吊籃采用鋼筋制作，尺寸大小為160 cm×80 cm×100 cm(長(zhǎng)×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(jī)編網(wǎng)環(huán)繞。

支撐橫梁和斜撐與承臺(tái)的焊縫切割采用氧炔焰進(jìn)行割除，切割施工根據(jù)工字鋼結(jié)構(gòu)，遵照“從下至上”的原則進(jìn)行。每榀工字鋼支撐共需切割六處。切割前先對(duì)待切割工字鋼兩端采用手拉葫蘆進(jìn)行預(yù)緊懸吊的方式進(jìn)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(cè)采用3根＜80角鋼(角部朝上)焊接在工字鋼承臺(tái)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(zhǔn)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?yè)P(yáng)機(jī)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(kāi)始進(jìn)行支撐安裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，升船機(jī)中箱板支撐采用雙斜撐支撐結(jié)構(gòu)是可行的。支撐架不僅滿足了升船機(jī)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(shí)，支撐平移周轉(zhuǎn)使用也節(jié)約了大量鋼材，大大降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效果明顯，希望能為類似工程提供參考。