貝雷梁支架在毗河一期供水書永分干渠渡槽施工中的應用

李 毅， 楊 君 磊， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

貝雷梁支架在毗河一期供水書永分干渠渡槽施工中的應用

李 毅， 楊 君 磊， 鄧 樹 密

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

結合毗河供水一期書永分干渠渡槽特點以及現場地形條件，通過對落地式滿堂腳手架和貝雷梁懸空式支架進行比較，提出了將貝雷梁作為支撐架構的槽身現澆支架體系，通過有限元模擬計算，鋼管柱、貝雷梁支架在強度和穩定性方面均能滿足施工要求，采用此法既可保證槽身施工質量，還可加快施工進度、降低施工成本，可為類似工程提供參考。

毗河供水；書永分干渠；梁式渡槽；貝雷梁支架；有限元計算

1 工程概況

書永分干渠屬于毗河供水一期工程蟠書灌區范圍渠系，由安岳縣書房壩水庫引水至安岳縣岳新鄉，渠系全長39.137 km，分為五個流量段,第一流量段流量為8.5 m3/s、第二流量段流量為7.9 m3/s、第三流量段流量為7.3 m3/s、第四流量段流量為6.3 m3/s、第五流量段流量為3.56 m3/s。工程包括隧洞27條、渡槽10座、明(暗)渠41段、倒虹吸1座、取水口1座、分水閘3座。

書永分干渠10座渡槽總長3.01 km，包括汪家溝渡槽、易家壩渡槽、大溝灣渡槽、唐家堰渡槽、岳陽河渡槽、觀音埔渡槽、官家溝渡槽、羅家溝渡槽、許家壩渡槽、高石梯渡槽；明(暗)渠41段，全長11.34 km；倒虹吸1座，全長0.331 km。渡槽均設計為排架柱梁式結構，除跨公路及較寬的溝渠之外，渡槽跨度一般為15 m，排架柱設計為單、雙排，橫截面尺寸為45 cm×70 cm，渡槽槽身距離現有地面平均高度為10 m,最高為32.5 m，混凝土強度等級為C25，槽身為U型薄壁結構，斷面尺寸為4.32 m×3.26 m。

施工區域處于丘陵溝壑中，部分渡槽還需穿越國道、省道和其他鄉鎮道路，現場地形多數較平直，地形坡度較緩，地面附著物較多，上部土層埋深5～10 m，下部基巖為粉砂質泥巖，特性屬軟巖～較軟巖，抗壓強度一般在30 MPa以內。

2 現澆支架方案的選擇

根據渡槽所處位置的地形、地貌特點，結合項目實際情況，可供選擇的現澆支架主要有滿堂扣件式(碗口式)鋼管架和鋼管柱加貝雷梁組合支架。雖然現場地形條件滿足施工作業要求，但由于渡槽經過區域多數為農田，農作物較多，地基較軟，地質條件差，渡槽跨度一般為15 m，若采用滿堂支架，需要大面積進行地基處理，消耗的材料數量多，部分穿越公路的跨度超過15 m，采用滿堂支架勢必影響交通，且有幾處由于地形起伏差較大及渡槽高程限制，距離實際地面高度將超過30 m。在這種高度下搭設滿堂支架地步寬度增大，消耗的材料更多且安全隱患較大。項目部根據現場地形地貌及工期要求，對滿堂支架和貝雷梁懸空支架進行了技術經濟比較分析，最終認為采用鋼管柱加貝雷梁的現澆支架最科學、合理。

3 貝雷梁支架的設計

項目部提出的貝雷梁方案是利用渡槽承臺作為受力基礎，外側搭設鋼管柱作為支承，然后通過工字鋼橫梁、貝雷梁、分配梁搭建形成組合支架。具體情況見圖1。

4 貝雷梁支架安全穩定性驗算

技術人員借助midas civil有限元軟件對貝雷梁進行了數字模擬分析，整個支架約2 500個單元。實施步驟為：根據貝雷梁桿件斷面特性，采用midas civil有限元軟件，按照梁單元和桿件單元分別模擬支架屬性，先生成節點，再生成單元的方式建立工程實體幾何模型，按照簡支梁條件模擬貝雷梁支架的約束及荷載，分析計算邊界條件下鋼管柱、貝雷梁、分配梁等主要桿件的應力與變形；最后對計算結果進行處理，輸出圖表或曲線。

圖1 渡槽支架立面圖

通過數字模擬得知貝雷梁結構中最大位移為23.5 mm，出現在中間兩片貝雷片的跨中。最大撓度為23.5 mm，小于最大允許撓度[v]= 15 000/400=37.5(mm)，滿足要求。 橫向分配梁I16的最大位移為0.22 mm,亦小于最大允許撓度[v]=1 824/400=4.56(mm),滿足要求。

根據有限元計算結果，綜合考慮施工荷載，為消除支架的彈性變形及非彈性變形、運行荷載預拱度(脫架后渡槽產生的彈性撓度)及后期混凝土的收縮徐變，獲得理想的成橋線形，技術人員采用二次拋物線進行預拱度分配，經計算得知跨中預拱度為30 mm。

5 貝雷梁支架的搭設

5.1 搭設步驟

該渡槽支架主要是利用灌注樁頂承臺作為支承，通過搭設鋼管柱、貝雷梁等構件形成受力支架體系并采取分段吊裝的方法，分段長度為1～5 m，采用25 t汽車吊實施吊裝工作。首先進行鋼管柱安裝，鋼管柱底座與承臺采用膨脹螺栓固定，每隔3 m與排架柱采用鋼筋抱箍加固，防止其偏移和傾覆；鋼管柱頂端放置100 t機械千斤頂，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；千斤頂上部橫向放置單根I40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；橫梁上部縱向鋪設3組貝雷梁，與橫梁接觸點設置限位鋼板，防止偏移； 3組貝雷梁放置橫梁后，按照橫向75 cm間距鋪設分配梁，兩端不足75 cm則緊靠貝雷梁端頭放置；完成上述桿件安裝和節點加固后，即可開始進行槽身模板的安裝。渡槽槽身模板采用定型鋼模，由底模、外模、外模支撐、內模、內模支撐架組成(圖2)。

圖2 槽身模板加固圖

5.2 卸荷方式

貝雷梁支架體系采用千斤頂卸荷，千斤頂放置在鋼管柱頂端中心位置，作為重要受力點承載上部荷載，根據荷載計算取值。單跨計算支架強度時組合荷載約為180 t，4根鋼管柱頂端為主要著力點，設置4臺100 t機械千斤頂，可滿足承載要求。

5.3 安全技術措施

鋼管柱采用φ500×10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的高強螺栓，法蘭盤及鋼板預留16個φ28螺栓孔。

鋼管柱采用25 t吊車及人工輔助進行安裝，連接前需對鋼管柱的垂直度進行嚴格的檢查和控制，最常用的方法為吊垂球法，也可以采用儀器進行現場觀測、指導安裝，以確保鋼管柱安裝的垂直度。

鋼管柱主要承受豎向軸力，因此必須嚴格控制安裝垂直度；為了防止縱向偏移，每隔3 m設置一道φ25鋼筋抱箍與排架柱連接牢固；鋼管柱底座設置高強膨脹螺栓與承臺連接固定，防止柱體橫向偏移。

直徑500 mm、壁厚1 cm的鋼管柱單m重量為120 kg，高度超過5 m后，必須搭設防護支架，以方便作業人員安裝和拆卸柱體。為確保卸荷及標高調整使用的千斤頂工作安全可靠，千斤頂必需放置在鋼管柱頂端中心位置，并采用限位鋼板防止其傾覆。4臺千斤頂并用，必須由4名作業人員同時進行千斤頂的上升和下降工作，確保升降速度保持同步；千斤頂兩側放置木枋，防止千斤頂“疲勞”而突然回縮下降，引起支架偏移。

上升時應注意升降套筒的上升高度，當升降套筒上出現紅色警告線時，表示已舉升至該千斤頂的額定高度，應立即停止起升，否則千斤頂將遭受破壞，同時可能引起危險。

下降時將撐牙推向下降方向，再插入手柄往返扳動，千斤頂的升降套筒隨即漸漸下降。

為了防止工字鋼橫梁偏移和傾覆，采用自制槽鋼抱箍將橫梁與排架柱連接牢固，橫梁頂面與底面設置槽鋼抱箍作為與排架緊固的連接桿件。抱箍的主要桿件包含縱橫向連接桿、高強螺栓、搭接鋼板等；縱向連接桿緊貼排架兩側設置，采用10#槽鋼制作；為防止橫梁不受損，橫梁頂面與底面利用搭接鋼板與縱向連接桿實施螺栓連接，搭接鋼板厚度為1 cm，與橫梁焊接牢固。

在貝雷梁上橫向鋪設I16a分配梁，其作用是便于在其上部鋪設槽身底模，分配梁長度為6 m，間距為75 cm，分配梁材料采用25 t吊車吊裝至貝雷梁頂部，按照設計間距人工均勻擺放和固定；分配梁采用U型螺桿與貝雷梁連接牢固，交錯布置。

6 結 語

(1)毗河一期供水書永分干渠受地形條件影響，采用了10座渡槽連接隧洞和明渠，總長度超過3 km，平均高度超過10 m。對此，采用鋼管柱加貝雷梁的現澆支架進行槽身建筑與傳統的滿堂鋼管腳手架比較不僅是經濟的，而且在質量安全控制方面也是有效的，該方案在本工程渡槽施工中發揮了重要作用。

(2)鋼管柱加貝雷梁現澆支架與滿堂鋼管腳手架相比，具有地基處理量小、變形小、整體穩定性好和施工速度快、效率高等優點，代表了渡槽現澆支架法施工先進的技術發展方向，值得今后在類似工程中推廣使用。

TV52;[TV92]

B

1001-2184(2017)05-0009-03

2017-08-20

李 毅(1970-)，男，重慶忠縣人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

楊君磊(1989-)，男，湖北枝江人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

鄧樹密(1971-)，男，四川廣安人，教授級高級工程師，從事水利水電、房屋建筑和市政工程施工技術與管理工作.

(責任編輯李燕輝)