貝雷架在水電站廠房工程中的應用

秦民生

摘 要：貝雷架具有結構簡單、運輸方便、架設快速、承載能力大等優點，同時具有通用性、標準性。其經調整組合后可承受較大的荷載，用于多種工況，適用于國防戰備、水利市政、公路交通、民用建筑等領域。本文以三河口水利樞紐工程為例，通過對廠房大跨度現澆屋面施工方案進行比選分析，提出技術可行、經濟合理的施工方案，以期為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：貝雷架;支撐系統;廠房;混凝土

Abstract： Bailey frame has the advantages of simple structure， convenient transportation， rapid erection and large bearing capacity， and it is universal and standard. After adjustment and combination， it can bear large load， and can be used in many working conditions， such as national defense and war preparation， water conservancy and municipal administration， highway transportation， civil construction and other fields. Taking Sanhekou water conservancy project as an example， through the comparison and analysis of the large-span cast-in-place roof construction scheme of the power house， this paper put forward a feasible and economic construction scheme， in order to provide reference for similar projects.

Keywords： Bailey frame;support system;workshop;concrete

水電站廠房是水電站中安裝水輪機、水輪發電機和各種輔助設備的建筑物。其既是水工建筑物、機械和電氣設備的綜合體，又是運行人員進行生產活動的場所。主廠房上部結構與工業廠房相似，基本都是板、梁、柱結構系統。現階段，水電站主廠房屋面以輕型鋼架或網架結構為主流設計，這類屋面具有美觀大氣、施工便捷、成本低等優點，因而得到廣泛應用。但在一些有仿古裝飾或其他特定要求的情況下，廠房屋面仍采用常規現澆方式。

1 工程概況

三河口水利樞紐為引漢濟渭工程的兩個水源之一，工程樞紐位于子午河佛坪縣境內子午河峽谷下游段，樞紐主要由大壩、壩身泄洪放空系統、壩后引水系統、抽水發電廠房和連接洞等組成。水庫總庫容為7.1億m3，電站廠房安裝2臺可逆式機組，2臺常規水輪發電機組。

三河口水利樞紐廠房建筑面積為7 681.16 m2，其中地下部分為3 955.16 m2，地上部分為3 726 m2，其中主廠房建筑層數一層，廠房結構安全等級為一級，耐火等級為一級，設計使用年限為100年，抗震設防烈度為6度。主廠房屋面共分三段，即安裝間段、常規機組段和雙向機組段，首層地面相對高程為±0.000 m，絕對標高為545.87 m，主廠房屋面頂標高為17.1 m，樓板厚12 cm，主梁斷面尺寸為40 cm×160 cm、40 cm×100 cm，次梁為20 cm×45 cm、25 cm×50 cm、40 cm×60 cm。

2 施工環境分析

大跨度現澆結構模板支撐系統的設計非常關鍵，一般呈現出高度大、荷載大、安全風險高等明顯特點。本工程屋面結構施工兼具以上特點，且有其特殊性。

主廠房屋面主梁跨度為18 m，樓板次梁底部距離橋機頂部僅有2.2 m，而且還要預留30 cm以保證橋機的正常安全運行，剩余可利用空間不足2 m。除此以外，現澆混凝土所有的荷載（支撐系統荷載、結構自重、施工荷載等）傳遞部位，必須要滿足強度和剛度要求，而主廠房吊車柱間連系梁設計工況無法滿足荷載要求。總體來說，本工程現澆屋面施工環境非常苛刻。

3 模板支撐系統方案比選

現澆屋面混凝土施工中關鍵方案在于模板支撐系統，經過認真分析并結合現場實際情況，制訂了兩種施工方案，具體如下。

方案一：滿堂架方案，采用常規滿堂架支撐系統。安裝間排架搭設高度為17 m，常規機組及雙向機組主廠房排架搭設高度為25.8 m，共需鋼管210 t，扣件3.6萬個。

方案二：貝雷架方案，采用貝雷架作為主支撐，在其上部搭設小排架的支撐系統。在橋機之上布置貝雷架支撐系統，貝雷架跨度為18 m，安裝高程為14.35 m，考慮兩個部位同時施工，需要貝雷片252片，工字鋼48 t。

方案對比：方案一為常規方案，借鑒案例多，易于操作，但由于是滿堂腳手架，施工期間整個主廠房空間無法同時利用，廠房橋機無法運行，內部機電設備無法安裝，對整體工期影響較大，且排架工程量大，成本高，搭設高度大，安全風險大;方案二將模板支撐系統布置在橋機上，使得橋機可以正常運行，主廠房機電設備安裝可以同時進行，對整體工期的影響較方案一大大降低，但施工中要做好支撐系統的安全防護措施，同時要避開上下垂直交叉作業[1]。

綜上所述，從進度、成本、安全等角度綜合考慮，最終選取方案二貝雷架方案作為該工程的施工方案。

4 貝雷架方案簡介

4.1 貝雷架基本知識

貝雷架，也被稱為“裝配式鋼橋”，原名叫“321”鋼橋。貝雷架是形成一定單元的鋼架，可以用它拼接組裝成很多構件、設備[2]。貝雷橋是世界上應用廣泛，最為流行的一種橋梁，具有結構簡單、運輸方便、架設快速、分解容易的特點。同時，具備承載能力大、結構剛性強、疲勞壽命長等優點。

4.2 支撐系統方案確定

屋面模板支撐體系荷載傳遞方式為：模板→方木→排架→工字鋼→貝雷架→工字鋼→框架柱。貝雷架分為上承式支撐體系及下承式支撐體系，在主縱梁部位采用下承式支撐，在其余橫梁及板部位采用上承式支撐[3]。

針對荷載傳遞方式，逐級進行力學模型簡化，結合受力構件的力學性能參數，進行必要的強度、剛度和穩定性計算，選取經濟可行的材料或構件及各級受力構件的間排距。

通過計算，在充分考慮可行性、經濟性等前提條件下，本工程選取321型貝雷架（加強型）、55a工字鋼、45a工字鋼、14#工字鋼、Φ48.3 mm×3.6 mm鋼管作為主要受力構件，并計算出各部位構件的詳細間排距。支撐系統示意圖如圖1所示。

5 模板支撐系統施工

5.1 施工工藝簡介

澆筑框架柱時預埋45a工字鋼（常規機組主廠房預埋55a工字鋼），工字鋼上架設貝雷架作為主支撐，在貝雷架上鋪設14#工字鋼，然后根據梁板高程采用Φ48.3 mm×3.6 mm鋼管搭設承重排架作為模板支撐。主梁采用下承式貝雷架支撐，次梁及板部位采用上承式貝雷架支撐。

5.2 支撐系統預壓

支撐系統及模板安裝根據設計梁跨度預先設置起拱高度，起拱高度宜為全跨長度的1/1 000～3/1 000（沿廠橫方向）。根據支撐系統沉降計算，起拱高度取全跨長度的3/1 000。由于排架搭設高度均為60～80 cm，沉降變形極小，根據強度計算，工字鋼撓度也普遍較小，整個支撐系統變形最大的為貝雷架，故而支撐系統預壓僅考慮貝雷架的預壓。

5.3 預壓荷載及監測點布置

本工程采用鋼筋作為試重塊進行荷載試驗。參考《鋼管滿堂支架預壓技術規程》（JGJ/T 194—2009），預壓荷載不應小于貝雷架承受的混凝土結構恒載與模板重量之和的1.1倍，具體荷載結合計算書進行確定。

每2榀貝雷架作為1個預壓單元進行荷載試驗。由于貝雷架之間間距較小，取安裝間最中間2榀貝雷架在安裝后做荷載試驗，其余貝雷架組裝完成后在安裝前于545平臺做荷載試驗。沿貝雷架方向每1/4跨徑布置2個監測點[4]。

5.4 加載與卸載

每個預壓單元分4級進行加載，4級加載值依次為預壓荷載值的25%、50%、75%、100%。

加載時，從貝雷架跨中開始向兩端進行對稱布載。每級加載完成后，每間隔12 h對貝雷架沉降量進行一次監測。當監測點12 h的沉降量平均值小于2 mm時，可進行下一級加載。預壓完成后可一次性卸載，卸載時應對稱、均衡、同步卸載，卸載后記錄監測點沉降量。

5.5 預壓監測

預壓監測采用水準儀按三等水準測量進行作業，水準儀按現行行業標準《水準儀檢定規程》（JJG 425—2003）進行檢定。預壓過程中，監測項目包括以下內容：①加載之前監測點標高;②每級加載后監測點標高;③加載至100%后每間隔24 h監測點標高;④卸載6 h后監測點標高。預壓完成后，根據監測記錄計算貝雷架沉降量、彈性變形量、非彈性變形量。

5.6 支撐系統安裝

5.6.1 預埋工字鋼安裝。在高程為559.57～561.17 m的框架柱混凝土澆筑之前，采用塔機將45a（55a）工字鋼吊運至倉面進行預埋，工字鋼底部預埋高程為13.9 m，預埋端焊接4根Φ25 mm錨筋，以增強預埋工字鋼的穩定性。工字鋼加工長度根據柱間距確定，上下游側預埋工字鋼懸挑為1.5 m。

5.6.2 貝雷架安裝。每2根框架柱之間布置2榀雙排單層加強型321貝雷架，40 cm×100 cm橫梁下部貝雷片不安裝加強弦桿，上下游兩端貝雷架為單排單層標準型貝雷架。

安裝間屋面施工貝雷架在545.0 m平臺采用人工配合吊車進行拼裝，常規機組及雙向機組主廠房屋面施工貝雷架在尾水平臺進行拼裝，然后采用吊車吊運至安裝位置。貝雷架每榀的長度為21 m，由7片貝雷架標準件拼裝而成。拼裝完以后，雙排單層加強型貝雷架每榀重量約6.8 t，需要采用吊車進行安裝并配合拆除。主廠房屋面共3塊樓板，相關安拆人員配合分塊樓板施工。

吊裝貝雷架時，在貝雷架上綁扎2個吊點，各距貝雷架兩端5 m左右，對稱布置。起吊前，在貝雷架兩端各捆上1根10 m左右的麻繩做蕩繩，待貝雷架吊裝落下就位時拉扯蕩繩使貝雷架精確就位。吊車吊運貝雷架安裝時，要安排專人負責指揮，當吊運至貝雷架安裝位置的正上方時，再徐徐落下，兩端的專人拉扯蕩繩，使貝雷架的位置對準，再落在工字鋼支座上。就位后，馬上將貝雷架下端用螺桿固定，再取下吊鉤，然后開始吊裝下一榀貝雷架。取吊鉤時，將橋機移動至貝雷架下部，采用腳手管搭設操作平臺，橋機下部采用安全網兜底。

5.6.3 工字鋼鋪設。貝雷架安裝完成后，采用塔機將14#工字鋼吊運至工作面，人工進行鋪設，鋪設就位后采用特制鎖扣進行固定。主縱梁下部支撐工字鋼鋪設于貝雷架下部，間距70 cm，橫梁及板下部支撐工字鋼鋪設于貝雷架上部，間距根據梁板跨度進行設置。

5.6.4 排架搭設。工字鋼安裝完成后，鋪設竹夾板作為施工通道，采用塔機將腳手管吊運至工作面，工作人員按照設計圖紙搭設排架。排架搭設工藝流程為：放線→擺放掃地桿→立桿并與掃地桿扣緊→裝橫向掃地桿，并與立桿和掃地桿扣緊→依次搭設上部橫、縱向水平桿和立桿至要求高度處→鋪設支撐鋼管→鋪設方木。

6 屋面混凝土施工

屋面混凝土施工主要包括模板安裝、鋼筋安裝、混凝土澆筑及養護等。本工程屋面混凝土采用常規施工工藝進行，這里不再贅述。

7 支撐系統拆除

支撐系統拆除流程為：模板拆除→排架拆除→14#支承工字鋼拆除→貝雷架拆除→預埋工字鋼割除。

7.1 模板拆除

拆模前需要檢測同齡期混凝土試件抗壓強度，達到100%設計強度即可開始模板拆除。

拆除原則：應遵循先支后拆，后支先拆;先拆不承重的模板，后拆承重部分的模板;自上而下，支架先拆側向支撐，后拆豎向支撐等原則。

拆除方法：先拆梁板側面模板，后拆底面模板;拆除板梁下支撐時，應從跨中拆向兩端;拆除懸梁下部支撐時，應從外向里逐步拆除。

注意事項：拆模時，操作人員應站在安全處，以免發生安全事故;拆模時不要用力過猛過急，嚴禁用大錘和撬棍硬砸硬敲，以免混凝土表面或模板受到損壞;拆下來的模板及配件嚴禁亂拋亂扔，人工傳遞至屋面上部，集中吊運至545平臺，采用自卸車運至倉庫堆放;拆模過程中若發現混凝土有影響結構安全的質量問題時應停止拆除，經過處理后方可繼續拆除。

7.2 排架拆除

拆除腳手架時，應符合下列規定：拆除程序遵守自上而下，先搭后拆的原則，即先拆腳手板、剪刀撐，后拆橫向水平桿、縱向水平桿、立桿等（拆除順序為安全網→剪刀撐→橫向水平桿→縱向水平桿→立桿）;做到一步一清，一桿一清，即拆立桿時要先抱住立桿再拆開最后兩個扣，拆除大橫桿，所有連接件等必須隨腳手架拆除同步下降;拆除過程中，不允許破壞架體的穩定性，若被破壞，應加設臨時支撐防止變形;拆除的材料應傳遞至屋面上部，集中采用塔機吊運至545平臺，采用平板車運輸至倉庫堆放。

7.3 支承工字鋼拆除

14#上承式工字鋼采用人工拖拽至貝雷架端部，采用塔機吊運至545平臺;下承式工字鋼利用橋機搭設操作平臺進行拆除，先堆放于橋機上部，然后利用拆除貝雷架的卷揚機吊運至安裝間545.87 m樓板，人工選擇合適位置堆放。

7.4 貝雷架拆除

兩端單排單層標準型貝雷架可直接采用吊車進行拆除。屋面下部雙排單層加強型貝雷架分解為3段進行拆除，兩端3 m標準節將貝雷銷等連接件取下后采用塔機吊運至545平臺，中間15 m段采用在梁板澆筑時預埋吊鉤，然后利用卷揚機吊運的方式進行拆除。屋面澆筑混凝土前在25 cm×50 cm橫梁下部預埋Φ22 mm吊鉤。

雙排單層加強型貝雷架拆除順序為：搭設安全操作平臺（橋機上部）→卷揚機就位→塔機就緒→卷揚機鋼絲繩穿定滑輪（吊鉤下部）并栓于貝雷架對應位置→塔機鋼絲繩拴單榀貝雷架端部→卷揚機及塔機鋼絲繩收緊帶力→拆解貝雷架→橋機移走→塔機將兩端3 m標準節吊出→卷揚機鋼絲繩放松（3 m）后停止→旋轉貝雷架（避開橋機軌道梁即可）→慢慢放松卷揚機鋼絲繩（直到貝雷架落至樓板后停止）→拆解貝雷架→裝車運至倉庫。

7.5 預埋工字鋼拆除

利用橋機搭設操作平臺，人工采用氧氣乙炔對柱內預埋工字鋼進行割除，然后采用塔機吊運至545平臺，采用平板車運輸至倉庫堆放。割除時需要提前將鋼絲繩綁扎好并收緊帶力。割除后對柱混凝土表面預埋工字鋼位置進行打磨，按照混凝土質量缺陷修補方案進行處理。

8 廠房屋面施工危險因素分析

通過對施工環境、人員、設備等影響因素的綜合分析，在工程施工過程中，易發生垮（坍）塌事故的活動（狀態）主要有：①物的不安全狀態，例如，貝雷架連接不牢固，搭設腳手架所用鋼管質量不符合要求，施工存在質量缺陷，腳手架連接點松動等;②人的不安全行為，例如，未按方案要求搭設承重系統，非專業人員搭設貝雷架，混凝土未達到強度開始拆除作業等;③管理上的缺陷，例如，對搭設的承重系統未進行驗收，施工作業過程的安全監督不到位，未編制專項施工方案，承重系統計算書計算錯誤等。高空大跨度模板支撐系統施工安全風險高，要有針對性地制訂安全專項方案以及應急預案。

9 結語

水電站廠房工程包含專業多且結構復雜，高空大跨度廠房現澆屋面施工存在施工難度大、安全風險高的特點，施工過程中需要從多專業、多角度、多方位綜合考慮，在保證安全、質量的前提下選出技術可行、經濟合理的施工方案，以滿足工程建設需要。

參考文獻：

[1]徐世明，李萍.貝雷架鋼管支撐體系在大跨房屋結構中的運用[J].浙江建筑，2010（8）：48-50.

[2]毛應飛，劉朝建.貝雷架在水電站大跨度板梁施工中的應用[J].水利建設與管理，2018（7）：22-25.

[3]梁銓澤.淺談塔樓屋頂貝雷架支模施工技術[J].建筑與工程，2011（18）：85-86.

[4]李華.貝雷架在水電站大跨度廠房現澆屋面板工程中的應用[J].珠江水運，2017（8）：56-57.