貝雷架在水利懸挑結構工程中的應用

徐邦遠，沈 聰

（南京明輝建設有限公司，江蘇 南京 211200）

0 引言

隨著各項建設事業的快速發展， 我國基礎設施建設條件越來越復雜，施工難度越來越大，貫穿于整個施工過程的支撐結構也隨之發生變化。 在多種支撐架中，貝雷梁由于具有組裝靈活、施工簡便、安全可靠等特點，被廣泛應用于國防戰備、交通工程、市政水利工程等［1-2］。 尤其在遇到普通立桿支架無法滿足安全及空間高度等要求的大跨度懸挑結構施工時，組裝靈活的貝雷架可以與各種形式的架立結構相組合，輕松完成建筑物的新建和維修等任務［3-4］。

目前，貝雷架在水利工程中的應用處于起步階段，相關施工質量控制標準仍不完善［5］。南京天生橋套閘啟閉機房建筑工程施工時，采用貝雷梁結合架立桿的梁-柱式支撐系統，實現水上懸挑建筑的澆筑施工。筆者試對該支撐體系的受力及穩定情況進行分析， 探討支撐架的安裝及搭設要點，以期為類似工程提供參考。

1 工程概況

天生橋套閘位于南京市溧水區天生橋河上，是連接石臼湖水系與秦淮河水系的控制性水工建筑物， 也是南京市江南片區跨流域洪水調度和水資源“六閘聯控”中的關鍵建筑物，具有防洪、蓄水、引水、通航等功能。 該工程采用套閘和節制閘相結合的布置形式，套閘布置在東側，節制閘布置在西側，管理所布置在套閘東岸的堤后， 套閘閘首與節制閘閘室齊平布置。天生橋套閘由北向南依次布置了引航道、上閘首、閘室、下閘首、引航道。 其中，天生橋套閘啟閉機房高為16.2 m，建筑面積為647.15 m2，分兩層布置，建筑設計使用年限為50 年。施工時，由于啟閉機房周圍已經蓄水， 屋頂外檐懸挑部分無法進行落地式支撐架的施工，故采用懸挑式支撐架，即將建筑旁邊的現有橋梁作為支架基礎，配合貝雷梁，進行支架施工，施工方案如圖1 所示。

2 支撐體系復核計算

天生橋套閘工程選用321 型貝雷梁， 貝雷梁縱向長度為15.0 m，高度為1.5 m，每一大片貝雷梁是由5 小片長度為3 m 的小片貝雷梁連接而成， 貝雷梁之間的橫向間距為0.8 m， 與橫向立桿線相重合。施工時，放在梁板上的貝雷梁長度為3.0 m。 為保證貝雷梁的穩定性，各貝雷梁之間用14#工字鋼連接。架立桿縱向間距為0.9 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m。

2.1 計算模型的建立

該工程支撐體系上部懸挑鋼梁為I18#工字鋼，錨固長度為3.3 m。在支撐架邊緣，用鋼拉桿將鋼梁與結構主體連接起來（內側鋼拉桿與型鋼梁夾角為65°，外側鋼拉桿與型鋼梁夾角為50°）。下部支撐架的立桿為單立桿（立桿采用6 m 長的鋼管搭設）。懸挑段立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.8 m，步距為1.5 m。貝雷梁一側的上部支撐架，立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m。 橋梁一側的下部支撐架，立桿縱向間距為0.8 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.0 m。 支撐體系構件參數如表1 所示。

基于SAP2000 建模軟件，建立如圖2 所示的貝雷梁及其下部支撐體系的計算模型。 該模型采用梁單元模擬上部貝雷梁及下部架立桿結構， 共建立308 個節點。

2.2 上部貝雷架的受力分析

在運用模型計算時， 考慮屋檐混凝土澆筑時其自重荷載和作用在腳手架與單排貝雷梁上、 下弦的風荷載。 風荷載按照線荷載0.019 2 kN／m 取值，并采取0.98 倍修正。 貝雷梁上部荷載分攤至模型節點上，橫向立桿處荷載大小相同，縱向立桿處荷載大小分 別 為：2.485 kN、5.635 kN、5.585 kN、5.585 kN、5.585 kN、2.485 kN。

圖1 天生橋套閘啟閉機房澆筑施工方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of pouring construction scheme of the opening and closing machine room of Tiansheng bridge brake

表1 天生橋套閘支撐體系構件參數Tab.1 Component parameters of the brake support system of Tiansheng bridge

圖2 貝雷梁及其下部支撐體系計算模型示意圖Fig.2 Schematic diagram of calculation model of Beret beam and its lower support system

經計算， 模型最大應力分布在貝雷梁下部立桿拐角處的腹桿上，為13.302 MPa（小于規范要求的205 MPa）；立桿最大彎矩為248.06 kN·mm ，最大軸向力為9.215 kN （小于規范要求的15 kN）；貝雷梁的最大變形量為0.705 mm（貝雷梁的具體變形情況如圖3 所示）， 小于規范要求的l／400＝37.5 mm。 因此，貝雷梁的受力滿足規范要求。

2.3 下部支撐架的穩定計算

根據模型計算出立桿最大支座反力為9.215 kN。 分別用公式（1）和公式（2）計算不組合風荷載和組合風荷載時下部支撐架的抗彎強度。

圖3 貝雷梁變形示意圖Fig.3 Schematic diagram of Beret beam deformation

式中：σ 為支撐架的抗彎強度，MPa；N 為立桿最大支座反力，kN， 根據模型計算出立桿最大支座反力為9.215 kN；φ 為構件穩定系數，根據長細比查《混凝土結構設計規范》附表所得，本文取0.243；A為立桿的截面面積，取424 mm2；Mw為計算立桿段由風荷載設計值產生的彎矩，kN·m， 可按公式（3）計算；W 為截面模量，取4.49×10-6m3。

式中：Mwk為風荷載為標準值時產生的彎矩，kN·m，可用式（4）計算。

式中：wk為風荷載標準值，kN／m2，可用式（5）計算；Ia為立桿縱距，m；h 為立桿步距，m。

式中；w0為基本風壓，kN／m2，按照圖紙規定，取0.4；μz為風荷載高度變化系數，按照《建筑結構荷爾蒙載規范》（GB50009-2001） 附錄表7.2.1 規定，取1.14；μs為風荷載體型系數，取1.134。

經計算， 不組合風荷載時， 立桿的抗彎強度為134.16 MPa，小于鋼材抗壓強度的設計值205 MPa；組合風荷載時， 立桿的抗彎強度為189.39 MPa，小于鋼材抗壓強度的設計值205 MPa。因此，立桿的穩定性滿足要求。

3 支撐架安裝及搭設要點

3.1 立桿及掃地桿搭設

（1）支撐架支撐系統的立桿采用單立桿。懸挑段立桿縱向間距為1.0 m， 橫向間距為0.8 m， 步距為1.5 m； 貝雷梁一側的上部支撐架立桿縱向間距為1.0 m，橫向間距為0.6 m，步距為1.5 m；橋梁一側的下部支撐架立桿縱向間距為0.8 m， 橫向間距為0.6 m，步距為1.0 m。 布置時，立桿間距可根據實際情況調整，但只能縮小，不能隨意擴大。

（2）立桿采用6 m 長鋼管搭設，對接接頭扣件開口方向應向下或向內，以防雨水進入。

（3）立桿接長時，采用對接扣件連接，嚴禁搭接。兩根相鄰立桿的接頭不應設置在同步內。同步內，隔一根立桿的兩個相鄰接頭在高度方向錯開的距離不宜小于500 mm。各接點中心至主節點的距離不宜大于步距的1／3。

（4）嚴禁將上段的鋼管立桿與下段的鋼管立桿錯開固定在水平拉桿上。

（5）支撐架必須設置縱橫向掃地桿。掃地桿布置在距立桿底部200 mm 處，按縱下橫上的順序搭設。

（6） 縱向掃地桿應采用直角扣件固定在距底座下面200 mm 高的立桿上。 橫向掃地桿采用直角扣件固定在緊靠縱向掃地桿下方的立桿上［6］。

3.2 剪刀撐安裝

在支撐架架體外側四周及內部縱、橫向，由底至頂每4 m 設置連續豎向剪刀撐；在架體底部、頂部及豎向，間隔4 m 分別設置連續水平剪刀撐［7］。

（1）剪刀撐主要由6 m 長的鋼管搭設而成。剪刀撐斜桿接長時，采用搭接方式，搭接長度不小于1 m，并用2 個旋轉扣件分別在離桿端不小于100 mm 處進行固定，中間還應增加2～4 個扣結點。

（2）剪刀撐斜桿要用旋轉扣件固定在與之相交的鋼管立桿上。

（3）最下面的斜桿與立桿的連接點離地面不應大于500 mm。

3.3 防護欄桿、踢腳板安裝

在支撐架外側， 須設1.2 m 高的防護欄桿和30 cm 高的踢腳板。 頂排防護欄桿不少于2 道，高度分別為0.6 m 和1.2 m。 腳手架內側形成臨邊的（如遇大開間門窗洞等），在支撐架內側設1.2 m 的防護欄桿和30 cm 高的踢腳板。

3.4 安全網安裝

采用1.8 m×6 m 的綠色密目式安全網將支撐架外側立面封閉起來。在固定安全網時，選用纖維筋繩綁扎，要求安全網嚴密、平整［8］。 安裝安全網時，用16＃鐵絲將安全網綁扎在縱向水平桿上， 并設180 mm 高的踢腳板，防止墜物傷人。 在支架中間距離邊坡平臺4 m 及二級斜坡頂處， 分別滿拉防墜落安全網。 水平安全網接口處必須連接嚴密、牢靠。

3.5 支撐架拆除

（1）支撐架拆除作業必須由上而下逐層進行，嚴禁上下同時作業。連墻件必須隨支撐架逐層拆除，嚴禁將連墻件整層或數層拆除后再拆除支撐架。 分段拆除高差大于兩步時，應增設連墻件，進行加固［9］。

（2）拆除作業應按確定的程序進行。支撐架拆除順序為： 安全網→防護欄桿→剪刀撐→斜撐桿→橫桿→立桿。

（3）不準分立面拆除或在上、下兩步同時拆除，做到“一步一清”“一桿一清”。拆除立桿時，應先抱住立桿，再拆開最后兩個扣件。拆除橫桿、斜撐、剪刀撐時，應先拆中間扣件，然后托住中間，再解開端頭扣件。所有連墻桿必須隨支撐架拆除同步下降，分段拆除高差不應大于兩步，如高差大于兩步，應增設連墻件，進行加固。

（4）在拆除支撐架時，要確保架體的穩定性不被破壞，如附墻桿被拆除前，應加設臨時支撐，防止變形；拆除各標準節時，應防止失穩。

（5） 當支撐架拆至除下部最后一根長鋼管的高度時，應先在適當位置搭設臨時拋撐，再拆除連墻件。

4 結語

綜上所述，貝雷梁與其他架立桿組合時，形式多變，有些也較為復雜。 在施工過程中，為保證支架的穩定和人員的安全，應做到以下幾點：（1）支撐架的基礎必須經過硬化處理，滿足承載力要求，并做到無積水、無沉陷。 （2）混凝土平臺必須達到設計強度的75%以上才能施工。 （3）嚴格控制施工荷載（不大于3 kN／m2），確保較大安全儲備。（4）合理安排工期，協調各方進度， 減少干擾， 使整個工程協調有序地進行。