灌渠渡槽工程高大組合支撐體系施工技術

李銳

（中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽 550081）

1 工程概況

涔天河水庫擴建工程西干渠標段弄石渡槽全長555 m（不含進出口漸變段），樁號XG20+865.230～XG21+420.230，槽身截面為矩形；下部結構包含單排架、實心墩和空心墩；基礎形式包含擴大基礎、承臺樁基礎；單槽橫斷面尺寸為內輪廓2.4 m（凈寬）×2.0 m（凈高）；設計流量4.0 m3/s，坡降1/2 000。渡槽共有28 跨，其中，7#～9#、20#～25#共9 跨的跨度為30 m，為B 類槽身混凝土；其余19 跨的跨度為15 m，為A 類槽身混凝土。渡槽槽身采用C45W6F100 鋼筋混凝土。

2 主要難點分析

由于渡槽位于山區，施工場地狹窄，地形起伏較大，施工難度主要集中在槽身上，且在沖溝中，排架高度較高，B 類槽身跨度達到30 m，排架最高高度達58 m，常規施工方法不能滿足施工安全及進度要求。因此，弄石渡槽采用常規施工方法與特殊施工方法相結合的方式進行施工，即弄石渡槽B 類槽身30 m 跨度C45 預應力槽身采用模板支撐結構，主要采用φ630 mm 鋼管柱+貝雷片+滿堂架支撐施工，A 類槽身15 m 跨度C45 非預應力槽身采用碗扣式鋼管滿堂腳手架施工。

3 渡槽支撐體系主要結構設計

1）每個空心墩內側搭設2 根鋼管柱，渡槽2 個空心墩基礎承臺和跨中新建1 個5.5 m×5.5 m×2 m 的基礎作為支架承載基礎，同時，跨中基礎上搭設4 根為1 組的鋼管柱作為支承。鋼管柱采用φ630 mm×12 mm 鋼管，豎向采用法蘭盤連接，靠近水平方向與墩柱連接且設置橫撐。

2）在鋼管柱頂端安裝2I45C 雙拼工字鋼，長度為7 m；在安裝2I45C 雙拼工字鋼時，必須設置限位板，防止2I45C 雙拼工字鋼側移和傾覆；在2I45C 雙拼工字鋼的支點部位增加加勁肋，以防止局部應力過大。

3）在2I45C 雙拼工字鋼上安裝8 片貝雷片；在貝雷片上橫向布設[14 槽鋼，長7 m，間距為80 cm。

4）槽鋼上布置φ48 mm 鋼管，鋼管上布置頂撐，頂撐上布置I16 工字鋼，工字鋼上安裝鋼模板。

5）跨中鋼管柱各從頂部沿橫向兩邊共引出4 道纜風繩至地面，通過預先澆筑的1 m×1 m×1 m 混凝土塊拉緊固定，以增加跨中鋼管柱穩定性，然后在鋼管柱頂部通過工字鋼橫梁、貝雷梁、分配梁搭建形成組合支架[1]。

4 支撐體系相關參數計算

4.1 I 16 工字鋼橫梁強度計算

渡槽槽身鋼筋混凝土自重荷載及模板自重荷載由34 根橫向I16 工字鋼承擔。工字鋼橫梁上的荷載主要包含永久荷載和可變荷載，永久荷載包括鋼筋混凝土重量、模板重量及支架自重；可變荷載包含施工荷載。

槽身下部墩柱凈間距27 m，工字鋼間距0.8 m，共計34 根。

1）每跨槽身總重：68.4 m3×26 kN/m3=1 778.4 kN（根據圖紙每跨槽身68.4 m3）。

2）每跨模板總重為：703 kN（過磅重量）。

3）I16 工字鋼自重標準值：0.205 kN/m，長7 m，共計34根，總重48.8 kN。

4） 每跨施工人機、下料沖擊力、振搗荷載總值為：（2.5+2）kN/m3×3 m×27 m=365 kN（施工人員機具荷載取2.5 kN/m2；下料沖擊力、振搗荷載取2.0 kN/m2，槽身底寬3 m，槽身墩柱間凈跨度27 m）。

5）施工活荷載總值為：365+1×3×27=446 kN（施工均布活荷載取1.0 kN/m2）。

6） 施工總荷載：P1=1.3×（1 778.4+703+48.8）+1.5×446=3 958 kN。

標準組合：P2=1 778.4+703+47.8+446=2 975.2 kN。

模板下部I16 工字鋼共計34 根。作用在模板上橫向工字鋼的均布荷載（按有效長度3 m 計算）為：q1=P1/（34×3）=38.8 kN/m。

底部I16 工字鋼彎矩最大值為：Mmax=q1l2/8=38.8×32/8=43.7 kN·m，截面抗彎模量W=141 cm3。

根據應力公式：

δm=Mmax/W=43.7×106/1.41×106=31N/mm2＜[σ]=205N/mm2，滿足要求，且遠小于最大容許應力值，可不進行剛度驗算。

4.2 貝雷梁支架結構受力計算

滿堂架所受荷載通過34 根[14 槽鋼傳遞至貝雷梁，槽鋼長7 m，間距0.8 m，滿堂支架立桿放于槽鋼和貝雷架的交點。取單排單層加強貝雷片的允許彎矩[M]=1 687.5 kN·m，允許剪力[Q]=245.2 kN，則：

8 排貝雷片的允許彎矩[M]=13 500 kN·m；

8 排貝雷片的允許剪力[Q]=1 961.6 kN。

查規范得每片貝雷片質量為270 kg，加強弦桿質量為80 kg，即3.5 kN/片，每排布置9 片貝雷片，共布置8 排，則每排貝雷梁自重：3.5×9=31.5 kN。

荷載計算值P3=（1.3×1 778.4+1.4×703+1.3×48.8+1.3×40.4+1.3×0.145×34×7+1.3×31.5×8+1.5×446）/（8×27）=20.6 kN/m。

標準組合q1=（1 778.4+703+48.8+40.4+0.145×34×7+31.5×8+446）/（8×27）=15.3 kN/m。

Mmax=0.086 9ql2=0.086 9× 20.6×11.752=247.2 kN·m＜[M]=1 687.5 kN·m；

Key words: new engineering construction; basis of computer engineering; course system

Qmax=0.583ql=0.583×20.6×11.75=141.1 kN＜[Q]=245.2 kN；

fmax=0.521×qll4/（100EI）=0.521×1.53×17 504/（100×1213×577×1 015）=0.22 mm%＜[f]=L/400=9.4 mm。

5 總體搭設步驟

施工過程中，渡槽利用獨立基礎和新增基礎作為支承，通過搭設鋼管柱、貝雷梁等構件形成受力支架體系，總體施工步驟如下。

1）緊靠空心墩的鋼管柱搭設首先采用50 t 吊車配合進行鋼管柱安裝，待鋼管柱超過40 m 時采用100 t 吊車配合進行鋼管柱安裝，鋼管柱底座與承臺采用預埋螺栓固定，每隔4 m與空心墩采用φ25 mm 鋼筋抱箍固定，防止偏移和傾覆；2 個空心墩中間的鋼管柱為4 根，與基礎預埋的螺栓固定，4 根鋼管柱之間兩兩用槽鋼斜撐和平撐固定，再從鋼管柱頂部各引1根鋼絞線沿橫向兩邊與地上預澆的1 m×1 m×1 m 混凝土塊拉緊固定，混凝土塊上壓沙袋增加自重。

2）鋼管柱頂端放置7 m 長2I45 雙拼工字鋼橫梁。

3）橫梁上部縱向鋪設8 組貝雷梁，與橫梁接觸點設置限位鋼板，防止偏移。

4）8 組貝雷梁安裝完成后，按照橫向80 cm 間距鋪設槽鋼，兩端不足80 cm 則緊靠貝雷梁端頭放置。

5）貝雷梁安裝完成后在槽鋼上采用φ48 mm 鋼管搭設支架，支架上鋪設I16 工字鋼。

6）完成上述桿件安裝和節點加固后，即可開始進行槽身模板安裝。

7）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。

8）模板安裝根據現在實際情況和排架高度采用汽車吊吊裝，先對槽身模板底模和外模進行安裝，在完成鋼筋制安后安裝內模。

6 吊裝設備的選擇

本工程吊裝作業主要為鋼管柱、貝雷片、模板、鋼筋吊裝，最大吊裝重量為貝雷片整體吊裝，吊裝重量31.5 kN。經幾次現場勘查，測量吊裝半徑（起重機的幅度）為16 m，起吊高度（到底檻）至少為50 m，起重機的主臂伸出長度約為56 m，根據起重機的特性曲線選定起重量為25 t 和100 t 的吊車。

7 平臺預壓

7.1 預壓荷載

槽殼施工荷載包括槽殼混凝土土結構自重、模板重量，單跨總荷載為1 991 kN。支撐體系安裝完成后采用噸袋裝土料進行預壓，支撐平臺預壓荷載不小于施工總荷載1.1 倍，預壓前采用膠合板或彩條布鋪在模板上，保護模板不被受損和污染。首跨移動平臺安裝完成后，按設計荷載的0、60%、80%、100%、110%進行4 級加載，并測得各級荷載下跨中、1/3 跨（2/3 跨）變形值。

7.2 預壓程序

預壓試驗施工程序：試驗準備（技術交底、施工組織等）→支承體系安裝就位→支撐體系全面自檢→預壓前聯合驗收→觀測點標記布設→分級加載→觀測讀數、記錄→終值靜置→觀測、分析數據，然后確定是否繼續下一級堆載預壓→全面檢查→卸載→觀測結果整理、分析→投入使用前全面聯合驗收→支撐體系投入使用。

7.3 預壓方法

支撐體系完成后在第24 跨進行預壓，預壓前移動支承平臺進行全面檢查：支撐體系整體安裝位置正確，模板中線及高程符合設計要求；貝雷架、型鋼各構件之間的結合面密貼。各部位接頭處的連接螺栓符合設計，無松動或其他異常現象；預壓所用的機具、材料準備充足。

7.3.1 加載部分工作

加載前先按照荷載分級重量配置好預壓材料，預壓材料采用吊車吊運至平臺上，人工配合均勻鋪設。預壓材料鋪設從下至上逐層進行，先中間后兩端，均勻滿鋪；支撐體系預壓加載時采用分級方式進行；加載順序為0、60%、80%、100%、110%。每加載一級載荷，均對所有測點進行一次測量，并做詳細記錄，在數據分析時與卸載時的撓度進行比較，并且每加一級荷載后，對支撐體系所有螺栓、銷軸等連接部位重新進行一次全面檢查，尤其對主梁螺栓要進行全面檢查，確保施工安全。

7.3.2 卸載部分工作

支撐體系預壓卸載時仍采用分級方式進行，按照加載相反的順序進行卸載；卸載順序為110%、100%、80%、60%、0，每卸下一級載荷，均對所有測點進行一次測量，并作詳細記錄，在數據分析時與加載時的撓度進行比較；卸載完成后，再一次對支撐體系進行全面檢查，并對模板及側模支撐進行檢查，看是否有變形。

7.4 監測點的布置

根據本工程的特點和實際情況，每根鋼管柱每8 m 布設一個監測點，主要監測鋼管柱垂直度。貝雷架布置6 個監測點，貝雷架1/4 跨度、1/2 跨度和3/4 跨度處左右兩側各布置1 個。

8 結語

在高大渡槽施工過程中，支撐體系技術方案選擇一直都是一大難題，既要滿足安全施工的條件又要考慮經濟性及實用性。本文通過對各種方案進行比對，達到了各項參數的平衡，并結合實際案例驗證了此方案，采用鋼管柱+貝雷片+滿堂架組合支撐體系施工技術，減少了支撐體系基礎混凝土和鋼管的用量，節約了工程建設投資，降低了施工安全風險，大大加快了工程施工進度。