框剪式架管承重体系在某箱梁施工中的应用

刘立清，周恩宁

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610000)

1 工程概况

彭水水电站位于重庆市彭水县境内的乌江上，是乌江干流水电开发的第10个梯级电站，彭水水电站工程以发电为主，兼顾航运、防洪及其它综合利用。电站由混凝土重力坝、右岸地下电站、左岸通航建筑物和垂直防渗帷幕等组成。电站装有5台水轮发电机组，装机容量为1750 MW，是乌江上大型水电站之一。

通航建筑物规模为500 t级，主要由上游引航道、船闸、中间渠道(含渡槽)、垂直升船机和下游引航道组成。通航建筑物中间渠道与升船机采用渡槽形式联接，渡槽为预应力箱形简支梁承重结构，渡槽共有6跨，布置有46榀箱梁。

因周边场地限制，箱梁均采用在桥墩侧面预制平台进行预制，预制完成后利用卷扬机牵引，导轨+滚杠的平移方式安装就位。根据渡槽实际情况，前五跨箱梁预制平台可利用桥墩侧面较为有利的地理条件，浇筑混凝土或搭设少许架管即可作为预制平台。而第六跨桥墩侧面悬空，箱梁跨度为27.66 m，安装面距下方EL235平台净空高度达37.6 m。加上该跨箱梁最大重达270 t。因此，需在侧面形成一个27.66 m×6 m×37.6 m(长×宽×高)的预制平台，对平台的承重和稳定性要求较高。

2 支撑方案的确定

2.1 框剪式架管支撑方案

该支撑方案类似于房建中的框架－剪力墙结构，支撑采用墩墙式承重结构，上部采用梁、墙、柱相结合的薄壁结构，下部为扶壁、构造柱、承重墙和联系板结合的承重体系。脚手架搭设高度为37.55 m，结构整体布置尺寸为纵向长度为24.88 m，横向布置宽度底部为38 m，顶部为6 m。

承重脚手架由六部分组成，分别为:一道承重梁;一道承重墙;三道塔柱;二层联系板;六道扶壁。脚手架搭设纵向立杆间距均为60 cm，横向承重梁、墙、柱部分均为60 cm，扶壁部位为80 cm，步距为100 cm，联系板脚手架尺寸与两端尺寸一致。整体布置详见图1。

2.2 方案优点

图1 框剪式架管支撑结构整体布置效果

方案采用塔柱、承重墙和承重梁作为承重系统，二层联系板、六道扶壁作为结构稳定系统，科学合理的利用了框架－剪力墙空间结构的特性，不仅保证了支撑结构体系的稳定可靠，而且最大限度的减少了钢材的投入，在降低施工成本、节约施工时间等方面优势明显。实践证明，搭设完成这一个结构体系仅耗用架管材料约280 t，而按照常规满堂脚手架的方案，架管用量将达550 t，若采用钢结构支撑方案则成本更高。

3 支撑的稳定性计算、施工

3.1 支撑结构参数

3.1.1 承重梁

承重梁结构尺寸为24.88 m×6 m×3 m(长×宽×高)，立杆布置纵向42排，横向11排，间距为60 cm×60 cm，步距为100 cm。剪刀撑布置角度为45°，每间隔5排布置一道，横向共布置9道，纵向布置2道(和承重墙剪刀撑保持一致)，同时，在梁顶部及底部布置两道水平剪刀撑。

3.1.2 承重墙

承重墙结构尺寸为24.88 m×3.6 m×37.55 m(长×宽×高)，立杆布置纵向42排，横向7排，通长搭设，间距为60 cm×60 cm，步距为100 cm。剪刀撑纵向布置，搭设角度为45°，间隔5排布置，共两排，右侧底部预留一个门洞作为通道，门洞尺寸为4 m×5 m，门洞位置周边两排立杆及横杆均需增加副杆，门洞斜杆布置两排，布置角度为61°。

3.1.3 第二层联系板

第二层联系板结构尺寸为21 m×11.72(7.77)m×3 m(长×宽(顶宽)×高)，将三道塔柱、承重墙及扶壁相连。底面距地面高度为23 m。板立杆布置纵向36排，间距为60 cm，横向7排，中间部分11排间距为60 cm，两侧为斜面，角度为57°，布置3排立杆，间距为80 cm，步距为100 cm。剪刀撑水平布置，角度为45°，间隔5排搭设，在顶部和底部各布置一排。

3.1.4 第一层联系板

第一层联系板结构尺寸为21 m×28.88(24.86)m×3 m(长×宽(顶宽)×高)，板底面距地面高度为10 m，板立杆布置纵向36排，间距为60 cm，横向39排，中间部分11排间距为60 cm，两侧布置28排立杆，间距为80 cm外端为斜面，角度为57°，步距为100 cm。剪刀撑水平布置，角度为45°，间隔5排搭设，在顶部和底部各布置一排。

3.1.5 塔柱

承重架共布置三道塔柱，为第六跨箱梁支撑主要承重结构。塔柱总高度为37.55 m，截面尺寸为6 m×4.2 m(长×宽)。两侧与扶壁相连，中间与第一、二层联系板及顶部承重墙、梁相交形成整个支撑体系。

塔柱立杆纵向布置8排立杆，间距为60 cm，横向布置11排立杆，间距为60 cm，横杆步距为100 cm，剪刀撑纵向布置三排，每间隔五排立杆布置一排，横向与扶壁剪刀撑一致，剪刀撑搭设角度为45°。

塔柱在与第一、二层联系板及承重墙相交部位的横杆，要求尽量使用原材料架管搭设，特别在塔柱承重墙上下游悬挑出1.2 m宽度处的立杆，应采用无锈蚀、无裂纹的脚手架管，横杆搭接接头应在塔柱内并保证深入足够长度，悬挑部分横杆不应有搭接接头。所有横杆应保证上下左右横杆相互错开，横杆不允许采用“一字扣”搭接，搭接时的搭接长度不小于1.50 m，搭接处要求不少于三个扣件固定。

3.1.6 扶壁

为保证塔柱及整个支撑的稳定，在每道塔柱靠山和靠江侧各布置一道扶壁进行加固。扶壁呈直角三角形布置，基础3 m高竖直搭设，扶壁底部宽为16 m，高为27.35 m，厚度为3 m，斜边角度为57°。

扶壁纵向立杆布置4排，间距为60 cm，横向布置20排，间距为80 cm，横杆步距100 cm。剪刀撑横向布置，每道扶壁布置三排，间隔2排立杆搭设，搭设角度为45°。支撑正面及侧面布置见图2。

图2 架管支撑结构正面和侧面示意

3.2 支撑稳定性计算

支撑稳定性计算内容主要包括杆件受力情况和连接扣件抗滑承载力计算及整体稳定性计算。计算时对支撑建立三维有限元模型，计算时采用右半部分进行分析。计算程序采用大型商业ANSYS三维结构有限元程序，所有杆件结构全部采用梁单元Beam189。

根据计算结果，位移最大值主要出现在承重梁顶部杆件处，最大仅为4.56 mm，挠度最大值为1.4 mm，小于容许挠度［v］最小值4.00 mm，轴力最大值为18.196 kN，弯矩最大值出现在第14排(通道顶部位置)，Mmax=0.488 kN·m，均满足规范和施工要求。

3.3 施工程序及要点

框剪式架管支撑按照从下至上的原则进行，首先清理基础，由测量人员按结构精确放出各部位 轮廓线。

其次由架子工按照测量点位开始架体搭设，架体搭设按照承重墙→扶壁→第一层联系板→第二层联系板→承重梁施工顺序由下向上搭设。脚手架搭设顺序为:标出立杆位置→放置扫地杆→逐根拉立杆并与扫地杆扣牢→安装第一步大横杆→安装第一步小横杆→第二步大横杆→第二步小横杆→第三、四步大横杆和小横杆→接立杆→斜杆→加设剪刀撑。

架管承重脚手架所用钢管外径为48 mm，壁厚3.0 mm，扣件螺栓拧紧扭力矩大于40 N·m且小于60 N·m。在搭设过程中，每向上增加一根架管，架子工采用线锤检查立杆垂直度，每搭设12 m高度后，由测量人员采用仪器进行偏差测量，严格控制架体搭设精度。同时，上游侧所有纵向横杆延长伸入至第五跨脚手架内，并与第五跨脚手架立杆用扣件固定，形成连墙杆，下游侧所有纵向横杆均抵紧升船机筒体混凝土墙面。

架体搭设完成后，重点检查扣件的紧固程度、基础情况、立杆垂直度、剪刀撑搭设及连墙杆情况，其中扣件检查比例不小于所有扣件的5%。验收合格后再进行荷载试验。

4 结束语

在水利工程施工中，经常出现大重量、大跨度、高净空的混凝土结构施工情况，往往需要消耗大量的钢材搭设一个较大的支撑平台，框剪式架管支撑结构在彭水电站渡槽第六跨箱梁施工过程中，使用了相对较少的材料，降低了施工成本的同时，也减少了支撑的施工时间，取得了良好的应用效果。