贝雷梁造槽法在昌江干渠渡槽施工中的应用

郭勤军，马胜利，郭明泰

（1.南水北调中线局河南直管建管部，河南 郑州 450000；2.河南黄河工程公司，河南 郑州 450000）

昌江干渠系统位于海南昌江黎族自治县，是大广坝灌区的重要组成部分，承担昌江县七个乡镇1.1万ha土地的灌溉及叉河镇、棋子湾开发区等的供水任务。1～2号渡槽总长1 701 m，槽墩高达35 m，每榀槽身重180 t，位于丘陵区的沟谷中，横跨昌化江。因现场坡陡谷深、作业面窄、地质较差，渡槽跨度较大，若采用满堂支架，不仅准备工作量大、耗费材料数量多，且为地质条件及安全高度所不允；若采用架桥机，不仅购置、运输及架设都极不经济，且受其空间制约。结合工程现场特点，经反复对比、论证、计算，提出了贝雷梁拼装现浇支架造槽技术。

1 贝雷梁造槽法的技术原理

贝雷梁造槽法是按照简支梁原理，用组装好的贝雷梁这一桁架结构作为槽身模板的支撑体系，先在贝雷梁上起预备拱，再拼装大型定型钢模、绑扎钢筋并完成混凝土现浇施工的技术。其研究路线为：提出方案，对比、分析；进行试验，寻找施工参数；建立ANSYS有限元分析模块，进行数值模拟分析；对试验和有限元法进行对比；确定可行方案，明确结论。

2 贝雷梁试验

2.1 贝雷梁应力变形试验

向拼装好的贝雷梁均匀加载砂袋，按基本荷载（试验时为三道梁，施工中是九道梁，因施工总荷载为240 t，所以基本荷载为80 t）的50%、100%、130%分别持荷并观察，查看贝雷梁挠度变化，对试验结果进行分析，以寻找贝雷梁跨中起拱参数。现场试验情况及测量记录见图1和表1。

图1 贝雷梁应力变形试验示意图Fig.1 Deformation test of the bailey beam

分析及结论：试验观测记录表明，持续加载过程中，贝雷梁跨中挠度在持续变大，50%荷载即40 t时，挠度为24 mm；100%荷载即80 t时，挠度为49 mm；130%荷载即104 t时，挠度达63 mm。试验结果显示贝雷梁应力与变形之间基本呈线性关系，基本荷载远低于极限荷载，弹性变形处于可控范围，贝雷梁跨中起拱50 mm架设槽身模板，即可弥补应力变形带来的影响。

表1 贝雷梁应力变形试验现场测量记录Table 1:Records of the stress-deformation test for the bailey beam

2.2 实体墩贝雷梁造槽法仓内注水试验

通过向槽身注水，作为相对均布荷载，当注水80 t和200 t（这时总荷载分别为120 t和240 t）时分别稳定12 h以上，观测两次载荷条件下贝雷梁挠度变化、两端墩帽横向轴线位置、用观测到的结果验证起拱度是否满足施工需要。注水试验示意图及观测记录见图2及表2。

图2 仓内注水试验示意图Fig.2 Sketch drawing of the water filling test

分析及结论：通过观测，随荷载增加贝雷梁挠度在变大；总荷载达120 t时，挠度为25 mm，总荷载达240 t时，挠度为51 mm。观测结果表明槽身在加载及持荷过程中，墩帽轴线坐标没有变化，槽身荷载相对两个重力墩不构成影响。考虑到注水持荷周期较长，操作人员活动、浇筑时的震动及风荷载等因素，本跨槽身预设60 mm的起拱值。

3 贝雷梁数值模拟

借助ANSYS有限元软件对贝雷梁进行数值模拟分析。其实施步骤为：根据贝雷梁的杆件断面特性，用ANSYS命令流按梁单元和杆单元分别模拟桁架杆件属性，以先生成节点后生成单元的方式建立工程实体几何模型；按简支梁条件模拟贝雷梁支架的约束及荷载，分析计算边界条件下的应力与变形；最后对计算结果进行处理，输出图表或曲线。桁架单元及总结构位移图见图3和图4。

分析及结论：通过数值模拟，贝雷梁结构的最大位移发生在跨中，其挠度值为0.097 57 m；结构在静力作用下一般要满足δ/L≤1/900，本次结构计算值（0.09757/24）＞1/900，说明结构在这样的均布荷载下不能满足刚度要求，在贝雷梁上应起预备拱以平衡其挠度变化。

由于过流条件下槽身荷载大于施工荷载，而贝雷梁的方木支撑面大于槽端脚支撑面，设计单位对结构已进行过抗裂验算，因此，施工荷载对墩帽产生的劈裂效应问题，这里不再赘述。

表2 仓内注水试验现场测量记录Table 2:Records of the water filling test

4 贝雷梁造槽法的施工实践

4.1 贝雷梁的安装

人工配合起重机地面拼装贝雷梁，七个完整的贝雷片和两端各半片拼成一道贝雷梁，每两道梁为一组，梁间用纵梁和螺栓进行连接加固。贝雷梁起吊作业宜从墩帽一侧向另一侧逐渐跟进。在墩帽顶放置方木，先将沙筒置于方木上（沙筒中对中0.45 m），将拼装好的贝雷梁吊置于槽墩顶沙筒上。依次将第三、四道贝雷梁与已吊装的第一、二道贝雷梁进行拼装加固，直到最后一道贝雷梁单独起吊安装完毕。在贝雷梁上均匀放置横梁、槽钢和方木，用方木与龙骨从跨中起拱向两侧逐渐减少（跨中预拱度约为63 mm，数值根据试验结果适当调整），在贝雷梁周边搭设围挡、施工平台和防护网，然后在贝雷梁上立模、绑筋并进行混凝土浇筑。

图3 桁架单元轮廓图Fig.3 Truss units

图4 总结构位移图Fig.4 Displacement of the structure

4.2 贝雷梁的拆卸

槽身浇筑完2 d左右，即可拆除槽身内膜，注意加强混凝土养护。因海南气温较高、混凝土配制时又掺有早强剂，一般养护10 d混凝土强度能达到85%，即可拆除承重的外部模板。在拆除外模前，应先把沙筒里的沙放掉，使贝雷梁稍下移，接着拆除其上的横梁、槽钢、垫木等，以便有足够空间拆除外部模板和贝雷梁。贝雷梁的拆除用吊车、槽拉杆、电动葫芦配合人工完成。

从大广坝灌区昌江干渠1～2号渡槽槽身贝雷梁拆卸过程来看，最初两跨槽身的贝雷梁拆卸比较缓慢，第一跨贝雷梁支架系统从开始拆卸至全部拆卸完毕，费时两天，第二跨槽身的贝雷梁拆卸共耗时一天半。随着工程的进展、拆卸作业的熟练，资源消耗量也明显降低，正常情况下，8名作业人员，1台起重机，用时5 h，基本能把一跨槽身的整个贝雷梁支架拆卸完毕。

该渡槽验收时被评为优良分部，目前投入运行情况良好，成为昌江干渠上一大亮点。

5 结论与建议

根据贝雷梁应力变形试验及数值模拟，结合已成功浇筑的大广坝昌江渡槽槽身施工实践，在槽墩较高、跨度较大、地质较差、地形复杂的地方采用贝雷梁造槽法进行槽身浇筑不仅是经济的，也是有效的。在贝雷梁弹性形变范围内，贝雷梁上荷载量和挠度变化呈线性关系。只要计算出贝雷梁上的总荷载，根据试验确定的参数，调整好贝雷梁上的预备拱，制作的槽身就会满足设计需要。

贝雷梁造槽法比起以往传统做法，环境适应性强，节省了人工，降低了劳动强度，提高了效率，缩短了工期，节约了成本。它采用液压、电控、机械等技术手段，代表着渡槽建造技术的发展方向。

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[2]郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[3]董迎宾,林建东.樟洋渡槽槽身模板选型设计及现浇施工技术[J].河海大学常州分校学报，2003.