高净空大跨径大截面启闭机梁现浇施工技术

陈 利 刚，　李 荣 清

(中国水利水电第五工程局有限公司 第三分局，四川 成都　610225)

高净空大跨径大截面启闭机梁现浇施工技术

陈 利 刚，李 荣 清

(中国水利水电第五工程局有限公司 第三分局，四川 成都610225)

摘要：从江航电枢纽工程泄水闸启闭机承重平台主梁和次梁施工时，施工荷载重达1 191.25 t，其下部支承的T型交通梁不能满足施工要求。为保证启闭机排架现浇梁在安全、质量可控的前提下顺利完成，为2015年发电目标的实现奠定基础，通过从安全风险、施工进度、施工干扰等方面进行综合分析，决定在闸墩顶采用H型钢作为脚手架搭设平台，将大截面梁分两层施工并采取平铺结合台阶法的浇筑方式。通过计算该支架的稳定性、刚度及强度，并对设计方案进行了校核，同时对清水混凝土模板的细部节点设计及其施工提出了可行的处理方法，有效地解决了清水混凝土表面质量问题。

关键词：高净空；大跨度大截面；现浇清水混凝土；排架主梁施工支架；安全分析；施工技术

1工程概述

都柳江从江航电枢纽工程位于贵州省黔东南州从江县境内，为都柳江河段梯级规划中的第11级。该工程装机容量为4.5万kW，总库容56.9万m3。泄水闸闸室每孔净宽16 m，闸墩宽3.5 m。闸室高程205.6 m以上设计布置有启闭机房排架，用于布置闸门固定卷扬机进行闸门启闭工作，其结构尺寸长59.84 m，宽10.8 m，高34.65 m。启闭机房排架起始高程205.6 m，浇筑顶高程为240.25 m，闸室启闭机房排架设在闸墩上，跨工作门槽和下游检修门槽而立。启闭机平台高程为228.55 m，中部设联系梁。启闭机平台板梁为井字结构19.34 m的大跨度、大截面、全现浇钢筋混凝土，梁截面尺寸为900 mm×2 500 mm，600 mm×2 000 mm，600 mm×1 800 mm，1 300 mm×

1 000 mm四种。

2工程特点及难点

(1)施工高度高。该闸室底板高程为175 m，启闭机承重平台高程为228.55 m，坝顶205.6 m高程门槽间仅设计了一根预制T型梁，其他部位悬空，与闸室底板净高达53.55 m；

(2)跨度大，截面大，工程质量要求高。在216.1 m和228.55 m高 程 分 别 设 立 两 层 梁

(228.55 m层梁纵横正交成井字布置)，主梁最大净跨度为19.34 m，截面尺寸为900 mm×2 500 mm，次梁截面尺寸为600 mm×2 000 mm。排架柱混凝土施工要求为清水混凝土；

(3)梁结构自重大。以截面900 mm×2 500 m为例，其结构总质量为1 191.25 t，梁底部单位面积重量为68.44 t；

(4)施工过程中，泄水闸启闭机平台梁板柱施工采用钢管扣件式脚手架搭设满堂红承重支架。但因该工程坝顶桥面预制梁的设计承载力为10 kN/m2，而启闭机平台井字布置的主梁和次梁的施工荷载过大，其下部支承的 T 型交通梁不能满足施工要求；

(5)采用从底板进行脚手架搭设不经济，也满足不了过流的要求；与设计人员沟通能否采用预制叠合梁施工方案，但设计人员不同意采取预制叠合的形式，且坝顶也不具备预制梁吊装条件。而采用在坝顶钢桁架平台支模的方式加工复杂，需要一定的加工时间，工期不能满足要求。

3启闭机排架和平台梁施工方案

3.1启闭机排架施工方案

我们根据工程特点及难点，在闸墩顶采用3榀18 m长HN700×300H型钢沿坝轴线方向铺设，作为启闭机排架施工脚手架搭设平台，工作门槽孔部位HN700×300H型钢间距为115 cm，次梁正下方HN700×300H型钢与次梁中心线对应铺设，下游检修门槽口部位HN700×300H型钢间距为110 cm，然后在HN700×300H钢上铺设I25a工字钢，其间距与上部满堂红支撑排架立杆间排距匹配。为了保证上下游3榀HN700×300H型钢搁置的稳定性，当型钢按图纸所示位置就位后，按照1.5 m间距采用C25钢筋将3榀型钢焊接连接在一起，以使3根型钢同时受力确保其稳定，上部采用安全网封闭。立杆底部座落在型钢搭设的平台上(图1)。

3.2平台梁施工方案

图1　泄水闸启闭机承重平台梁现浇施工支撑示意图

主梁和次梁混凝土采用分层现浇的方式进行(图2)。第一层施工厚度为150 cm，第二层厚度为100 cm，待第一层混凝土达75%设计强度后，再进行第二层混凝土的浇筑，同时采用混凝土汽车泵和塔机沿长度方向从中间(起拱最高处)向两边扩展，由跨中开始向两边对称浇筑，同时采取平铺结合台阶法的浇筑方式，以消除单纯台阶法一次入仓混凝土过多，对支架的一次性压力较大，同时对支架变形不利的影响，保证施工过程中模板支架均匀受力，确保架体稳定。

图2　大跨度、大截面启闭机承重平台梁分层浇筑施工示意图

4施工支架校核

4.1HN700×300H型钢受力计算

门槽孔宽3 m，采用单根长18 m的HN700×300H钢搭设在两个闸墩上，然后在HN700×300H钢上LL3(2)和LL4(2)梁底位置铺设I25a工字钢作为228.55 m高程启闭机安装平台板、梁模板脚手架支撑平台，泄水闸闸室净宽为16 m，根据《水利水电工程模板施工规范》中的相关规定，取混凝土自重为24 kN/m3、模板自重为0.5 kN/m2、钢筋含筋率为3.33 kN/m3、施工人员及浇筑设备自重为1 kN/m2、混凝土振捣产生的荷载为2 kN/m2。

经计算得知：

支架自重Q=10.03 kN/m2

计算每步脚手架自重：NG1=ht1+t2+t3=0.19(kN)

式中h为步距(m)；t1为立杆每m重量(kN)；t2为 纵向横杆单件重量(kN)；t3为内外立杆间的斜杆或十字撑重量(kN)。

按最大值进行计算,步距取1.2 m，纵、横向距离取0.6 m，该工程脚手架步数为19步。

NG1=t1+t2+t3=1.2×0.038 4+0.038 4×0.6×4+0.038 4×(1.22+0.62)=0.046+

0.092+0.052=0.19(kN)

Q=19×NG1 /A=19×0.19 kN/(0.6 m×

0.6 m)=10.03 kN/m2

取最大一根梁2 m×0.6 m进行验算，分层浇筑的厚度最厚为1 m。

则计算静荷载为∑G=(24+3.33)×1×16×0.6+0.5×16×0.6+10.03×16×0.6=363.5(kN)

计算动荷载为：∑Q=(1+2)×16×0.6=

28.8(kN)

计算荷载为：F=1.2∑G+1.4∑Q=1.2×

363.5+1.4×28.8=476.5(kN)或F=1.2∑G+1.4∑Q=1.2×311+1.4×28.8=413.5(kN)

q=476.5 kN/16 m=29.8 kN/m

LL3(2)和LL4(2)支撑三根HN700×300H型钢同时受力，即单根HN700×300H型受力，F1=413.5÷3=137.8(kN)，HN700×300H型钢间距为2.4 m。

(1)应力计算：

①梁LL1底部支撑荷载弯矩：

Mmax1==953.6 kN/m

② 板内横向、竖向次梁交叉处集中荷载弯矩为：

Mmax2==82.7 kN/m

③HN700×300H型钢弯矩：Mmax=Mmax1+Mmax2=953.6+82.7 =1 036.3(kN·m)

④每个门槽孔位闸墩上沿水流方向一边放2根长8 m的I25a工字钢支撑N700×300H型钢，一根N700×300H型钢自重29.6 kN，则F2=(476.5+29.6)/4=126.5。L2取门槽宽2.05 m，此I25a工字钢弯矩为：

Mmax2=64.8 kN·m

⑤LL3(2)和LL4(2)支撑 I25a工字钢弯矩为：

Mmax3==45.6 kN·m

由于HN700×300H型钢截 面 惯 性 矩Ix=

201 000 cm4，弹性模量E=206 000 N/mm2,截面Wx= 5 760 cm3，翼缘厚t2=24 mm，腹板厚t1=13 mm，塑性发展系数γx=1.05，整体稳定系数φb=0.6，截面抗拉抗压抗弯强度设计值[σ]= 205 MPa；I25a工字钢截面惯性矩Ix=5 017 cm4，截面Wx= 401.4 cm3，则：

=179.9(MPa) ≤[σ]

故HN700×300H型钢应力满足要求。

闸墩上支撑H型钢I25a工字钢应力为：

=161.4(MPa) ≤[σ]

故闸墩上支撑H型钢I25a工字钢应力满足要求。

LL3(2)和LL4(2)支撑 I25a工字钢应力为：

=113.6(MPa) ≤[σ]

故LL3(2)和LL4(2)支撑的 I25a工字钢应力满足要求。

(2)挠度计算。

根据HN700×300H型钢相关力学参数，则HN700×300H型钢挠度：

=16 000/250=64(mm)

故HN700×300H型钢挠度满足要求。

根据跨间等间距布置两个相等的集中荷载下的最大挠度在梁的跨中挠度为0.97 mm,满足要求。

4.2脚手架

根据现场施工情况，混凝土板、梁、柱采用搭设满堂红脚手架的施工方案。经脚手架荷载受力强度验算，将楼板范围内的脚手架间排距确定为100 cm×100 cm；遇闸门门槽孔位置楼板范围内的脚手架间排距为120 cm×120 cm和110 cm×110 cm，主梁范围内的脚手架加密间排距为50 cm×50 cm，板中次梁脚手架间排距为60 cm×60 cm。

5对外观质量采取的保证措施

5.1模板工程

泄水闸启闭机排架混凝土采用厚度不小于18 mm的免装修模板，模板外侧采用5 cm×10 cm的方木作支撑肋，严格控制模板的制作和安装精度，采用内拉外撑等措施施工；同时对H型钢和高大满堂架支撑进行变形观测和控制支撑形式进行跟踪监测，并将监测结果与理论计算结果进行分析对比，最终确定梁底模实际预留的预拱度。

梁侧模板安装前，应先涂刷水性脱模剂，然后将其吊装就位。在相邻两个梁侧模板安装时应相互交叉，以形成严密的拼缝。由于该工程梁截面较大，梁侧模加固时还应采用φ12对拉螺栓进行加固，螺栓间距经计算确定。

顶板模板的安装、顶板模板的加工尺寸应准确且模板应方正。顶板模板拼装时在其接缝处应加设海绵条，以免接缝处漏浆。顶板模板固定前，应先拉通线调整位置，避免出现错缝。

5.2钢筋制安

鉴于泄水闸启闭机排架梁钢筋型号较大，为保证钢筋接头的质量，梁钢筋采用直螺纹连接。由于梁跨度较大，同跨梁的直螺纹接头不应少于三个。因此，在钢筋下料时应控制好钢筋的长度，以保证拼接钢筋的整体长度。梁钢筋就位时必须事先考虑各方向梁筋相互穿插的关系、主次梁交接位置的钢筋直径与分布情况，准确计算，排列出各梁钢筋的位置。梁筋安装时，按先短跨、后长跨的顺序安装。安装过程中，应注意留出穿插梁的位置。在梁钢筋绑扎过程中，应及时对钢筋的位置进行校正，避免梁钢筋绑扎成型位置偏差而造成模板无法调整。钢筋绑扎完毕，在侧模支设前，应对钢筋直螺纹接头进行全数检查，控制好钢筋的接头质量。

5.3混凝土施工

鉴于该工程具有梁截面尺寸长、跨度大、钢筋密、模板支架高的结构特点，因此，在混凝土浇筑前，应事先与混凝土搅拌楼的技术人员进行沟通，优化混凝土配合比，掺用外加剂以减缓水化热的发生速率，在保证混凝土强度及流动度的条件下，尽量节省水泥、降低混凝土的绝热温升，提高混凝土的抗裂能力。

(1) 混凝土采用混凝土汽车泵和塔机沿长向从中间(起拱最高处)向两边扩展，沿长向由跨中开始向两边对称浇筑，同时采取平铺结合台阶法的浇筑方式消除单纯台阶法一次入仓混凝土多、对支架的一次性压力较大、同时对支架变形不利的影响，以保证在施工过程中模板支架均匀受力，确保架体稳定。

(2) 在施工操作方式上，采用先浇筑梁、后浇筑板、分层浇筑、平推浇筑，控制分层厚度，每层厚度不大于400 mm，且必须在下一层混凝土初凝前浇筑完上层混凝土，每一浇筑层采用平推浇筑法。

(3)温度检查与测控：施工中，可采用热敏温度计监测或由专人多点监测，以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。应将混凝土内外温差控制在25 ℃以内，基面温差和基底面的温差均控制在20 ℃以内，并及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至于过大，以有效控制有害裂缝的出现。

(4)混凝土养护：混凝土随浇筑抹压、随覆盖塑料薄膜，待其达到一定强度后可上人浇水养护，养护时间不少于7 d。缓拆侧模，防止浅表热量迅速散失，侧模拆除即涂刷养护液。

6结语

泄水闸启闭机房排架浇筑后不做任何外装饰与修补，直接采用现浇混凝土的自然表面效果作为饰面，完成施工后的排架混凝土表面平整光滑，色泽均匀，棱角分明，外观呈仿大理石状并达到了镜面的效果。因此，为保证施工安全，对超重、超高及大跨度的脚手架必须进行设计，设计时应注意：(1)在对脚手架进行强度、刚度、整体稳定性设计时，应先确定危险断面，然后对选定的断面进行计算。(2)脚手架的稳定性包括整体稳定性、抗倾覆稳定性及抗滑稳定性。由于排架立柱的作用，该工程脚手架的抗倾覆稳定性满足要求，因此笔者在文中未进行计算。(3)由于H型钢作为脚手架搭设平台，应先预压并对H型钢及脚手架的变形观测进行测量跟踪，将变形观测数据与理论计算预拱度进行对比，找出其变化的规律，最终确定梁底的预拱度。(4)清水混凝土外观质量必须从混凝土原材料选择、配合比设计、模板支撑设计、选用钢筋制安、浇筑方式、混凝土养护、成品保护及施工顺序选择等方面进行控制。

目前都柳江从江泄水闸启闭机排架混凝土施工已经完成，从总体效果看，在对大跨度、大截面启闭机梁现浇混凝土施工技术研究后确定的施工方法，在确保混凝土施工安全、质量可控的前提下，其外观达到了“镜面”混凝土的效果，同时节约了大量的周转材料和工期，其经验可供同类工程借鉴。

参考文献：

[1]刘胜新，主编. 五金手册[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[2]水利部水利水电设计院，水科院，清华大学 . 水利水电工程施工组织设计与施工新技术规范实施手册[M]. 北京：银声音像出版社，2004.

[3]JGJ 130-2011，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范[S].

收稿日期:2016-04-06

中图分类号:TV52;TV544;TV53

文献标识码:B

文章编号:1001-2184(2016)03-0064-05

作者简介:

陈利刚(1974-)，男，四川资阳人，工程师，一级建造师，从事水电工程施工技术与管理工作；

李荣清(1983-)，女，贵州晴隆人，工程师，学士，从事水电工程施工技术管理工作.

(责任编辑：李燕辉)