贝雷梁支架在毗河一期供水书永分干渠渡槽施工中的应用

2017-11-01李毅，杨君磊，邓树密

四川水力发电 2017年5期

关键词：满堂贝雷梁渡槽

李毅，杨君磊，邓树密

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都 610072)

贝雷梁支架在毗河一期供水书永分干渠渡槽施工中的应用

李毅，杨君磊，邓树密

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都 610072)

结合毗河供水一期书永分干渠渡槽特点以及现场地形条件，通过对落地式满堂脚手架和贝雷梁悬空式支架进行比较，提出了将贝雷梁作为支撑架构的槽身现浇支架体系，通过有限元模拟计算，钢管柱、贝雷梁支架在强度和稳定性方面均能满足施工要求，采用此法既可保证槽身施工质量，还可加快施工进度、降低施工成本，可为类似工程提供参考。

毗河供水；书永分干渠；梁式渡槽；贝雷梁支架；有限元计算

1 工程概况

书永分干渠属于毗河供水一期工程蟠书灌区范围渠系，由安岳县书房坝水库引水至安岳县岳新乡，渠系全长39.137 km，分为五个流量段,第一流量段流量为8.5 m3/s、第二流量段流量为7.9 m3/s、第三流量段流量为7.3 m3/s、第四流量段流量为6.3 m3/s、第五流量段流量为3.56 m3/s。工程包括隧洞27条、渡槽10座、明(暗)渠41段、倒虹吸1座、取水口1座、分水闸3座。

书永分干渠10座渡槽总长3.01 km，包括汪家沟渡槽、易家坝渡槽、大沟湾渡槽、唐家堰渡槽、岳阳河渡槽、观音埔渡槽、官家沟渡槽、罗家沟渡槽、许家坝渡槽、高石梯渡槽；明(暗)渠41段，全长11.34 km；倒虹吸1座，全长0.331 km。渡槽均设计为排架柱梁式结构，除跨公路及较宽的沟渠之外，渡槽跨度一般为15 m，排架柱设计为单、双排，横截面尺寸为45 cm×70 cm，渡槽槽身距离现有地面平均高度为10 m,最高为32.5 m，混凝土强度等级为C25，槽身为U型薄壁结构，断面尺寸为4.32 m×3.26 m。

施工区域处于丘陵沟壑中，部分渡槽还需穿越国道、省道和其他乡镇道路，现场地形多数较平直，地形坡度较缓，地面附着物较多，上部土层埋深5～10 m，下部基岩为粉砂质泥岩，特性属软岩～较软岩，抗压强度一般在30 MPa以内。

2 现浇支架方案的选择

根据渡槽所处位置的地形、地貌特点，结合项目实际情况，可供选择的现浇支架主要有满堂扣件式(碗口式)钢管架和钢管柱加贝雷梁组合支架。虽然现场地形条件满足施工作业要求，但由于渡槽经过区域多数为农田，农作物较多，地基较软，地质条件差，渡槽跨度一般为15 m，若采用满堂支架，需要大面积进行地基处理，消耗的材料数量多，部分穿越公路的跨度超过15 m，采用满堂支架势必影响交通，且有几处由于地形起伏差较大及渡槽高程限制，距离实际地面高度将超过30 m。在这种高度下搭设满堂支架地步宽度增大，消耗的材料更多且安全隐患较大。项目部根据现场地形地貌及工期要求，对满堂支架和贝雷梁悬空支架进行了技术经济比较分析，最终认为采用钢管柱加贝雷梁的现浇支架最科学、合理。

3 贝雷梁支架的设计

项目部提出的贝雷梁方案是利用渡槽承台作为受力基础，外侧搭设钢管柱作为支承，然后通过工字钢横梁、贝雷梁、分配梁搭建形成组合支架。具体情况见图1。

4 贝雷梁支架安全稳定性验算

技术人员借助midas civil有限元软件对贝雷梁进行了数字模拟分析，整个支架约2 500个单元。实施步骤为：根据贝雷梁杆件断面特性，采用midas civil有限元软件，按照梁单元和杆件单元分别模拟支架属性，先生成节点，再生成单元的方式建立工程实体几何模型，按照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钢管柱、贝雷梁、分配梁等主要杆件的应力与变形；最后对计算结果进行处理，输出图表或曲线。

图1 渡槽支架立面图

通过数字模拟得知贝雷梁结构中最大位移为23.5 mm，出现在中间两片贝雷片的跨中。最大挠度为23.5 mm，小于最大允许挠度[v]= 15 000/400=37.5(mm)，满足要求。横向分配梁I16的最大位移为0.22 mm,亦小于最大允许挠度[v]=1 824/400=4.56(mm),满足要求。

根据有限元计算结果，综合考虑施工荷载，为消除支架的弹性变形及非弹性变形、运行荷载预拱度(脱架后渡槽产生的弹性挠度)及后期混凝土的收缩徐变，获得理想的成桥线形，技术人员采用二次抛物线进行预拱度分配，经计算得知跨中预拱度为30 mm。

5 贝雷梁支架的搭设

5.1 搭设步骤

该渡槽支架主要是利用灌注桩顶承台作为支承，通过搭设钢管柱、贝雷梁等构件形成受力支架体系并采取分段吊装的方法，分段长度为1～5 m，采用25 t汽车吊实施吊装工作。首先进行钢管柱安装，钢管柱底座与承台采用膨胀螺栓固定，每隔3 m与排架柱采用钢筋抱箍加固，防止其偏移和倾覆；钢管柱顶端放置100 t机械千斤顶，采用焊接限位钢板等方式将千斤顶固定，防止其偏移和倾覆；千斤顶上部横向放置单根I40横梁，横梁采用槽钢抱箍与排架柱连接，防止横梁偏移和倾覆；横梁上部纵向铺设3组贝雷梁，与横梁接触点设置限位钢板，防止偏移； 3组贝雷梁放置横梁后，按照横向75 cm间距铺设分配梁，两端不足75 cm则紧靠贝雷梁端头放置；完成上述杆件安装和节点加固后，即可开始进行槽身模板的安装。渡槽槽身模板采用定型钢模，由底模、外模、外模支撑、内模、内模支撑架组成(图2)。

图2 槽身模板加固图

5.2 卸荷方式

贝雷梁支架体系采用千斤顶卸荷，千斤顶放置在钢管柱顶端中心位置，作为重要受力点承载上部荷载，根据荷载计算取值。单跨计算支架强度时组合荷载约为180 t，4根钢管柱顶端为主要着力点，设置4台100 t机械千斤顶，可满足承载要求。

5.3 安全技术措施

钢管柱采用φ500×10钢管，竖向采用法兰盘螺栓连接，连接螺栓采用D=25 mm，L=100 mm的高强螺栓，法兰盘及钢板预留16个φ28螺栓孔。

钢管柱采用25 t吊车及人工辅助进行安装，连接前需对钢管柱的垂直度进行严格的检查和控制，最常用的方法为吊垂球法，也可以采用仪器进行现场观测、指导安装，以确保钢管柱安装的垂直度。

钢管柱主要承受竖向轴力，因此必须严格控制安装垂直度；为了防止纵向偏移，每隔3 m设置一道φ25钢筋抱箍与排架柱连接牢固；钢管柱底座设置高强膨胀螺栓与承台连接固定，防止柱体横向偏移。

直径500 mm、壁厚1 cm的钢管柱单m重量为120 kg，高度超过5 m后，必须搭设防护支架，以方便作业人员安装和拆卸柱体。为确保卸荷及标高调整使用的千斤顶工作安全可靠，千斤顶必需放置在钢管柱顶端中心位置，并采用限位钢板防止其倾覆。4台千斤顶并用，必须由4名作业人员同时进行千斤顶的上升和下降工作，确保升降速度保持同步；千斤顶两侧放置木枋，防止千斤顶“疲劳”而突然回缩下降，引起支架偏移。

上升时应注意升降套筒的上升高度，当升降套筒上出现红色警告线时，表示已举升至该千斤顶的额定高度，应立即停止起升，否则千斤顶将遭受破坏，同时可能引起危险。

下降时将撑牙推向下降方向，再插入手柄往返扳动，千斤顶的升降套筒随即渐渐下降。

为了防止工字钢横梁偏移和倾覆，采用自制槽钢抱箍将横梁与排架柱连接牢固，横梁顶面与底面设置槽钢抱箍作为与排架紧固的连接杆件。抱箍的主要杆件包含纵横向连接杆、高强螺栓、搭接钢板等；纵向连接杆紧贴排架两侧设置，采用10#槽钢制作；为防止横梁不受损，横梁顶面与底面利用搭接钢板与纵向连接杆实施螺栓连接，搭接钢板厚度为1 cm，与横梁焊接牢固。

在贝雷梁上横向铺设I16a分配梁，其作用是便于在其上部铺设槽身底模，分配梁长度为6 m，间距为75 cm，分配梁材料采用25 t吊车吊装至贝雷梁顶部，按照设计间距人工均匀摆放和固定；分配梁采用U型螺杆与贝雷梁连接牢固，交错布置。