贝雷架在水电站厂房工程中的应用

秦民生

摘 要：贝雷架具有结构简单、运输方便、架设快速、承载能力大等优点，同时具有通用性、标准性。其经调整组合后可承受较大的荷载，用于多种工况，适用于国防战备、水利市政、公路交通、民用建筑等领域。本文以三河口水利枢纽工程为例，通过对厂房大跨度现浇屋面施工方案进行比选分析，提出技术可行、经济合理的施工方案，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：贝雷架;支撑系统;厂房;混凝土

Abstract： Bailey frame has the advantages of simple structure， convenient transportation， rapid erection and large bearing capacity， and it is universal and standard. After adjustment and combination， it can bear large load， and can be used in many working conditions， such as national defense and war preparation， water conservancy and municipal administration， highway transportation， civil construction and other fields. Taking Sanhekou water conservancy project as an example， through the comparison and analysis of the large-span cast-in-place roof construction scheme of the power house， this paper put forward a feasible and economic construction scheme， in order to provide reference for similar projects.

Keywords： Bailey frame;support system;workshop;concrete

水电站厂房是水电站中安装水轮机、水轮发电机和各种辅助设备的建筑物。其既是水工建筑物、机械和电气设备的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。主厂房上部结构与工业厂房相似，基本都是板、梁、柱结构系统。现阶段，水电站主厂房屋面以轻型钢架或网架结构为主流设计，这类屋面具有美观大气、施工便捷、成本低等优点，因而得到广泛应用。但在一些有仿古装饰或其他特定要求的情况下，厂房屋面仍采用常规现浇方式。

1 工程概况

三河口水利枢纽为引汉济渭工程的两个水源之一，工程枢纽位于子午河佛坪县境内子午河峡谷下游段，枢纽主要由大坝、坝身泄洪放空系统、坝后引水系统、抽水发电厂房和连接洞等组成。水库总库容为7.1亿m3，电站厂房安装2台可逆式机组，2台常规水轮发电机组。

三河口水利枢纽厂房建筑面积为7 681.16 m2，其中地下部分为3 955.16 m2，地上部分为3 726 m2，其中主厂房建筑层数一层，厂房结构安全等级为一级，耐火等级为一级，设计使用年限为100年，抗震设防烈度为6度。主厂房屋面共分三段，即安装间段、常规机组段和双向机组段，首层地面相对高程为±0.000 m，绝对标高为545.87 m，主厂房屋面顶标高为17.1 m，楼板厚12 cm，主梁断面尺寸为40 cm×160 cm、40 cm×100 cm，次梁为20 cm×45 cm、25 cm×50 cm、40 cm×60 cm。

2 施工环境分析

大跨度现浇结构模板支撑系统的设计非常关键，一般呈现出高度大、荷载大、安全风险高等明显特点。本工程屋面结构施工兼具以上特点，且有其特殊性。

主厂房屋面主梁跨度为18 m，楼板次梁底部距离桥机顶部仅有2.2 m，而且还要预留30 cm以保证桥机的正常安全运行，剩余可利用空间不足2 m。除此以外，现浇混凝土所有的荷载（支撑系统荷载、结构自重、施工荷载等）传递部位，必须要满足强度和刚度要求，而主厂房吊车柱间连系梁设计工况无法满足荷载要求。总体来说，本工程现浇屋面施工环境非常苛刻。

3 模板支撑系统方案比选

现浇屋面混凝土施工中关键方案在于模板支撑系统，经过认真分析并结合现场实际情况，制订了两种施工方案，具体如下。

方案一：满堂架方案，采用常规满堂架支撑系统。安装间排架搭设高度为17 m，常规机组及双向机组主厂房排架搭设高度为25.8 m，共需钢管210 t，扣件3.6万个。

方案二：贝雷架方案，采用贝雷架作为主支撑，在其上部搭设小排架的支撑系统。在桥机之上布置贝雷架支撑系统，贝雷架跨度为18 m，安装高程为14.35 m，考虑两个部位同时施工，需要贝雷片252片，工字钢48 t。

方案对比：方案一为常规方案，借鉴案例多，易于操作，但由于是满堂脚手架，施工期间整个主厂房空间无法同时利用，厂房桥机无法运行，内部机电设备无法安装，对整体工期影响较大，且排架工程量大，成本高，搭设高度大，安全风险大;方案二将模板支撑系统布置在桥机上，使得桥机可以正常运行，主厂房机电设备安装可以同时进行，对整体工期的影响较方案一大大降低，但施工中要做好支撑系统的安全防护措施，同时要避开上下垂直交叉作业[1]。

综上所述，从进度、成本、安全等角度综合考虑，最终选取方案二贝雷架方案作为该工程的施工方案。

4 貝雷架方案简介

4.1 贝雷架基本知识

贝雷架，也被称为“装配式钢桥”，原名叫“321”钢桥。贝雷架是形成一定单元的钢架，可以用它拼接组装成很多构件、设备[2]。贝雷桥是世界上应用广泛，最为流行的一种桥梁，具有结构简单、运输方便、架设快速、分解容易的特点。同时，具备承载能力大、结构刚性强、疲劳寿命长等优点。

4.2 支撑系统方案确定

屋面模板支撑体系荷载传递方式为：模板→方木→排架→工字钢→贝雷架→工字钢→框架柱。贝雷架分为上承式支撑体系及下承式支撑体系，在主纵梁部位采用下承式支撑，在其余横梁及板部位采用上承式支撑[3]。

针对荷载传递方式，逐级进行力学模型简化，结合受力构件的力学性能参数，进行必要的强度、刚度和稳定性计算，选取经济可行的材料或构件及各级受力构件的间排距。

通过计算，在充分考虑可行性、经济性等前提条件下，本工程选取321型贝雷架（加强型）、55a工字钢、45a工字钢、14#工字钢、Φ48.3 mm×3.6 mm钢管作为主要受力构件，并计算出各部位构件的详细间排距。支撑系统示意图如图1所示。

5 模板支撑系统施工

5.1 施工工艺简介

浇筑框架柱时预埋45a工字钢（常规机组主厂房预埋55a工字钢），工字钢上架设贝雷架作为主支撑，在贝雷架上铺设14#工字钢，然后根据梁板高程采用Φ48.3 mm×3.6 mm钢管搭设承重排架作为模板支撑。主梁采用下承式贝雷架支撑，次梁及板部位采用上承式贝雷架支撑。

5.2 支撑系统预压

支撑系统及模板安装根据设计梁跨度预先设置起拱高度，起拱高度宜为全跨长度的1/1 000～3/1 000（沿厂横方向）。根据支撑系统沉降计算，起拱高度取全跨长度的3/1 000。由于排架搭设高度均为60～80 cm，沉降变形极小，根据强度计算，工字钢挠度也普遍较小，整个支撑系统变形最大的为贝雷架，故而支撑系统预压仅考虑贝雷架的预压。

5.3 预压荷載及监测点布置

本工程采用钢筋作为试重块进行荷载试验。参考《钢管满堂支架预压技术规程》（JGJ/T 194—2009），预压荷载不应小于贝雷架承受的混凝土结构恒载与模板重量之和的1.1倍，具体荷载结合计算书进行确定。

每2榀贝雷架作为1个预压单元进行荷载试验。由于贝雷架之间间距较小，取安装间最中间2榀贝雷架在安装后做荷载试验，其余贝雷架组装完成后在安装前于545平台做荷载试验。沿贝雷架方向每1/4跨径布置2个监测点[4]。

5.4 加载与卸载

每个预压单元分4级进行加载，4级加载值依次为预压荷载值的25%、50%、75%、100%。

加载时，从贝雷架跨中开始向两端进行对称布载。每级加载完成后，每间隔12 h对贝雷架沉降量进行一次监测。当监测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，可进行下一级加载。预压完成后可一次性卸载，卸载时应对称、均衡、同步卸载，卸载后记录监测点沉降量。

5.5 预压监测

预压监测采用水准仪按三等水准测量进行作业，水准仪按现行行业标准《水准仪检定规程》（JJG 425—2003）进行检定。预压过程中，监测项目包括以下内容：①加载之前监测点标高;②每级加载后监测点标高;③加载至100%后每间隔24 h监测点标高;④卸载6 h后监测点标高。预压完成后，根据监测记录计算贝雷架沉降量、弹性变形量、非弹性变形量。

5.6 支撑系统安装

5.6.1 预埋工字钢安装。在高程为559.57～561.17 m的框架柱混凝土浇筑之前，采用塔机将45a（55a）工字钢吊运至仓面进行预埋，工字钢底部预埋高程为13.9 m，预埋端焊接4根Φ25 mm锚筋，以增强预埋工字钢的稳定性。工字钢加工长度根据柱间距确定，上下游侧预埋工字钢悬挑为1.5 m。

5.6.2 贝雷架安装。每2根框架柱之间布置2榀双排单层加强型321贝雷架，40 cm×100 cm横梁下部贝雷片不安装加强弦杆，上下游两端贝雷架为单排单层标准型贝雷架。

安装间屋面施工贝雷架在545.0 m平台采用人工配合吊车进行拼装，常规机组及双向机组主厂房屋面施工贝雷架在尾水平台进行拼装，然后采用吊车吊运至安装位置。贝雷架每榀的长度为21 m，由7片贝雷架标准件拼装而成。拼装完以后，双排单层加强型贝雷架每榀重量约6.8 t，需要采用吊车进行安装并配合拆除。主厂房屋面共3块楼板，相关安拆人员配合分块楼板施工。

吊装贝雷架时，在贝雷架上绑扎2个吊点，各距贝雷架两端5 m左右，对称布置。起吊前，在贝雷架两端各捆上1根10 m左右的麻绳做荡绳，待贝雷架吊装落下就位时拉扯荡绳使贝雷架精确就位。吊车吊运贝雷架安装时，要安排专人负责指挥，当吊运至贝雷架安装位置的正上方时，再徐徐落下，两端的专人拉扯荡绳，使贝雷架的位置对准，再落在工字钢支座上。就位后，马上将贝雷架下端用螺杆固定，再取下吊钩，然后开始吊装下一榀贝雷架。取吊钩时，将桥机移动至贝雷架下部，采用脚手管搭设操作平台，桥机下部采用安全网兜底。

5.6.3 工字钢铺设。贝雷架安装完成后，采用塔机将14#工字钢吊运至工作面，人工进行铺设，铺设就位后采用特制锁扣进行固定。主纵梁下部支撑工字钢铺设于贝雷架下部，间距70 cm，横梁及板下部支撑工字钢铺设于贝雷架上部，间距根据梁板跨度进行设置。

5.6.4 排架搭设。工字钢安装完成后，铺设竹夹板作为施工通道，采用塔机将脚手管吊运至工作面，工作人员按照设计图纸搭设排架。排架搭设工艺流程为：放线→摆放扫地杆→立杆并与扫地杆扣紧→装横向扫地杆，并与立杆和扫地杆扣紧→依次搭设上部横、纵向水平杆和立杆至要求高度处→铺设支撑钢管→铺设方木。

6 屋面混凝土施工

屋面混凝土施工主要包括模板安装、钢筋安装、混凝土浇筑及养护等。本工程屋面混凝土采用常规施工工艺进行，这里不再赘述。

7 支撑系统拆除

支撑系统拆除流程为：模板拆除→排架拆除→14#支承工字钢拆除→贝雷架拆除→预埋工字钢割除。

7.1 模板拆除

拆模前需要检测同龄期混凝土试件抗压强度，达到100%设计强度即可开始模板拆除。

拆除原则：应遵循先支后拆，后支先拆;先拆不承重的模板，后拆承重部分的模板;自上而下，支架先拆侧向支撑，后拆竖向支撑等原则。

拆除方法：先拆梁板侧面模板，后拆底面模板;拆除板梁下支撑时，应从跨中拆向两端;拆除悬梁下部支撑时，应从外向里逐步拆除。

注意事项：拆模时，操作人员应站在安全处，以免发生安全事故;拆模时不要用力过猛过急，严禁用大锤和撬棍硬砸硬敲，以免混凝土表面或模板受到损坏;拆下来的模板及配件严禁乱抛乱扔，人工传递至屋面上部，集中吊运至545平台，采用自卸车运至仓库堆放;拆模过程中若发现混凝土有影响结构安全的质量问题时应停止拆除，经过处理后方可继续拆除。

7.2 排架拆除

拆除脚手架时，应符合下列规定：拆除程序遵守自上而下，先搭后拆的原则，即先拆脚手板、剪刀撑，后拆横向水平杆、纵向水平杆、立杆等（拆除顺序为安全网→剪刀撑→横向水平杆→纵向水平杆→立杆）;做到一步一清，一杆一清，即拆立杆时要先抱住立杆再拆开最后两个扣，拆除大横杆，所有连接件等必须随脚手架拆除同步下降;拆除过程中，不允许破坏架体的稳定性，若被破坏，应加设临时支撑防止变形;拆除的材料应传递至屋面上部，集中采用塔机吊运至545平台，采用平板车运输至仓库堆放。

7.3 支承工字钢拆除

14#上承式工字钢采用人工拖拽至贝雷架端部，采用塔机吊运至545平台;下承式工字钢利用桥机搭设操作平台进行拆除，先堆放于桥机上部，然后利用拆除贝雷架的卷扬机吊运至安装间545.87 m楼板，人工选择合适位置堆放。

7.4 贝雷架拆除

两端单排单层标准型贝雷架可直接采用吊车进行拆除。屋面下部双排单层加强型贝雷架分解为3段进行拆除，两端3 m标准节将贝雷销等连接件取下后采用塔机吊运至545平台，中间15 m段采用在梁板浇筑时预埋吊钩，然后利用卷扬机吊运的方式进行拆除。屋面浇筑混凝土前在25 cm×50 cm横梁下部预埋Φ22 mm吊钩。

双排单层加强型贝雷架拆除顺序为：搭设安全操作平台（桥机上部）→卷扬机就位→塔机就绪→卷扬机钢丝绳穿定滑轮（吊钩下部）并栓于贝雷架对应位置→塔机钢丝绳拴单榀贝雷架端部→卷扬机及塔机钢丝绳收紧带力→拆解贝雷架→桥机移走→塔机将两端3 m标准节吊出→卷扬机钢丝绳放松（3 m）后停止→旋转贝雷架（避开桥机轨道梁即可）→慢慢放松卷扬机钢丝绳（直到贝雷架落至楼板后停止）→拆解贝雷架→装车运至仓库。

7.5 预埋工字钢拆除

利用桥机搭设操作平台，人工采用氧气乙炔对柱内预埋工字钢进行割除，然后采用塔机吊运至545平台，采用平板车运输至仓库堆放。割除时需要提前将钢丝绳绑扎好并收紧带力。割除后对柱混凝土表面预埋工字钢位置进行打磨，按照混凝土质量缺陷修补方案进行處理。

8 厂房屋面施工危险因素分析

通过对施工环境、人员、设备等影响因素的综合分析，在工程施工过程中，易发生垮（坍）塌事故的活动（状态）主要有：①物的不安全状态，例如，贝雷架连接不牢固，搭设脚手架所用钢管质量不符合要求，施工存在质量缺陷，脚手架连接点松动等;②人的不安全行为，例如，未按方案要求搭设承重系统，非专业人员搭设贝雷架，混凝土未达到强度开始拆除作业等;③管理上的缺陷，例如，对搭设的承重系统未进行验收，施工作业过程的安全监督不到位，未编制专项施工方案，承重系统计算书计算错误等。高空大跨度模板支撑系统施工安全风险高，要有针对性地制订安全专项方案以及应急预案。

9 结语

水电站厂房工程包含专业多且结构复杂，高空大跨度厂房现浇屋面施工存在施工难度大、安全风险高的特点，施工过程中需要从多专业、多角度、多方位综合考虑，在保证安全、质量的前提下选出技术可行、经济合理的施工方案，以满足工程建设需要。

参考文献：

[1]徐世明，李萍.贝雷架钢管支撑体系在大跨房屋结构中的运用[J].浙江建筑，2010（8）：48-50.

[2]毛应飞，刘朝建.贝雷架在水电站大跨度板梁施工中的应用[J].水利建设与管理，2018（7）：22-25.

[3]梁铨泽.浅谈塔楼屋顶贝雷架支模施工技术[J].建筑与工程，2011（18）：85-86.

[4]李华.贝雷架在水电站大跨度厂房现浇屋面板工程中的应用[J].珠江水运，2017（8）：56-57.