反吊梁法在胸墙施工中的应用

2021-07-31吴春兵邓海军

工程技术研究 2021年11期

吴春兵，邓海军

中交四航局第三工程有限公司，广东湛江 524008

1 胸墙设计概况

某项目码头现浇胸墙长度为19.41m、宽度为4.9m，采用钢筋混凝土结构，施工时一次性浇筑到顶。其底标高为+0.7m，顶标高为+3.5m，厚度为2.8m，前沿胸墙突出沉箱30cm。沉箱设计顶标高为+1.0m。港区设计低水位为+0.56m，设计高水位为+1.44m，平均水位为+1.04m。在码头结构设施工中，胸墙底模系统通常采用事先在沉箱外墙预埋圆台螺帽，胸墙施工时再加设三脚架做支撑铺设底模的方法。在潮差较小的区域或常水位高于胸墙设计底模标高的水域中，运用该工艺需要潜水员水下施工，其施工工序较多，底模装拆烦琐，施工成本较高。基于此，文章通过对某港口工程项目中胸墙施工所采取的反吊梁法的计算及施工过程叙述，明确反吊梁法在胸墙施工中的应用场景，为后续推广提供依据。

2 底模系统设计

胸墙底模系统设计为整体结构，采用的是“321”型加强型贝雷梁，跨度为21m，三排单层贝雷梁通过1.35m宽花窗连接，顶部铺设3mm花纹钢板为工作平台。花纹钢板上按0.3m间距呈梅花状布设5cm大小的透水孔，减少浮力对底模系统的影响。

贝雷梁顶部靠沉箱侧设置60cm宽、8mm厚的可前后移动的钢板，把其作为胸墙底模。待底模整体安装好后将上层活动钢板往沉箱墙面靠，紧贴墙面，防止出现过大缝隙，并用螺栓与下层钢板固定，防止涌浪拍打出现变动。同时，在8mm钢板底部的中间跨度位置设置支撑扁铁，用于调整底模预拱度。连续胸墙分奇数段和偶数段间隔施工，首先施工部分奇数段，再施工夹在其间的偶数段，因此胸墙底模系统也分为奇数段与偶数段两种。

3 底模装拆说明

3.1 奇数段底模系统装拆

奇数段底模系统反吊在已安装沉箱预埋的拉环上。安装前，将整个贝雷梁及与之相应的拉杆连接焊接加固成整体，然后将已焊接好的双32a工字钢带钢垫块安装在待浇筑胸墙两侧的沉箱上，后端通过φ30mm拉杆锚定，前端采取φ24mm拉杆固定工字钢，防止其移位。采用吊机整体吊装贝雷梁，使贝雷梁靠近沉箱墙面，测量底模标高满足要求后拧紧贝雷梁上的反吊拉杆螺母，通过采用钢垫板+螺帽的方式将其与已加固在沉箱上的双32a工字钢连接固定，接着将底模活动钢板贴紧沉箱迎水墙面，避免出现缝隙，防止浇筑混凝土时漏浆，最后绑扎钢筋、安装胸墙侧模与浇筑混凝土。

待胸墙浇筑且混凝土强度达到设计要求后拆除底模系统。首先采用吊机悬挂贝雷梁，使钢丝绳轻微带力，然后拆除贝雷梁与工字钢连接的螺帽等，通过吊机移除贝雷梁并安置，最后拆除工字钢。如此完成整个底模系统的装拆工作，装拆施工全部水面以上作业，无须人员进行任何水下作业。

3.2 偶数段底模系统装拆

偶数段胸墙底模系统反吊在待浇筑胸墙两侧已完成施工的胸墙上，其安装过程与奇数段胸墙底模系统类似。不同之处在于连接工字钢与贝雷梁的反吊拉杆通过PVC管穿过待浇筑胸墙段，悬挑贝雷梁的双32a工字钢与已浇筑胸墙预埋圆台螺母连接。拆除时与偶数段胸墙施工也类似，先吊机悬挂贝雷梁，钢丝绳带力，然后拆除拉杆螺帽，拆除贝雷梁后，再拆除工字钢，利用预埋在胸墙前沿的PVC管制作码头排水孔。

4 反吊梁计算

4.1 荷载分析

反吊梁所受胸墙新浇混凝土及钢筋自重荷载Q1=0.3×2.8×25=21.0kN·m；胸墙外侧钢模按模板0.18t/m2计，其自重荷载Q2=19.41×2.8×0.18×9.8÷19.41=4.94kN·m；贝雷片单片重270kg，加花窗及底模按平均360kg计，双排单层自重荷载Q3=1.2kN·m；施工时人员及设备自重荷载Q4=2×0.3=0.6kN·m。

根据《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666—2011）模板所受荷载基本组合设计值可得：

验算底模系统强度时，其荷载组合设计值为S强=1.35×1.0×（21+4.94+1.2）+1.4×1.0×0.6=37.48kN·m；验算底模系统刚度时，其荷载组合设计值为S强=1.35×1.0×（21+4.94+1.2）=36.64kN·m。

4.2 贝雷梁内力计算

（1）贝雷梁强度验算。贝雷梁总长21m，采用三排单层布置，远离胸墙的排梁受力忽略不计，按双排单层贝雷梁承担荷载进行验算，根据反吊杆位置，反吊梁弯矩计算跨度取20.5m进行计算。

式中：Q为贝雷梁所受组合荷载，取值37.48kN/m；l为贝雷梁实际受荷载长度，取值20.5m。

根据贝雷梁厂家设计参数，双排单层加强型贝雷梁其容许弯矩[M]为3375kN·m，容许剪力[σ]为490.5kN，因此[M]＞Mmax，[σ]＞fy，强度满足要求。

（2）贝雷梁刚度验算。根据贝雷梁设计参数，双层单排贝雷梁其界面系数I=1154868.8cm4，可得

根据《混凝土结构工程施工规范》（GB 50666—2011）要求，结构外露模板，其允许扰度值取模板计算跨度的1/400。

故可得 [ω]=20.5×1000÷400=51.25mm＞ω=34.74mm，经计算刚度满足要求。

4.3 反吊拉杆计算

胸墙底模系统反吊所用拉杆采用45#钢螺杆，抗拉强度设计值为295MPa，M50螺杆截面直径为44mm，M30螺杆截面直径为26mm。

奇数段胸墙底模反吊在沉箱上。通过荷载分析，可求得单根M50反吊拉杆所受拉力f=96.04kN；单根M50拉杆所受拉应力σ1=63.19MPa。

根据力矩平衡原理，求得后锚拉杆所受拉力f1×l1=f2×l2，奇数段后锚拉杆F奇=25.29kN；偶数段后锚拉杆F偶=29.77kN，二者取较大值，则Fmax=29.77kN，由此求得后锚M30最大拉应力σ2=56.10MPa。

在求得所有拉杆的拉应力中取最大值σmax=63MPa，所有拉杆强度均满足要求。

根据胡克定律求得奇偶数段胸墙反吊拉杆的伸长值：

式中：△l为纵向绝对变形量，mm；P为拉杆所受拉力，N；l为拉杆长度，mm；E为拉杆弹性模量，取值2.0×105MPa；A为拉杆截面积，mm2。

由此求得△l奇=0.10mm，△l偶=0.35mm。

可知，反吊拉杆最大伸长量不到0.5mm，因此拉杆变形对底模系统的影响可忽悠不计。

4.4 反吊梁工字钢计算

反吊梁工字钢验算时按悬臂梁考虑，最大悬挑长度为0.62m，32a双工字钢所受最大弯矩Mmax=119.09kN·m，32a双工字钢截面系数W=692cm3，则拉应力σ=M÷W=172.09MPa＜ [σ]=215MPa。

综上所述，文章所设计的胸墙底模系统完全满足规范设计要求。

5 应用优势

采取反吊梁法进行底模安装与拆除的胸墙施工，其优势相当明显，具体体现在以下四个方面：一是底模系统为整体装拆，施工简单方便、容易操作，无须水下装拆底模系统以及修补沉箱上预埋的圆台螺母孔洞；二是底模安装时所有人工操作在沉箱顶以上，降低了施工风险；三是采取整体安装的工艺，底模的预拱、各部位的检查调整等均在陆上进行，并可事先进行，从而提高了施工效率；四是底模系统可重复使用，显著减少了材料损耗，有利于提高经济效益，践行文明施工的理念。