灌渠渡槽工程高大组合支撑体系施工技术

李锐

（中国水利水电第九工程局有限公司，贵阳 550081）

1 工程概况

涔天河水库扩建工程西干渠标段弄石渡槽全长555 m（不含进出口渐变段），桩号XG20+865.230～XG21+420.230，槽身截面为矩形；下部结构包含单排架、实心墩和空心墩；基础形式包含扩大基础、承台桩基础；单槽横断面尺寸为内轮廓2.4 m（净宽）×2.0 m（净高）；设计流量4.0 m3/s，坡降1/2 000。渡槽共有28 跨，其中，7#～9#、20#～25#共9 跨的跨度为30 m，为B 类槽身混凝土；其余19 跨的跨度为15 m，为A 类槽身混凝土。渡槽槽身采用C45W6F100 钢筋混凝土。

2 主要难点分析

由于渡槽位于山区，施工场地狭窄，地形起伏较大，施工难度主要集中在槽身上，且在冲沟中，排架高度较高，B 类槽身跨度达到30 m，排架最高高度达58 m，常规施工方法不能满足施工安全及进度要求。因此，弄石渡槽采用常规施工方法与特殊施工方法相结合的方式进行施工，即弄石渡槽B 类槽身30 m 跨度C45 预应力槽身采用模板支撑结构，主要采用φ630 mm 钢管柱+贝雷片+满堂架支撑施工，A 类槽身15 m 跨度C45 非预应力槽身采用碗扣式钢管满堂脚手架施工。

3 渡槽支撑体系主要结构设计

1）每个空心墩内侧搭设2 根钢管柱，渡槽2 个空心墩基础承台和跨中新建1 个5.5 m×5.5 m×2 m 的基础作为支架承载基础，同时，跨中基础上搭设4 根为1 组的钢管柱作为支承。钢管柱采用φ630 mm×12 mm 钢管，竖向采用法兰盘连接，靠近水平方向与墩柱连接且设置横撑。

2）在钢管柱顶端安装2I45C 双拼工字钢，长度为7 m；在安装2I45C 双拼工字钢时，必须设置限位板，防止2I45C 双拼工字钢侧移和倾覆；在2I45C 双拼工字钢的支点部位增加加劲肋，以防止局部应力过大。

3）在2I45C 双拼工字钢上安装8 片贝雷片；在贝雷片上横向布设[14 槽钢，长7 m，间距为80 cm。

4）槽钢上布置φ48 mm 钢管，钢管上布置顶撑，顶撑上布置I16 工字钢，工字钢上安装钢模板。

5）跨中钢管柱各从顶部沿横向两边共引出4 道缆风绳至地面，通过预先浇筑的1 m×1 m×1 m 混凝土块拉紧固定，以增加跨中钢管柱稳定性，然后在钢管柱顶部通过工字钢横梁、贝雷梁、分配梁搭建形成组合支架[1]。

4 支撑体系相关参数计算

4.1 I 16 工字钢横梁强度计算

渡槽槽身钢筋混凝土自重荷载及模板自重荷载由34 根横向I16 工字钢承担。工字钢横梁上的荷载主要包含永久荷载和可变荷载，永久荷载包括钢筋混凝土重量、模板重量及支架自重；可变荷载包含施工荷载。

槽身下部墩柱净间距27 m，工字钢间距0.8 m，共计34 根。

1）每跨槽身总重：68.4 m3×26 kN/m3=1 778.4 kN（根据图纸每跨槽身68.4 m3）。

2）每跨模板总重为：703 kN（过磅重量）。

3）I16 工字钢自重标准值：0.205 kN/m，长7 m，共计34根，总重48.8 kN。

4） 每跨施工人机、下料冲击力、振捣荷载总值为：（2.5+2）kN/m3×3 m×27 m=365 kN（施工人员机具荷载取2.5 kN/m2；下料冲击力、振捣荷载取2.0 kN/m2，槽身底宽3 m，槽身墩柱间净跨度27 m）。

5）施工活荷载总值为：365+1×3×27=446 kN（施工均布活荷载取1.0 kN/m2）。

6） 施工总荷载：P1=1.3×（1 778.4+703+48.8）+1.5×446=3 958 kN。

标准组合：P2=1 778.4+703+47.8+446=2 975.2 kN。

模板下部I16 工字钢共计34 根。作用在模板上横向工字钢的均布荷载（按有效长度3 m 计算）为：q1=P1/（34×3）=38.8 kN/m。

底部I16 工字钢弯矩最大值为：Mmax=q1l2/8=38.8×32/8=43.7 kN·m，截面抗弯模量W=141 cm3。

根据应力公式：

δm=Mmax/W=43.7×106/1.41×106=31N/mm2＜[σ]=205N/mm2，满足要求，且远小于最大容许应力值，可不进行刚度验算。

4.2 贝雷梁支架结构受力计算

满堂架所受荷载通过34 根[14 槽钢传递至贝雷梁，槽钢长7 m，间距0.8 m，满堂支架立杆放于槽钢和贝雷架的交点。取单排单层加强贝雷片的允许弯矩[M]=1 687.5 kN·m，允许剪力[Q]=245.2 kN，则：

8 排贝雷片的允许弯矩[M]=13 500 kN·m；

8 排贝雷片的允许剪力[Q]=1 961.6 kN。

查规范得每片贝雷片质量为270 kg，加强弦杆质量为80 kg，即3.5 kN/片，每排布置9 片贝雷片，共布置8 排，则每排贝雷梁自重：3.5×9=31.5 kN。

荷载计算值P3=（1.3×1 778.4+1.4×703+1.3×48.8+1.3×40.4+1.3×0.145×34×7+1.3×31.5×8+1.5×446）/（8×27）=20.6 kN/m。

标准组合q1=（1 778.4+703+48.8+40.4+0.145×34×7+31.5×8+446）/（8×27）=15.3 kN/m。

Mmax=0.086 9ql2=0.086 9× 20.6×11.752=247.2 kN·m＜[M]=1 687.5 kN·m；

Key words: new engineering construction; basis of computer engineering; course system

Qmax=0.583ql=0.583×20.6×11.75=141.1 kN＜[Q]=245.2 kN；

fmax=0.521×qll4/（100EI）=0.521×1.53×17 504/（100×1213×577×1 015）=0.22 mm%＜[f]=L/400=9.4 mm。

5 总体搭设步骤

施工过程中，渡槽利用独立基础和新增基础作为支承，通过搭设钢管柱、贝雷梁等构件形成受力支架体系，总体施工步骤如下。

1）紧靠空心墩的钢管柱搭设首先采用50 t 吊车配合进行钢管柱安装，待钢管柱超过40 m 时采用100 t 吊车配合进行钢管柱安装，钢管柱底座与承台采用预埋螺栓固定，每隔4 m与空心墩采用φ25 mm 钢筋抱箍固定，防止偏移和倾覆；2 个空心墩中间的钢管柱为4 根，与基础预埋的螺栓固定，4 根钢管柱之间两两用槽钢斜撑和平撑固定，再从钢管柱顶部各引1根钢绞线沿横向两边与地上预浇的1 m×1 m×1 m 混凝土块拉紧固定，混凝土块上压沙袋增加自重。

2）钢管柱顶端放置7 m 长2I45 双拼工字钢横梁。

3）横梁上部纵向铺设8 组贝雷梁，与横梁接触点设置限位钢板，防止偏移。

4）8 组贝雷梁安装完成后，按照横向80 cm 间距铺设槽钢，两端不足80 cm 则紧靠贝雷梁端头放置。

5）贝雷梁安装完成后在槽钢上采用φ48 mm 钢管搭设支架，支架上铺设I16 工字钢。

6）完成上述杆件安装和节点加固后，即可开始进行槽身模板安装。

7）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。

8）模板安装根据现在实际情况和排架高度采用汽车吊吊装，先对槽身模板底模和外模进行安装，在完成钢筋制安后安装内模。

6 吊装设备的选择

本工程吊装作业主要为钢管柱、贝雷片、模板、钢筋吊装，最大吊装重量为贝雷片整体吊装，吊装重量31.5 kN。经几次现场勘查，测量吊装半径（起重机的幅度）为16 m，起吊高度（到底槛）至少为50 m，起重机的主臂伸出长度约为56 m，根据起重机的特性曲线选定起重量为25 t 和100 t 的吊车。

7 平台预压

7.1 预压荷载

槽壳施工荷载包括槽壳混凝土土结构自重、模板重量，单跨总荷载为1 991 kN。支撑体系安装完成后采用吨袋装土料进行预压，支撑平台预压荷载不小于施工总荷载1.1 倍，预压前采用胶合板或彩条布铺在模板上，保护模板不被受损和污染。首跨移动平台安装完成后，按设计荷载的0、60%、80%、100%、110%进行4 级加载，并测得各级荷载下跨中、1/3 跨（2/3 跨）变形值。

7.2 预压程序

预压试验施工程序：试验准备（技术交底、施工组织等）→支承体系安装就位→支撑体系全面自检→预压前联合验收→观测点标记布设→分级加载→观测读数、记录→终值静置→观测、分析数据，然后确定是否继续下一级堆载预压→全面检查→卸载→观测结果整理、分析→投入使用前全面联合验收→支撑体系投入使用。

7.3 预压方法

支撑体系完成后在第24 跨进行预压，预压前移动支承平台进行全面检查：支撑体系整体安装位置正确，模板中线及高程符合设计要求；贝雷架、型钢各构件之间的结合面密贴。各部位接头处的连接螺栓符合设计，无松动或其他异常现象；预压所用的机具、材料准备充足。

7.3.1 加载部分工作

加载前先按照荷载分级重量配置好预压材料，预压材料采用吊车吊运至平台上，人工配合均匀铺设。预压材料铺设从下至上逐层进行，先中间后两端，均匀满铺；支撑体系预压加载时采用分级方式进行；加载顺序为0、60%、80%、100%、110%。每加载一级载荷，均对所有测点进行一次测量，并做详细记录，在数据分析时与卸载时的挠度进行比较，并且每加一级荷载后，对支撑体系所有螺栓、销轴等连接部位重新进行一次全面检查，尤其对主梁螺栓要进行全面检查，确保施工安全。

7.3.2 卸载部分工作

支撑体系预压卸载时仍采用分级方式进行，按照加载相反的顺序进行卸载；卸载顺序为110%、100%、80%、60%、0，每卸下一级载荷，均对所有测点进行一次测量，并作详细记录，在数据分析时与加载时的挠度进行比较；卸载完成后，再一次对支撑体系进行全面检查，并对模板及侧模支撑进行检查，看是否有变形。

7.4 监测点的布置

根据本工程的特点和实际情况，每根钢管柱每8 m 布设一个监测点，主要监测钢管柱垂直度。贝雷架布置6 个监测点，贝雷架1/4 跨度、1/2 跨度和3/4 跨度处左右两侧各布置1 个。

8 结语

在高大渡槽施工过程中，支撑体系技术方案选择一直都是一大难题，既要满足安全施工的条件又要考虑经济性及实用性。本文通过对各种方案进行比对，达到了各项参数的平衡，并结合实际案例验证了此方案，采用钢管柱+贝雷片+满堂架组合支撑体系施工技术，减少了支撑体系基础混凝土和钢管的用量，节约了工程建设投资，降低了施工安全风险，大大加快了工程施工进度。