框剪式架管承重體系在某箱梁施工中的應(yīng)用

劉立清，周恩寧

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000)

1 工程概況

彭水水電站位于重慶市彭水縣境內(nèi)的烏江上，是烏江干流水電開發(fā)的第10個梯級電站，彭水水電站工程以發(fā)電為主，兼顧航運、防洪及其它綜合利用。電站由混凝土重力壩、右岸地下電站、左岸通航建筑物和垂直防滲帷幕等組成。電站裝有5臺水輪發(fā)電機(jī)組，裝機(jī)容量為1750 MW，是烏江上大型水電站之一。

通航建筑物規(guī)模為500 t級，主要由上游引航道、船閘、中間渠道(含渡槽)、垂直升船機(jī)和下游引航道組成。通航建筑物中間渠道與升船機(jī)采用渡槽形式聯(lián)接，渡槽為預(yù)應(yīng)力箱形簡支梁承重結(jié)構(gòu)，渡槽共有6跨，布置有46榀箱梁。

因周邊場地限制，箱梁均采用在橋墩側(cè)面預(yù)制平臺進(jìn)行預(yù)制，預(yù)制完成后利用卷揚機(jī)牽引，導(dǎo)軌+滾杠的平移方式安裝就位。根據(jù)渡槽實際情況，前五跨箱梁預(yù)制平臺可利用橋墩側(cè)面較為有利的地理條件，澆筑混凝土或搭設(shè)少許架管即可作為預(yù)制平臺。而第六跨橋墩側(cè)面懸空，箱梁跨度為27.66 m，安裝面距下方EL235平臺凈空高度達(dá)37.6 m。加上該跨箱梁最大重達(dá)270 t。因此，需在側(cè)面形成一個27.66 m×6 m×37.6 m(長×寬×高)的預(yù)制平臺，對平臺的承重和穩(wěn)定性要求較高。

2 支撐方案的確定

2.1 框剪式架管支撐方案

該支撐方案類似于房建中的框架－剪力墻結(jié)構(gòu)，支撐采用墩墻式承重結(jié)構(gòu)，上部采用梁、墻、柱相結(jié)合的薄壁結(jié)構(gòu)，下部為扶壁、構(gòu)造柱、承重墻和聯(lián)系板結(jié)合的承重體系。腳手架搭設(shè)高度為37.55 m，結(jié)構(gòu)整體布置尺寸為縱向長度為24.88 m，橫向布置寬度底部為38 m，頂部為6 m。

承重腳手架由六部分組成，分別為:一道承重梁;一道承重墻;三道塔柱;二層聯(lián)系板;六道扶壁。腳手架搭設(shè)縱向立桿間距均為60 cm，橫向承重梁、墻、柱部分均為60 cm，扶壁部位為80 cm，步距為100 cm，聯(lián)系板腳手架尺寸與兩端尺寸一致。整體布置詳見圖1。

2.2 方案優(yōu)點

圖1 框剪式架管支撐結(jié)構(gòu)整體布置效果

方案采用塔柱、承重墻和承重梁作為承重系統(tǒng)，二層聯(lián)系板、六道扶壁作為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系統(tǒng)，科學(xué)合理的利用了框架－剪力墻空間結(jié)構(gòu)的特性，不僅保證了支撐結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定可靠，而且最大限度的減少了鋼材的投入，在降低施工成本、節(jié)約施工時間等方面優(yōu)勢明顯。實踐證明，搭設(shè)完成這一個結(jié)構(gòu)體系僅耗用架管材料約280 t，而按照常規(guī)滿堂腳手架的方案，架管用量將達(dá)550 t，若采用鋼結(jié)構(gòu)支撐方案則成本更高。

3 支撐的穩(wěn)定性計算、施工

3.1 支撐結(jié)構(gòu)參數(shù)

3.1.1 承重梁

承重梁結(jié)構(gòu)尺寸為24.88 m×6 m×3 m(長×寬×高)，立桿布置縱向42排，橫向11排，間距為60 cm×60 cm，步距為100 cm。剪刀撐布置角度為45°，每間隔5排布置一道，橫向共布置9道，縱向布置2道(和承重墻剪刀撐保持一致)，同時，在梁頂部及底部布置兩道水平剪刀撐。

3.1.2 承重墻

承重墻結(jié)構(gòu)尺寸為24.88 m×3.6 m×37.55 m(長×寬×高)，立桿布置縱向42排，橫向7排，通長搭設(shè)，間距為60 cm×60 cm，步距為100 cm。剪刀撐縱向布置，搭設(shè)角度為45°，間隔5排布置，共兩排，右側(cè)底部預(yù)留一個門洞作為通道，門洞尺寸為4 m×5 m，門洞位置周邊兩排立桿及橫桿均需增加副桿，門洞斜桿布置兩排，布置角度為61°。

3.1.3 第二層聯(lián)系板

第二層聯(lián)系板結(jié)構(gòu)尺寸為21 m×11.72(7.77)m×3 m(長×寬(頂寬)×高)，將三道塔柱、承重墻及扶壁相連。底面距地面高度為23 m。板立桿布置縱向36排，間距為60 cm，橫向7排，中間部分11排間距為60 cm，兩側(cè)為斜面，角度為57°，布置3排立桿，間距為80 cm，步距為100 cm。剪刀撐水平布置，角度為45°，間隔5排搭設(shè)，在頂部和底部各布置一排。

3.1.4 第一層聯(lián)系板

第一層聯(lián)系板結(jié)構(gòu)尺寸為21 m×28.88(24.86)m×3 m(長×寬(頂寬)×高)，板底面距地面高度為10 m，板立桿布置縱向36排，間距為60 cm，橫向39排，中間部分11排間距為60 cm，兩側(cè)布置28排立桿，間距為80 cm外端為斜面，角度為57°，步距為100 cm。剪刀撐水平布置，角度為45°，間隔5排搭設(shè)，在頂部和底部各布置一排。

3.1.5 塔柱

承重架共布置三道塔柱，為第六跨箱梁支撐主要承重結(jié)構(gòu)。塔柱總高度為37.55 m，截面尺寸為6 m×4.2 m(長×寬)。兩側(cè)與扶壁相連，中間與第一、二層聯(lián)系板及頂部承重墻、梁相交形成整個支撐體系。

塔柱立桿縱向布置8排立桿，間距為60 cm，橫向布置11排立桿，間距為60 cm，橫桿步距為100 cm，剪刀撐縱向布置三排，每間隔五排立桿布置一排，橫向與扶壁剪刀撐一致，剪刀撐搭設(shè)角度為45°。

塔柱在與第一、二層聯(lián)系板及承重墻相交部位的橫桿，要求盡量使用原材料架管搭設(shè)，特別在塔柱承重墻上下游懸挑出1.2 m寬度處的立桿，應(yīng)采用無銹蝕、無裂紋的腳手架管，橫桿搭接接頭應(yīng)在塔柱內(nèi)并保證深入足夠長度，懸挑部分橫桿不應(yīng)有搭接接頭。所有橫桿應(yīng)保證上下左右橫桿相互錯開，橫桿不允許采用“一字扣”搭接，搭接時的搭接長度不小于1.50 m，搭接處要求不少于三個扣件固定。

3.1.6 扶壁

為保證塔柱及整個支撐的穩(wěn)定，在每道塔柱靠山和靠江側(cè)各布置一道扶壁進(jìn)行加固。扶壁呈直角三角形布置，基礎(chǔ)3 m高豎直搭設(shè)，扶壁底部寬為16 m，高為27.35 m，厚度為3 m，斜邊角度為57°。

扶壁縱向立桿布置4排，間距為60 cm，橫向布置20排，間距為80 cm，橫桿步距100 cm。剪刀撐橫向布置，每道扶壁布置三排，間隔2排立桿搭設(shè)，搭設(shè)角度為45°。支撐正面及側(cè)面布置見圖2。

圖2 架管支撐結(jié)構(gòu)正面和側(cè)面示意

3.2 支撐穩(wěn)定性計算

支撐穩(wěn)定性計算內(nèi)容主要包括桿件受力情況和連接扣件抗滑承載力計算及整體穩(wěn)定性計算。計算時對支撐建立三維有限元模型，計算時采用右半部分進(jìn)行分析。計算程序采用大型商業(yè)ANSYS三維結(jié)構(gòu)有限元程序，所有桿件結(jié)構(gòu)全部采用梁單元Beam189。

根據(jù)計算結(jié)果，位移最大值主要出現(xiàn)在承重梁頂部桿件處，最大僅為4.56 mm，撓度最大值為1.4 mm，小于容許撓度［v］最小值4.00 mm，軸力最大值為18.196 kN，彎矩最大值出現(xiàn)在第14排(通道頂部位置)，Mmax=0.488 kN·m，均滿足規(guī)范和施工要求。

3.3 施工程序及要點

框剪式架管支撐按照從下至上的原則進(jìn)行，首先清理基礎(chǔ)，由測量人員按結(jié)構(gòu)精確放出各部位 輪廓線。

其次由架子工按照測量點位開始架體搭設(shè)，架體搭設(shè)按照承重墻→扶壁→第一層聯(lián)系板→第二層聯(lián)系板→承重梁施工順序由下向上搭設(shè)。腳手架搭設(shè)順序為:標(biāo)出立桿位置→放置掃地桿→逐根拉立桿并與掃地桿扣牢→安裝第一步大橫桿→安裝第一步小橫桿→第二步大橫桿→第二步小橫桿→第三、四步大橫桿和小橫桿→接立桿→斜桿→加設(shè)剪刀撐。

架管承重腳手架所用鋼管外徑為48 mm，壁厚3.0 mm，扣件螺栓擰緊扭力矩大于40 N·m且小于60 N·m。在搭設(shè)過程中，每向上增加一根架管，架子工采用線錘檢查立桿垂直度，每搭設(shè)12 m高度后，由測量人員采用儀器進(jìn)行偏差測量，嚴(yán)格控制架體搭設(shè)精度。同時，上游側(cè)所有縱向橫桿延長伸入至第五跨腳手架內(nèi)，并與第五跨腳手架立桿用扣件固定，形成連墻桿，下游側(cè)所有縱向橫桿均抵緊升船機(jī)筒體混凝土墻面。

架體搭設(shè)完成后，重點檢查扣件的緊固程度、基礎(chǔ)情況、立桿垂直度、剪刀撐搭設(shè)及連墻桿情況，其中扣件檢查比例不小于所有扣件的5%。驗收合格后再進(jìn)行荷載試驗。

4 結(jié)束語

在水利工程施工中，經(jīng)常出現(xiàn)大重量、大跨度、高凈空的混凝土結(jié)構(gòu)施工情況，往往需要消耗大量的鋼材搭設(shè)一個較大的支撐平臺，框剪式架管支撐結(jié)構(gòu)在彭水電站渡槽第六跨箱梁施工過程中，使用了相對較少的材料，降低了施工成本的同時，也減少了支撐的施工時間，取得了良好的應(yīng)用效果。