框剪式架管承重體系在某箱梁施工中的應用

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的烏江上，是烏江干流水電開發的第10個梯級電站，彭水水電站工程以發電為主，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臺水輪發電機組，裝機容量為1750 MW，是烏江上大型水電站之一。

通航建筑物規模為500 t級，主要由上游引航道、船閘、中間渠道(含渡槽)、垂直升船機和下游引航道組成。通航建筑物中間渠道與升船機采用渡槽形式聯接，渡槽為預應力箱形簡支梁承重結構，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面預制平臺進行預制，預制完成后利用卷揚機牽引，導軌+滾杠的平移方式安裝就位。根據渡槽實際情況，前五跨箱梁預制平臺可利用橋墩側面較為有利的地理條件，澆筑混凝土或搭設少許架管即可作為預制平臺。而第六跨橋墩側面懸空，箱梁跨度為27.66 m，安裝面距下方EL235平臺凈空高度達37.6 m。加上該跨箱梁最大重達270 t。因此，需在側面形成一個27.66 m×6 m×37.6 m(長×寬×高)的預制平臺，對平臺的承重和穩定性要求較高。

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－剪力墻結構，支撐采用墩墻式承重結構，上部采用梁、墻、柱相結合的薄壁結構，下部為扶壁、構造柱、承重墻和聯系板結合的承重體系。腳手架搭設高度為37.55 m，結構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;二層聯系板;六道扶壁。腳手架搭設縱向立桿間距均為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 方案優點

圖1 框剪式架管支撐結構整體布置效果

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

3 支撐的穩定性計算、施工

3.1 支撐結構參數

3.1.1 承重梁

承重梁結構尺寸為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

承重墻結構尺寸為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，間距為60 cm×60 cm，步距為100 cm。剪刀撐縱向布置，搭設角度為45°，間隔5排布置，共兩排，右側底部預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 第二層聯系板

第二層聯系板結構尺寸為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，在頂部和底部各布置一排。

3.1.4 第一層聯系板

第一層聯系板結構尺寸為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，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構。塔柱總高度為37.55 m，截面尺寸為6 m×4.2 m(長×寬)。兩側與扶壁相連，中間與第一、二層聯系板及頂部承重墻、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，剪刀撐搭設角度為45°。

塔柱在與第一、二層聯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，特別在塔柱承重墻上下游懸挑出1.2 m寬度處的立桿，應采用無銹蝕、無裂紋的腳手架管，橫桿搭接接頭應在塔柱內并保證深入足夠長度，懸挑部分橫桿不應有搭接接頭。所有橫桿應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定，在每道塔柱靠山和靠江側各布置一道扶壁進行加固。扶壁呈直角三角形布置，基礎3 m高豎直搭設，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，搭設角度為45°。支撐正面及側面布置見圖2。

圖2 架管支撐結構正面和側面示意

3.2 支撐穩定性計算

支撐穩定性計算內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行分析。計算程序采用大型商業ANSYS三維結構有限元程序，所有桿件結構全部采用梁單元Beam189。

根據計算結果，位移最大值主要出現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，彎矩最大值出現在第14排(通道頂部位置)，Mmax=0.488 kN·m，均滿足規范和施工要求。

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行，首先清理基礎，由測量人員按結構精確放出各部位 輪廓線。

其次由架子工按照測量點位開始架體搭設，架體搭設按照承重墻→扶壁→第一層聯系板→第二層聯系板→承重梁施工順序由下向上搭設。腳手架搭設順序為:標出立桿位置→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12 m高度后，由測量人員采用儀器進行偏差測量，嚴格控制架體搭設精度。同時，上游側所有縱向橫桿延長伸入至第五跨腳手架內，并與第五跨腳手架立桿用扣件固定，形成連墻桿，下游側所有縱向橫桿均抵緊升船機筒體混凝土墻面。

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

4 結束語

在水利工程施工中，經常出現大重量、大跨度、高凈空的混凝土結構施工情況，往往需要消耗大量的鋼材搭設一個較大的支撐平臺，框剪式架管支撐結構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，取得了良好的應用效果。