鋼模板—貝雷架支撐渡槽導流在灌區涵洞重建中的應用

張振軍

(廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 東莞 523710)

?

鋼模板—貝雷架支撐渡槽導流在灌區涵洞重建中的應用

張振軍

(廣東省水利水電第三工程局有限公司,廣東 東莞 523710)

以鋼大模板組裝為渠體,貝雷架作為支撐的渡槽導流方式在不停水條件下灌區交通涵重建過程中的應用為例,對此形式的導流施工方法以及施工過程中可能遇到的問題及處理措施等方面進行了分析和探討,確保達到施工順利進行、節約投資、效果明顯的目標,并為類似工程提供借鑒。

涵洞重建；鋼大模板；貝雷架；渡槽；導流

1 工程概況

一般的大型灌區,都是20世紀五六十年代以人力為主建設而成,運行了幾十年,尤其是位于運河底承擔著排澇或者具備交通穿梭功能的涵洞當年建設標準并不高,年久失修,滲漏嚴重,亟待重建改造。塘口交通涵洞位于東海河27+459樁號,下部為漿砌石的交通涵,漿砌石側墻需拆除重建,但是該涵位于東海河肩負往市城區供水河段上,為保證供水,需要導流措施,導流流量為5.95 m3/s。

在設計提供的原施工方案當中,導流方式采取的是在涵洞右側或左側(順水流方向)臨時用2根DN 2 000鋼管導流,為減少水頭損失及征地,導流鋼管用鋼筋砼排架架空,基礎采用砼鉆孔灌注樁。但該方案沒有考慮到實際情況原涵洞凈高不高,加工好的鋼管無法運到右岸,同時拼裝焊接困難,耗時較長,涵洞改造完成后拆除的鋼管無法重復利用,切割拖走后只能當廢鐵處理,經濟效益差,需要重新考慮簡單便捷的施工方法。

2 方案設計

2.1 方案思路

項目部在考慮施工方案過程中,亦提出過采用土質導流明渠的施工方法,具體做法是在渠道右側臨時征用一片土地,采用土方填筑1條新的臨時導流明渠,渠道內坡采用鋪設防滲土工膜及干砌石防沖刷的方式。但這種方法同時需要在渠道上搭建一座臨時便橋供當地村民進出,便橋要滿足平時村民正常出行外,還要滿足當地運輸建筑材料車輛通行的需要,故臨時便橋標準不能低于機耕橋標準。涵洞重建完成后,還要將臨時明渠、便橋拆除,清理土方、塊石、砼塊等,既不經濟,也不環保。

因此,結合以往水利工程臨時便橋的施工經驗,項目部提出一種架空渡槽導流的方式。渡槽采用貝雷架支撐+渠體渠底和兩側側墻由鋼大模板組裝形成的明渠形式。渡槽長63 m,設計水深1.3 m,流量1.3 m3/s,渡槽為正方形結構,底寬3 m,分7跨,每跨9 m,支撐體采用3排單層貝雷架進行架設。具體方案設計見圖1、圖2、圖3。

2.2 方案說明

1) 支墩尺寸,設計渠底寬3 m,支墩截面為1.5 m(寬)×3.2 m(長),采用C20商品砼,全線布置8個支墩,高度有所不同,支墩間距9 m。

2) 貝雷架組裝采用標準貝雷片,單個架的尺寸為1.5 m(高)×3 m(長),采用3排單層的方式架設,排與排之間采用聯結片聯結,跨距9 m,每排3片架聯結為一跨。

3) 渡槽底板及側墻采用3 m×3 m鋼大模板,模板面板厚為3 mm,肋高100 mm,肋厚8 mm,肋距375 mm,塊塊模板之間連接采用常規的模板鎖扣連接方式。

4) 為抵抗水流的側壓力,采用在內側底部焊接Φ16 mm@1 500拉筋拉結側墻和頂部設50×50角鋼@3 000拉結兩側側墻的方式。

5) 止水方式：側墻與底板的90°角采用先涂抹瀝青,再鋪設100 mm×100 mm三角體砂漿保護的方法,模板與模板之間的的接縫采取縫間夾橡膠片再涂抹防滲瀝青的方式。租用的模板上的拉筋孔洞采用鋼板焊接修補,焊接縫邊涂抹瀝青防滲的方法。

圖1 鋼模板—貝雷架支撐渡槽導流施工平面示意

圖2 鋼模板渡槽導流縱剖面示意(單位：mm)

圖3 剖面示意

6) 進出口連接段采用先填土,后鋪設200 mm厚砼底板,側墻采用600 mm厚M7.5漿砌石墻,立面抹2 cm厚砂漿壓光防沖刷的方法。連接段與鋼板渡槽結合部采用砼側墻延伸入渡槽1m的做法。

7) 進口連接段設置簡易鋼管攔污柵,將由渠道漂來的垃圾攔住,人工定期清理,以免垃圾進入渡槽被拉筋掛住,影響拉結效果。

3 貝雷架支撐穩定性驗算

3.1 永久荷載標準值

1) 鋼大模板標準值：0.5 kN/m2。

2) 水體自重標準值：10 kN/m3。

3) 貝雷架自重標準值：每片300 kg,每跨為9片,總重為2.7 t。

3.2 可變荷載標準值

1) 施工人員及設備荷載標準值：2.5 kN/m2。

2) 振搗混凝土時產生的荷載標準值：不考慮。

3.3 荷載分項系數

1) 永久荷載分項系數1.35。

2) 可變荷載分項系數1.4。

3.4 貝雷架內力計算

3.4.1 受力分析

根據分析可知,在同樣的通水條件下中間排貝雷架比左右兩側貝雷架多承受一倍渠道水體的重量,因此本方案中僅對中間貝雷架進行計算。由于渡槽沿架體通長布置,底部支撐在貝雷架正上方,貝雷架體以簡支形式安置在支墩上,故每跨架體按一條簡支梁承受均布荷載考慮。

3.4.2 力學計算

1) 荷載計算

永久荷載標準值：

① 鋼大模板標準值：1.5×9×0.5=6.75 kN。

② 水體自重標準值：10×1.5×9×1.5=202.5 kN。

③ 貝雷架自重標準值：3×300=900 kg=0.9 t,即9 kN 。

永久荷載分項系數：1.35。

永久荷載設計值：(6.75+202.5+9)×1.35=294.64 kN。

可變荷載標準值：

① 施工人員及設備荷載標準值：2.5×1.5×9=33.75 kN。

② 振搗混凝土時產生的荷載標準值：0 kN。

可變荷載分項系數：1.4。

可變荷載設計值：(33.75)×1.4=47.25 kN。

貝雷架均布荷載：(294.64+47.25)/9=37.99 kN/m。

2) 內力計算

M=1/8ql2=1/8×37.99×9×9=384.64 kN·m。

Q=1/2ql=1/2×37.99×9=170.96 kN 。

3) 內力圖

圖4 內力示意

4) 撓度計算

彈性撓度：f=5ql4/384EI=(5×37.99×9004)/(384×2.1×106×250 497.2)=0.62 cm。

非彈性撓度：該部分撓度與貝雷架銷孔的使用程度及加工精度有關,只有經驗公式,如何確定還有待討論。

3.4.3 對比分析

根據《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》57頁表5～表6,單排單層貝雷架的最大容許彎矩為788.2 kN·m,最大容許剪力為245.2 kN,因此本方案滿足要求。

撓度是彈性撓度加非彈性撓度,不得大于跨度的l/400=900/400=2.25 cm>0.62 cm,符合要求。

4 渡槽施工

4.1 施工前準備工作

1) 機械設備及機具根據用量以及工程部位組織進場。

2) 測量放樣。施工前需要測量原地貌,一是為土方開挖、填筑計算工程量提供基本數據,二是確定渡槽的平面布置和支墩的設置。并由此確定出渡槽的中心線,并根據設計的渡槽位置精確測放出支墩的位置。

4.2 支墩施工

1) 支墩尺寸為1.5 m×3.2m；測量人員定出墩位后,采用PC200挖土機開挖出基坑,用C10砼找平后,用0.915 m×1.83 m標準木模板支模,分層澆筑C20砼,淋水養護。

4.3 進出口連接段施工

1) 根據測量確定的進出口連接段位置后,外運粘土分層填筑,用20t壓路機進行壓實,壓實度不小于0.92,試驗人員用環刀取樣試驗進行控制。填土到設計底板高程后,用C20砼鋪底20 cm厚,平板振搗器振搗密實,并二次壓光。

2) 連接段側墻采用M 7.5漿砌石,人工鋪漿法砌筑,側面采用M5水泥砂漿抹面2 cm厚,壓光收面。與鋼模板渡槽結合部延伸至渡槽內1 m,支模澆筑砼覆蓋鋼模板面。

4.4 貝雷架支撐及鋼大模板渡槽施工

1) 支撐結構采用三排單層貝雷片架設,標準貝雷片每片高度1.5 m,長3.0 m,包括往連接段延伸的3 m,共需架設69片。貝雷片架設后,用貝雷片限位塊進行限位,貝雷架支撐上鋪設3 m×3 m鋼大模板作為渡槽底板及側墻。

施工時從上游往下游進行,首先在附近材料堆放場進行架體拼裝,拼裝按每跨進行拼裝,每跨9片貝雷片,片與片間聯結采用專用插銷,排與排間聯結采用專用聯結片,因為片體較重,采用QY25汽車起重機進行輔助。每跨架體拼裝完成后,起重機將其吊到支墩上,技術人員跟隨定位。以此類推。

2) 架體全部架設完成后,先用起重機吊裝渡槽底板,模板與模板之間用鎖扣聯結,底板兩側用專門楔塊插在貝雷架上,防止底板左右移動。底板成整體后,吊裝兩側側墻。為避免側墻鋼大模板傾覆,兩側模板吊裝對稱進行,頂上采用50×50 mm角鋼插插銷對拉。

3) 支架和渡槽轉角部位,標準貝雷片及鋼大模板難以拼接,此處支架專門加強,采用定制鋼板焊接聯結。

4) 為增強側模板的抗傾覆能力,模板組裝完成后,采用人工在內側底部焊接Φ16 mm@1 500拉筋拉結側墻。

5) 側墻與底板的90°角采用先涂抹瀝青,再鋪設M5水泥砂漿保護的止水方法,模板與模板之間的的接縫采取縫間夾橡膠片再涂抹防滲瀝青的方式。租用的模板上的拉筋孔洞采用鋼板焊接補洞,焊接縫邊涂抹瀝青的方法。

6) 進口連接段設置簡易鋼管攔污柵,攔污柵采用Φ50 mm鋼管制作,制作成格柵狀,鋼管間距200 mm,打膨脹螺栓焊接在連接段漿砌石墻上。

圖5 施工現場照片示意

5 通水試驗及涵洞重建施工

5.1 通水試驗

渡槽完成后,通水前要檢驗安全性。通水試驗邀請業主、監理、運行管理單位代表到場觀摩,項目部人員負責檢查,工人負責加固。通水采取水量先小后大的原則。先由工人將設置在進口連接段端口的砂包擋水體抽掉上面兩層砂包,讓水以瀑布狀注入渡槽,然后全長觀察,發現局部模板縫漏水,采取擰緊鎖扣等方式處理。經反復通水檢查,擰緊鎖扣后,基本解決漏水問題。解決漏水問題后,采取加大流量觀察渡槽穩定性,經24 h觀察后,沒發現不穩定情況后才運行使用。

5.2 涵洞施工

渡槽作為導流明渠后,在原渠道上下游鋪設砂包圍堰(砂包圍堰面鋪彩條布,砂包壓面)攔斷水體, 利用22 kW潛水泵抽干基坑內積水,然后進行基礎開挖,再逐步進行涵洞底板、側墻、頂板、渠道側墻、渠頂攔桿、側墻回填土、上下游渠道連接段堤身回填土分層填筑壓實、防滲襯砌砼板的施工。

5.3 渡槽明渠進出口端口的施工

涵洞重建完成后,渠道內水通過重建后的渠道,渡槽進出口要恢復堤身,則利用6 m長鋼板樁形成圍堰左側通水導流,抽干基坑內水后,分層填土壓實,然后進行底板和邊坡襯砌砼板的施工。

6 要注意的問題

1) 租用貝雷片的時,要選用外觀好,并經檢查無斷裂的片體。

2) 要嚴格控制臨時渡槽流量,不能超過設計水深,否則渠道內水會雍高漫頂,并危及渡槽穩定。

3) 不定期對渡槽進行檢查,發現問題及時加固。

4) 開工前,對所有施工人員進行技術交底和安全操作交底。

5) 作業時應注意做好安全措施,確保作業安全,所有作業人員應進行作業安全教育才能上崗。

7 結語

導流的方式有很多,通過鋼管導流、土質明渠導流等多種方式的比較, 鋼模板-貝雷架支撐組合渡槽這種導流方式在實際應用過程中取得了很好的效果,為后續的涵洞重建積累了經驗,有利于工程的迅速推進。這種導流方式具有占地空間小,組裝迅速,施工進度快、操作方法簡單、拆除后可重復利用、建設費用低、安全、環保等優點,對于類似的小型交通涵或者排洪涵洞的重建可作為借鑒。

[1] 毛瑞祥,程翔云.公路橋涵設計手冊——基本資料[M].北京：人民交通出版社,1993:216-217.

[2] 交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊橋涵手冊[M].北京：人民交通出版社,2000:681-751.

[3] 陳鈞成,朱維花.雷州青年運河灌區續建配套與節水改造工程排洪涵洞規模復核及設計方案調整專題報告[R].廣州：廣東省水利電力勘測設計研究院,2015:78-80.

[4] 劉山林,閆淑娟,鐘本蜂.鋼管樁和貝雷片支架在現澆箱梁施工中的應用[J].石家莊鐵道學院學報,2003(S1)：62-64.

[5] 黃紹金,劉陌生.裝配式公路鋼橋多用途使用手冊[M].北京：人民交通出版社,2004:56-57.

(本文責任編輯 馬克俊)

Application of Steel Template-Bailey Shelf Support Aqueduct Diversion in Irrigation Culvert Reconstruction

ZHANG Zhenjun

(The Guangdong NO.3 Water Conservancy and Hydro-eletric Engineering Bureau Co., Ltd， Dongguan 527310,China)

In large steel formwork assembly for channel, Bailey frame supported aqueduct diversion way as under the condition of no stopping water irrigation culvert of traffic reconstruction in the process of application, for example, this type of diversion construction method and construction process may encounter problems and treatment measures and so on were analysis and discussion, to ensure the smooth construction, save investment and obvious effect of the target, and provide a reference for the similar engineering.

culvert reconstruction； large steel formwork； bailey structure； aqueduct；diversion

2016-04-21;

2016-05-17

張振軍(1980),男,本科,工程師,從事水利現場施工管理工作。

TV551.1

B

1008-0112(2016)06-0037-04