鋼管柱、貝雷梁與滿堂腳手架支撐體系在拱式渡槽施工中的應用

林 偉 明， 田 燕 龍 ， 邵 鵬 展， 趙 云 龍

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

龍門埡渡槽進口位于金堂縣白果鎮羅盤村22組，出口位于金堂縣白果鎮羅盤村9組，設計流量為22 m3/s，全長502 m(樁號：一35+886.75～一36+388.75)。該段渡槽由簡支梁式渡槽和拱式渡槽組成，共計57跨，其中26跨為單跨長5 m的拱上“U”型槽身，31跨為單跨長12 m的“U”型槽身。

單跨拱式渡槽長65 m，由下部拱座(拱墩)、肋拱拱圈、拱圈上部排架、拱圈上部槽身(單跨槽身長5 m)組成。

由招標階段提供的地質資料可知：渡槽通過區無斷裂構造，巖層傾角較緩，巖體中構造裂隙不發育，無崩塌、滑坡等不良地質體，物理地質現象主要為巖石風化作用。強風化帶厚1～6 m，弱風化帶的厚度為5～7 m。各渠道渡槽跨侵蝕洼地或小沖溝，洼地或溝底覆蓋層主要為坡洪積黏土，巖性為砂巖和粉砂質泥巖，屬軟巖～較軟巖。渡槽所處巖層較平緩，兩岸大多基巖裸露，巖體基本穩定。

在實際施工階段，龍門埡拱式渡槽跨越當地灌溉農田，地下水豐富，覆蓋層大部分為可耕植土，且開挖8 m深后仍未見基巖，地質條件發生了較大變化。設計變更后龍門埡1#槽墩由板式基礎+墩身結構改為樁基礎+承臺+墩身結構，肋拱及以上結構保持不變。

2 施工方案的選擇

拱式渡槽肋拱支撐體系通常采用滿堂腳手架或鋼管柱+貝雷梁+鋼管腳手架結構。筆者綜合對比分析了以下兩種施工方案。

方案一：滿堂腳手架。

肋拱施工搭設滿堂腳手架作為施工平臺?？紤]到施工周期及剩余材料的循環使用，架管選擇招標采購。考慮到肋拱施工需要從兩拱腳向跨中對稱進行澆筑，肋拱拱身以下需要全部搭設滿堂腳手架。腳手架鋼管的縱、橫排間距為60 cm，能夠滿足上部荷載承重使用要求。每m3鋼管含8.3 m架管。根據拱身長度可以計算出需要φ48.3×3.6 mm鋼管腳手架的[1，2]工程量為25 872 m3，架管共計重約824.6 t，施工預算為371.07萬元(腳手架每t按4 500元計算)。

方案二：鋼管柱+貝雷梁+滿堂腳手架。

拱跨施工采用搭設鋼管柱(φ630×12)+貝雷梁+鋼管腳手架作為施工平臺(圖1)，所需材料選擇招標采購；肋拱施工同樣需要從兩拱腳向跨中對稱進行澆筑。經計算，共計需要φ630×12 mm鋼管重289.6 t，斜撐(橫撐)I20a工字鋼77.22 t，橫梁I40a/50a工字鋼26.58 t，貝雷片及加強弦桿274.4 t，分配梁I20a工字鋼53.51 t，φ48.3×3.6 mm鋼管腳手架3 746.39 m3，腳手架重量為119.4 t，施工預算為330.81萬元(工字鋼4 300元/t，貝雷片1 300元/t，鋼管柱6 000元/t)。

綜合對比分析后得知：滿堂腳手架結構施工預算大,裝拆不便，搭設耗費時間長，腳手架工程量較大，工期無法保證；鋼管柱+貝雷梁+局部滿堂腳手架施工預算少，便于拆裝，工程量較小，能夠節省大量材料且保證工期要求，同時，鋼筒又能夠在其他渡槽結構循環利用，節約成本。

針對支撐體系基礎優化，原設計方案中的支撐體系基礎采用條形鋼筋混凝土結構，適用于巖石基礎，但在實際施工過程中地質條件發生了較大的變化，如果不對基礎結構進行調整，需要下挖13～15 m方能見到基巖，顯然開挖工程量較大，同時還需大面積增加臨時用地，且征地手續繁雜、時間較長而影響工期。因此，對于軟土地基，優先采用砂礫石換填(深度為2 m)，可以有效減少開挖量和征地面積，對其進行震動碾壓密實后采用板式基礎替換條形基礎的具體結構尺寸為：原臨時混凝土墩為條形，尺寸為11 m×6 m×1.5 m(長×寬×高)，C25混凝土，雙層雙向鋼筋網(φ16、φ20)，共需混凝土792 m3，鋼筋42.28 t，施工預算為56.3萬元。

優化后的臨時混凝土基礎為A、B兩種結構形式：其中A型臨時混凝土基礎尺寸為11 m×6 m×1.5 m(肋高0.5 m)(長×寬×高)，B型臨時混凝土基礎為18 m×11 m×1.5 m(肋高0.5 m)(長×寬×高)，具體型式見圖2、3，混凝土標號采用C25，其肋部與基礎連接處設有剪力筋，需要混凝土704 m3，鋼筋8.65 t，施工預算32.65萬元(基礎混凝土390元/m3,鋼筋制安6 000元/t)。

3 拱式渡槽臨時支撐體系的構造

臨時支撐體系由下而上依次由臨時混凝土基礎、鋼管柱撐架、橫梁、貝雷桁架和滿堂腳手架等組成。

鋼管柱采用φ630×12 mm鋼管，用I20a做平聯連接和斜撐，5 m設置一道。鋼管柱豎向采用法蘭盤連接。橫梁采用2I40(拱腳跨采用2I50)，長度為9 m，按照橋梁中心線對稱布置。在安裝2I40(2I50)時必須設置險位卡，防止2I40(2I50)側移和傾覆。 在2I40(2I50)上安裝貝雷片，貝雷片沿橫梁中心線向兩邊對稱布置，在安裝貝雷片時需設置限位裝置，以防止貝雷片滑移[3]。在貝雷片上橫向布設I20a，間距為60 cm，用U型卡在貝雷片上固定。最后在分配梁上搭設鋼管腳手架。

圖3 B型臨時基礎示意圖

4 拱式渡槽臨時支撐體系的施工

遇軟弱基礎時，臨時混凝土基礎施工前先對需要換填處理的建基面進行處理，分層填筑碾壓密實后再進行澆筑；遇到基巖后直接澆筑混凝土基礎。

臨時基礎模板采用膠合木模板，木模板的拼接要求緊密、穩固、平整、拆裝容易、操作方便。模板加固骨架采用φ42鋼管。澆筑混凝土前應根據施工需要預埋鋼構件，預埋位置必須準確。

臨時基礎的剪力鋼筋預埋和定位嚴格按技術規范及方案圖紙的要求進行，臨時基礎結構內的預埋鋼管柱支座鋼筋的位置必須準確、牢固。

臨時基礎混凝土采用泵車入倉的方式一次澆筑成型。分層澆筑混凝土時由人工使用振搗棒振搗密實，振搗每一層混凝土時，振搗棒插入下層混凝土10～15 cm[4]，以利于層間結合。混凝土澆筑施工時需注意預埋件、鋼筋，避免發生碰撞、偏移等情況出現?；炷连F澆完成后灑水覆蓋養護。臨時墩混凝土達到強度要求后進行鋼結構支架體系的搭設。

鋼結構支架體系除貝雷梁外均在加工車間提前制作。在鋼結構現場制安過程中，應嚴格控制焊接質量和結構安裝的精度，確保結構安全。所有構件加工后均需進行試拼裝并保證現場安裝質量。

鋼管柱采用φ630×12 mm鋼管，用I20a工字鋼做平聯連接和斜撐，5 m設置一道。鋼管立柱安裝時，首先將第一節鋼管立柱底部的鋼板直接焊接在基礎預埋的鋼筋上面，鋼管立柱的接長采用法蘭盤連接，并用高強螺栓固定。鋼管立柱采用塔吊，人工輔助吊裝到位，每節鋼管立柱的安裝均采用鉛垂儀檢查垂直度，并且由現場技術員檢查鋼管立柱的法蘭連接及焊接是否滿足要求。橫梁采用2I40(拱腳跨采用2I50),長度為9 m，按照橋梁中心線對稱布置。在安裝2I40時必須設置險位卡，防止2I40側移和傾覆。 在2I40上安裝貝雷片，貝雷片沿橋梁中心線向兩邊對稱布置，中心間距為180 cm，共計5組。安裝貝雷片時必需設置限位裝置以防止貝雷片滑移。在貝雷片上橫向布設I20a，間距為60 cm，使用U型卡在貝雷片上固定。最后在分配梁上搭設鋼管腳手架。

支架體系的搭設按照設計圖紙要求進行，自下而上，逐級搭設。搭設前需準確測量定位，搭設過程中要嚴格把關，控制搭設質量，確保每個構件之間連接到位，以保障支架體系的整體穩定性在可控范圍內。

5 施工安全防護措施

由于是高空作業，施工過程中存在一定的墜落風險。在施工過程中，每位工作人員應嚴格按照要求佩系安全帶且需系帶牢固，高掛低用[5]；除正確佩戴安全帽外，所有工作人員應加強防護意識，相互照應，嚴格按操作規程施工并安排專人監護；施工臨時用電設施應設置接地裝置，現場配置專業電工經常檢查用電線路；施工作業平臺四周的臨空部位必須設置連續封閉的安全防護欄桿，安全防護欄桿由橫桿、立桿及擋腳板組成，上橫桿距地面1.5 m，中橫桿距地面0.9 m，下橫桿距地面0.3 m，擋腳板高0.18 m，相鄰兩條立桿間距為2 m，欄桿每隔10 m設置一對斜撐(或拉接)，欄桿的任何部位均能承受任何方向1 kN的外力，涂刷紅白相間的安全警示油漆，安全防護欄桿采取密目式安全網封閉(相鄰密目安全網應緊密結合或重疊)。平臺下部設置雙層白色安全橫網(兜網)，平臺外側設置白色安全橫網，每隔3 m設置一支撐桿，支撐桿水平夾角不小于45°，安全橫網外高里底，橫網寬3 m。平臺預留人行通道并滿鋪腳手板，腳手板用鐵絲綁扎牢固，不得有探頭板。相鄰兩個平臺通過安全梯連接。

6 結 語

由于移民征地阻工原因，拱式渡槽臨時支撐結構于6月底之前完成了基礎和鋼管柱搭設，支撐基礎需經過6～9月主汛期考驗，且支撐基礎周圍地下水豐富，必須充分考慮臨時支撐結構基礎周圍的抽排水。軟土基礎(換填碾壓后)若未及時對積水和地下侵水抽排，極易引起基礎沉降，致使支撐體系坍塌，同時，抽排水過程中還應考慮對稱抽排水，以防抽排不均勻而引起沉降，因此，在中墩拱腳四周10 m遠處布設了四個集水井，直徑1 m，深度為3 m，抽水設備的設置須超過換填底部高程，以利自動抽排水。

龍門埡拱式渡槽于2018年12月13日全部完成兩跨肋拱的施工。實際施工證明：鋼管柱+貝雷梁+鋼管腳手架臨時支撐體系施工成本低，搭設速度快，在滿足安全與質量的前提下節約了施工成本，提高了施工效率，所取得的經驗可為今后類似工程借鑒。