三峽庫區架空斜坡道碼頭大跨度連續斜梁施工技術

李 杰

(中交武漢港灣工程設計研究院有限公司，湖北 武漢430040)

1 工程概況

本工程位于長江支流香溪河上(三峽庫區內)，碼頭結構形式為架空斜坡道，前端設置躉船1艘。躉船后方新建一條電梯斜坡道，斜坡道坡比1:2.95；斜坡道采用排架式梁板結構，每榀排架設置2根φ1 600 mm鉆孔灌注樁，前沿采用樁基墩臺形式，下設4根φ1 600 mm的嵌巖鉆孔灌注樁，樁基持力層為中風化基巖。斜坡道上布置軌距為3.5 m的兩條電梯車道；上部結構由現澆橫梁(墩臺)和軌道梁組成，軌道梁之間設置聯系梁(圖1)。軌道梁寬1 m、高1.6 m；其中CD段凈跨為10.4 m，DE段凈跨為13.2 m。連系梁寬0.5 m、高1 m、長2.5 m。根據文獻[1]，由于斜梁兩端存在較大高程差，鋼筋的綁扎、模板的封閉及混凝土澆筑都存在較大的施工難度，且斜梁的水平推力較難克服。

圖1 架空斜坡道碼頭斷面及梁系布置(尺寸：mm；高程：m)

2 施工方案確定

2.1 常見施工方案

2.1.1鋼抱箍底模支撐系統

鋼抱箍底模支撐系統多用于基樁為預應力高強混凝土(PHC)管樁、灌注樁的水工上部結構現澆施工，其主要依靠單個或多個排架上基樁與鋼抱箍之間的摩擦力承受外部荷載(通常在鋼抱箍與基樁之間內壁粘貼一層橡膠墊、麻袋片等柔性材料以增加摩擦力)。當抱箍連接板上的螺栓全部擰緊后即可傳遞荷載。在鋼抱箍的兩側牛腿上依次安裝主、次梁型鋼、木方、竹膠板等組成底模支撐系統。

2.1.2鋼牛腿底模支撐系統

鋼牛腿底模支撐系統多用于基樁為鋼管樁的水工上部結構現澆施工，其主要依靠單個或多個排架上鋼管樁與鋼牛腿(π形居多)的焊接連接承受外部荷載。焊接的焊縫長度及焊腳尺寸決定了其受壓、受彎、受剪等承載力的大小。在鋼牛腿上依次安裝主、次梁型鋼、木方、竹膠板等組成底模支撐系統。

2.1.3主梁反吊(下承式)底模支撐系統

主梁反吊(下承式)底模支撐系統多用于受水位、地形、地貌等限制，跨中無法實施其他支撐方式的水工上部結構現澆施工。有2種方法可用于反吊施工：1)采取在基樁頂上設置反吊圓鋼(其與基樁焊接連接)，然后與下部雙拼槽鋼采用螺栓進行連接；在雙拼槽鋼上依次安裝型鋼、木方、竹膠板等組成底模支撐系統；2)當兩端承(墩)臺已形成時，可采取在其上利用貝雷架反吊的施工工藝進行施工[2]。

2.1.4滿堂支撐(上承式)底模支撐系統

滿堂支撐(上承式)底模支撐系統多用于不受水位影響的上部結構施工，其采取按一定間距布置的起支撐作用的扣件或碗口腳手架，主要傳力單元為可調托撐、立桿、剪刀撐等；在可調托撐上依次安裝鋼管、木方、竹膠板等組成底模支撐系統。

2.1.5其他方法

其他方法還有膺架法等。

2.2 重難點分析

2.2.1施工窗口期短

根據水利部2015年9月批復的《三峽(正常運行期)—葛洲壩水利樞紐梯級調度規程》[3]，三峽水庫每年5月25日—6月10日，水庫水位從153.25 m降至防洪限制水位143.23 m(85高程，下同)；6月10日—9月10日水位一般不超過148.25 m。另外根據近5年實際調度數據，個別年份6月底、7月初的水位也會快速上漲到148.25 m。因此，最下面的現澆墩臺DT1(EF軸)、軌道梁GDL1(DE軸)、連系梁LXL1施工受其影響很大，施工窗口期短。

2.2.2施工方法受限

常規施工方法為現澆墩臺及橫梁施工完成后，軌道梁GDL1(DE軸)采用預制的方式，通過水路出運再進行安裝，連系梁LXL1現澆施工。由于軌道梁GDL1(DE軸)質量約52.8 t，須選擇至少120 t起重浮吊船進行安裝。而三峽庫區小噸位浮吊船居多，從外地調遣大型浮吊船須通過三峽大壩，施工費用較高。

2.2.3軌道梁具有跨度大、坡度陡等特點

本工程軌道梁系非預應力鋼筋混凝土結構，坡度與斜坡道坡度一致，為典型的大跨度連續斜梁，現澆梁撓度控制難度大。

2.3 施工方案的確定

由于軌道梁GDL1(DE軸)擱置在橫梁及墩臺上，無法直接利用支撐橫梁及墩臺的底模支撐系統，故鋼抱箍、鋼牛腿、主梁反吊(支撐在基樁上)底模支撐系統均不適用。另橫梁及墩臺頂面均為斜面，利用貝雷架反吊的施工工藝也不完全適用。又因本工程軌道梁施工期間，水位未能完全降至滿足干作業水位以下，且還在變化過程中，故滿堂支撐(上承式)底模支撐系統也不適用。經反復比選，最后決定采用兩端預埋鋼埋件與中間支撐組合的上承式正支架底模支撐系統。主要流程為：首先在現澆墩臺及橫梁施工時，在軌道梁兩側相應位置先設置預埋件，在其上直接焊接型鋼作為主梁，再焊接次梁型鋼，后在其上安裝木方、竹膠板等；根據軌道梁跨度設置一或幾個中間支撐組成底模支撐系統。

3 底模支撐體系搭設

斜坡道橫梁和現澆墩臺施工完成并達到強度后，立即組織斜坡道軌道梁施工平臺底模支撐系統的施工。底模系統搭設施工主要考慮5 t浮吊船配合施工。

斜坡道軌道梁施工平臺采用在橫梁和墩臺現澆時在軌道梁對應位置下面預埋鋼埋件，在鋼埋件上對接焊接40a工字鋼作為主梁(間距0.86 m)，在主梁內側每隔1.5 m用22a工字鋼焊接作為連系梁，保證整體剛度；上面再橫向鋪設邊長10 cm方木作為分配梁(每隔2～3 m采用10#工字鋼代替邊長10 cm方木)，間距25 cm，整體構成底模施工平臺(圖2)；施工平臺布置完畢后，人工采用切割機切割，鋪設15 mm厚的竹膠板底模，用泡沫膠對竹膠板與結構之間的縫隙進行封堵，模板與模板之間粘貼止漿海綿。

圖2 斜坡道軌道梁底模支撐體系(單位：mm)

采用10#工字鋼制作成h形板凳，焊接在主梁型鋼上；將已預制完成且達到設計強度后的連系梁安裝在板凳上。由于CD段軌道梁凈尺寸為10.4 m，擬在主梁下1/2位置設置一個豎向支撐(22a工字鋼)；DE段軌道梁凈長為13.2 m，跨度較大，故擬在主梁下1/3、2/3位置各設置一個豎向支撐(22a工字鋼)；上述豎向支撐均擱置在巖面上，并澆筑C20混凝土進行約束。

4 底模支撐體系計算

4.1 模板面板計算

4.1.1抗彎強度計算

抗彎強度公式為：

(1)

式中：f1為面板的抗彎強度計算值(N/mm2)；l為跨度(m)；M為面板的最大彎矩(N·mm)；W為面板的凈截面抵抗矩(cm3)；f為面板的抗彎強度設計值(N/mm2)，取15 N/mm2；q為荷載設計值(kN/m)。經計算，f1=4.5 N/mm2

4.1.2撓度計算

撓度公式為：

(2)

式中：y、[y]分別為撓度及其限值；l為跨度(m)，取分配梁凈距0.15 m；E為面板彈性模量(MPa)；I為面板截面慣性矩(cm4)。經計算，y=0.16 mm<[y]，滿足要求。

脛骨平臺骨折是比較多見的關節內骨折,現在骨折內固定材料不斷發展,治療效果也是越來越好,可是膝關節結構復雜,骨性結構之外還有韌帶和半月板等穩定結構,往往這些結構都會合并受損。單純半月板受損主要是在半月板體部、邊緣、撕裂線等部位,伴平臺骨折的半月板損傷主要是在半月板邊緣位置,撕裂線和滑膜交界部位。因此臨床中手術治療也有所差異性。

4.2 支撐方木計算

4.2.1抗彎強度計算

方木按照簡支梁計算，最大彎矩和最大剪力考慮活荷載在梁上最不利的布置。按式(1)計算，f1=6.8 N/mm2≤13.0 N/mm2，滿足要求。

4.2.2抗剪計算

截面抗剪強度必須滿足：

(3)

式中：T1為截面抗剪強度計算值(N/mm2)；T為截面抗剪強度設計值(N/mm2)，取1.5 N/mm2；Q為方木的最大剪力(N)；b為方木寬度(mm)；h為方木高度(mm)。經計算，T1=0.68 N/mm2≤T，滿足要求。

4.2.3方木撓度計算

按式(2)計算得y=0.95 mm<[y](=4 mm)，滿足要求。

4.3 底模支撐系統計算

底模支撐系統采用MIDAS CIVIL軟件建立整體有限元模型；主梁、聯系梁、中間支撐均使用梁單元模擬，模型見圖3。

圖3 底模支撐系統模型

4.3.1計算邊界及荷載加載方式

1)主梁在墩臺及橫梁鋼埋件處固接；2)主梁與聯系梁、中間支撐按固接考慮，中間支撐與地基按鉸接考慮；3)混凝土自身重力、施工荷載均系集中荷載施加于主梁上，大小為荷載標準值乘以分配梁間距；4)結構自身重力由軟件自動計算；5)荷載組合分項系數：自身重力1.35，活載1.40。6)結構重要性系數為0.9[4]。

4.3.2計算結果

長13.2和10.4 m軌道梁底模支撐系統主要結構受力計算結果見表1，長13.2 m軌道梁底模支撐系統綜合應力和豎向變形見圖4，長10.4 m軌道梁底模支撐系統軸力見圖5。

表1 長13.2和10.4 m軌道梁底模支撐系統主要結構受力計算結果

圖4 長13.2 m軌道梁底模支撐系統綜合應力和豎向變形

圖5 長10.4 m軌道梁底模支撐系統軸力(單位：kN)

4.4 預埋件的設計

因已現澆的墩臺(橫梁)承受斜梁的水平推力，故只考慮主梁埋件受拉的情況。根據主梁40a工字鋼高度和寬度，確定錨板邊長為500 mm，厚度取20 mm。根據《水運工程混凝土結構設計規范》[5]，錨筋的總截面面積取式(4)(5)的較大值。

(4)

(5)

式中：As為錨筋的總截面面積(mm2)；ν為剪力設計值(N)；αr為錨筋層數的影響系數；αν為錨筋的受剪承載力系數；fy為錨筋的抗拉強度設計值(N/mm2)；N為法向拉力設計值(N)；αb為錨板彎曲變形的折減系數；M為彎矩設計值(N·mm)；z為沿剪力作用方向最外層錨筋中心線之間的距離(mm)。

根據表1的計算結果，端部單個預埋件ν=69.2 kN、N=69.9 kN、M=55.3 kN·m，按照式(4)(5)計算，采用錨筋三級鋼φ20 mm，錨筋層數為4，每層4根，取錨筋長度la為700 mm。

5 現澆方案的關鍵施工措施

1)底模支撐體系搭設。鋪設分配梁時，每隔2～3 m采取10#工字鋼代替邊長10 cm方木能較好解決底模支撐系統橫向剛度的問題。

2)鋼筋綁扎?，F澆墩臺(橫梁)時，先在相應位置預埋軌道梁鋼筋；縱向受力鋼筋的基本錨固長度應不小于35d(d為鋼筋直徑)，伸出長度應確保相互錯開；連續梁縱向受力鋼筋與上述預埋鋼筋采取焊接接頭；位于同一連接區段內縱向受拉鋼筋的焊接接頭面積百分率不應大于50%。

3)混凝土澆筑及模板安裝。由于受庫區水位上漲壓力，且軌道梁分層澆筑施工縫外觀質量難以控制，最終采用一次性澆筑混凝土的方式?；炷翝仓^程中采取斜向分段，自下而上推進式連續澆筑的原則[6]，即先澆筑斜梁較高處的上橫梁，然后澆筑較低處，保證兩端都被混凝土壓載，然后再從低向高順序澆筑；此時應放緩混凝土澆筑速度，同時利用軌道梁的預埋M22螺栓作為頂模板的固定措施，即采取隨澆隨蓋的方式保證混凝土不會滑落。采用商品混凝土，罐車運輸，采用地泵泵送澆筑；嚴格控制混凝土坍落度在11～13 cm，不得過大；混凝土澆筑過程中應充分振搗密實，不可漏振或過振。

4)養護?；炷脸跄蟾采w土工布養護，采用灑水養護，養護時間不少于14 d。

5)底模支撐體系拆除。底模支撐系統在混凝土強度達到設計強度的100%(試塊在同等條件下養護的強度為準)后方可進行拆除；利用10 t手拉葫蘆反吊主梁后進行氣割拆除。

6 結語

1)采取預制連系梁后再安裝在軌道梁底模支撐系統上一起澆筑的方案(約8 d)對比采取先預制安裝軌道梁(安裝時間0.5 d)再現澆連系梁(現澆時間4 d)的方案，工期上略有變長，整體現澆施工難度略有變大，但在缺乏大型船機配備的情況下，前者也不失為一個合理可行的方案。

2)從拆模后外觀質量來看，現澆大跨度連續斜梁撓度得到較好的控制；長13.2、10.4 m軌道梁撓度實測值分別約1、2 mm，均與理論值較吻合。

3)在綜合分析各種方案后，先施工橫梁(墩臺)，再采取兩端鋼埋件與中間支撐組合的上承式正支架方案，并結合上述相應的施工措施，避免了斜梁產生的水平推力對現澆支撐體系的影響，成功解決了受三峽庫區水位調度影響情況下大跨度連續斜梁整體現澆施工中的技術難題，可為類似工程的上部結構施工提供借鑒。