《浅谈潼南航电枢纽工程启闭平台施工工法》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

浅谈潼南航电枢纽工程启闭平台施工工法

范文

摘要：潼南航电枢纽泄水闸门启闭机室为高排架砼梁板结构。常规工艺采用搭设满堂钢管脚手架现浇，该方案不仅工程量大、效费比低，而且安全性能差、准备时间长、影响施工工期。为克服上述弊端，潼南航电二期工程采用悬空支架法，满足上部平台施工的同时，下部闸门拼装同步施工，节省工期，提高功效，可供同类工程参考。

Abstract： The gate room of the discharge gate of Tongnan Navigation Power Junction is a high-beam concrete beam-slab structure. The conventional process adopts cast-in-place steel pipe scaffolding. This scheme not only has large engineering volume and low cost-effectiveness ratio， but also has poor safety performance and long preparation time， and affects the construction period. In order to overcome the above-mentioned drawbacks， the second stage of Tongnan Avionics adopts the suspended bracket method to meet the construction of the upper platform and the simultaneous construction of the lower gate assembly， saving the construction period and improving the efficiency， which can be used for reference by similar projects.

关键词：潼南航电;启闭平台;施工工法

Key words： Tongnan Avionics;hoisting platform;construction method

中图分类号：TV551.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）22-0137-03

1? 工程概况

潼南航电枢纽工程位于重庆潼南区涪江大桥下游约3km处，水库总库容2.19亿m3，正常蓄水位236.50m，相应库容1571万m3，船闸和航道等级为Ⅴ级，电站装机容量42MW，工程规模为大（2）型。泄水闸共计18跨，其中一期6跨，二期12跨。在工作闸门处设高排架，用于支承启闭机工作平台。启闭机工作平台最大跨度为18.4m，单排架净高13.8m，每跨由四根立柱、四根大梁与平台板构成，梁高1.8m。根据结构断面尺寸，最大跨度平台净重约304t。

2? 支撑体系设计及验算

2.1 方案优化

高排架梁板现浇常规采用搭设“井”字型满堂脚手架支撑系统，搭设工程量大，时间长，因市场上采购脚手架管壁厚不规范，质量参差不齐，搭设后还存在一定安全隐患，且在平台施工后等强、养生期间闸门拼装无法施工。鉴于此，潼南航电二期工程在一期工程基础上进行方案优化，采用排架上部悬空设贝雷桁架支撑，下方预留足够空间可供闸门拼装。

2.2 支撑系统设计

首先，在排架柱浇筑至EL263.15m时预埋双排40b（Q345钢）工字钢，然后采用双排63a（Q345钢）工字钢作为贝雷桁架横梁。梁体底模采用方木支撑，通过自制木质锲子调整底模高程，侧模采用对拉螺栓间距60×45cm梅花形布置连接，内侧用钢筋支撑，具体见图1。

贝雷桁架主要用于支撑大梁底部承重模板以及可变荷载的组合作用，同时需预留闸门钢丝绳空间，对贝雷梁组合要求更高，需要精确验算承受最不利组合下的单元贝雷梁的受力状况。

2.3 受力验算

2.3.1 贝雷桁架荷载情况

①梁体钢筋混凝土自重取5.22×26=135.72kN/m;②模板自重取6kN/m;③支架自重取20kN/m;④施工人员及机具自重取3.3kN/m，根据《建筑施工模板安全技术规范》4.1.2;⑤混凝土振捣竖向荷载取2kN/m;⑥泵送混凝土最大卸料荷载，取4kN/m。

将以上荷载简化为均布荷载。根据JGJ130-2011均布荷载组合风荷载计算公式：q=（135.72+6+20）×1.2+（3.3+2+4）×1.4×0.9=205.2kN/m

横断面面积5.2m2，梁高180cm，最大梁宽0.7m。

2.3.2 单排单层加强贝雷桁架有关技术参数

根据贝雷桁架力学参数表，见表4.3-2，4.3-3：

材料弹性模量E=2.1×105N/mm2，截面惯性矩I=5.766×109mm4

容许弯矩M=1687.5kN·m，容许剪力N=245.2kN

2.3.3 弯矩验算

贝雷桁架布置按跨度18.4m的简支梁计算，验算荷载按205.2kN/m最大不利荷载计算。

跨中最大弯矩值Mmax=1/8qL2=205.2×18.4×18.4/8=8684kN·m。

加强贝雷桁架的排数n=Mmax/M=8684/1687.5=5.2排

2.3.4 剪力验算

最大剪力Rmax=qL/2=205.2×18.4/2=1887.8kN

贝雷桁架的排数n=Rmax/R=1887.8/245.2=7.7排>5排

2.3.5 挠度验算

F=5qL4/384EI

=5×205.2×184004/（384×2.1×105×5.766×109）

=254mm/（L/400=46mm）=5.6排

经以上计算可知，贝雷桁架取8排，弯矩、剪力、挠度均满足要求。

考虑每根梁低部的荷载集中效应，考虑共布置13排贝雷桁架。

2.3.6 取最不利梁底贝雷架验算（取边梁验算）

①贝雷桁架荷载情况：1）梁体钢筋混凝土自重取（0.7×1.8+1×0.15）×26=36.66kN/m;2）模板自重取1.5kN/m;3）支架自重取5kN/m;4）施工人员及机具自重取3.3kN/m，根据《建筑施工模板安全技术规范》4.1.2;5）混凝土振捣竖向荷载取2kN/m;6）泵送混凝土最大卸料荷载，取4kN/m。

将以上荷载简化为均布荷载。根据JGJ130-2011均布荷载组合风荷载计算公式：q=（36.66+1.5+5）×1.2+（3.3+2+4）×1.4×0.9=63.5kN/m。

②弯矩验算：贝雷桁架布置按跨度18.4m的简支梁计算，验算荷载按63.5kN/m最大不利荷载计算。

跨中最大弯矩值：Mmax=1/8qL2=63.5×18.4×18.4/8=2687.3kN·m<4809.4kN·m

③剪力验算：最大剪力Rmax=qL/2=63.5×18.4/2=584.2kN<698.9kN。

④挠度验算：

F=5qL4/384EI

=5×63.5×184004/（384×2.1×105×5.766×109）

=77.5mm/（L/400=46mm）=1.7排<3排

梁底布置三排贝雷架，其弯矩、剪力、挠度均满足要求。

2.3.7 横梁工字钢验算

工字钢的型号、截面尺寸、重量、截面惯性矩等各项力学参数可查相关手册。

工字钢63a型（Q345）有关技术参数：

E=2.1×105N/mm2，I=4.86×108mm4

容许弯矩M=f×Yx×Wnx=1027kN·m，容许剪力N=1848kN

根据《钢结构设计规范》4.1.1和4.1.2计算：

（4.1.1）

式中：Mx、My——绕x轴和y轴的弯矩（对工字形截面：x轴为强轴，y轴为弱轴）;Max、May——对x轴和y轴的净截面抵抗矩;Yx、Yy——截面塑形发展系数，对工字钢截面，Yx=1.0;f——钢材的抗弯强度设计值，Q345钢取345N/mm2。

（4.1.2）

式中：V——计算截面沿腹板平面作用的剪力;S——面积矩;I——截面惯性矩;tw——工字钢腹板厚度。

简化后等价于N≤A×fv。

A——工字钢截面积;fv——抗剪強度设计值。

容许剪力N≤A×fv=15400×120=1848×103N。

①弯矩验算：工字钢63a最大跨度不大于6m的简支梁计算，贝雷架上部最大均布荷载Q=205.2kN/m。

63a型工字钢上部最大荷载为3775.8kN。单边受力1887.9kN，验算荷载按1887.9kN÷6.3m=299.7kN/m均布荷载计算。

跨中最大弯矩值Mmax=qL2/8=299.7×6×6/8=1348.7kN·m。

工字钢的排数n=Mmax/M=1348.7/1027=1.32<2排。

取2排满足要求。

②剪力验算：

最大剪力Rmax=qL/2=299.7×6/2=899.1kN。

工字钢的排数n=Rmax/R=899.1/1848=0.5排。

取2排满足要求。

③挠度验算：

F=5qL4/384EI/n

=5×299.7×60004/（384×2.1×105×939000000）/2=12.9

经以上计算可知，63a工字钢弯矩、剪力、挠度均满足要求。

2.3.8 悬挑工字钢梁的验算

工字钢40b型（Q345）有关技术参数：

E=2.1×105N/mm2，I=2.28×108mm4

容许弯矩M=f×Yx×Wnx=393.2kN·m，容许剪力N=1129kN。

按照悬臂梁受集中荷载+均布荷载情况验算。

受集中荷载：弯矩Mmax=pl，剪力Qmax=p，挠度fmax=pl3/3EI。

受均布荷载：弯矩Mmax=1/2×ql2，剪力Qmax=ql，挠度fmax=ql4/8EI根据以上计算可知：

单根悬挑工字钢受集中荷载P=1887.9/4=472kN。

单根悬挑工字钢受自重均布荷载q=0.74kN/m。

①弯矩验算：

M=pl+1/2ql2=472×0.45+1/2×0.74×0.752

=212.6kN/m<393.2kN/m

悬挑工字钢弯矩满足要求。

②剪力验算：

Q=p+ql=472+0.74×0.75=472.6kN<1129kN

悬挑工字钢剪力满足要求。

③挠度验算：

f=pl3/3EI+ql4/8EI

=472×103×4503/3×2.1×105×2.28×108+0.74×7504/8×2.1×105×2.28×108

=0.31mm<450/400=1.125mm

悬挑工字钢挠度满足要求。

3? 支撑系统施工工艺

3.1 工艺流程

本工程启闭机平台施工工艺流程如图2。

3.2 施工方法

3.2.1 工字钢预埋

在排架柱高程EL263.15m时预埋40b型工字钢，采用Q345钢材料，单根长2.7m，两端各悬挑75cm。要求预埋在上下游的工字钢必须在同一水平面上，高程误差不得超过5mm。

3.2.2 横梁63a型工字钢安装

横梁63a工字钢单根长9.3m，采用Q345钢材料，上游侧伸出排架柱130cm，以便于后期拆卸贝雷架体是利用。同时，采用点焊固定支承两端。在63a工字钢上部用1cm厚钢板连接工字钢，以减小贝雷架与支承的接触，使上部均布荷载更好的分布到工字钢横梁上。以上工序施工均可利用排架施工时满堂架体施工平台，待工字钢横梁安装完成后再进行脚手架拆除，同时保留人行通道。

3.2.3 贝雷桁架安装

采用国标b=170mm，h=1700mm（加强型），l=3000mm贝雷片。每榀贝雷桁架由5片贝雷片组成，在地面组装完成后，用25t汽车吊吊装就位。为加强贝雷桁架整体稳定，贝雷桁架间采用贝雷花架连接片连接可靠，同时紧挨排架柱的贝雷桁架采用钢筋与其加固，中间位置未用连接片连接的部位采用脚手架钢管用扣件与其它贝雷桁架连接加固。

3.2.4 方木横梁安装

方木横梁起着将结构荷载、支架荷载和施工荷载分配到贝雷梁上同时受力的作用。方木横梁采用10cm×10cm，间距45cm，对于隔板处的横梁，考虑加密布置，间距20cm。

3.2.5 方木次梁安装

方木尺寸10×10cm，按间距45cm并列布置于梁底，方木接头错开布置，主要用于承受上部荷载并将荷载均布传递给钢管横梁。预留调整空间主要用于底模找平等，预留一定空间调整底模高度。混凝土梁自重通过底模，将荷载传递给贝雷桁架，然后再传递到基础上。底模的预拱度及表面平整度采用不同厚度的钢板垫块在模板肋带处调节。

3.2.6 支撑系统预压

为消除支撑系统非弹性变形和检测其弹性变形值，正确评价支撑系统的安全度，为模板系统设置预留沉落值提供依据，在支撑系统搭设完成后对系统进行预压。根据现场实际情况，预压材料选用砂袋和钢筋。按130%的设计荷载进行超载预压。预压时间建议为第一孔三天，其他孔距24小时。预压完成验收合格后进行平台立模、钢筋绑扎、砼浇筑及养护等。

3.2.7 贝雷梁的拆除

本工程梁体底模采用横梁方木找平后，架设木方，同时预留4cm左右的空间，待模板就位加固完成时，采用预制三角锲子调整模板标高。在完成混凝土浇筑并达到设计强度后，拆除混凝土底模时先取出预制三角锲子。再逐一拆卸方木、模板等完成脱模工艺。

贝雷桁架在63a横梁工字钢向上、下游悬挑130cm的位置安置一台电动葫芦，将贝类桁架按照2排或三排一个单元，利用手动葫蘆牵引桁架，沿63a横梁工字钢缓慢向上、下游侧移动，然后采用25t汽车吊逐排吊出贝雷架。

3.3 支撑体系搭设关键控制要点

①对于预埋钢板和工字钢的高程应严格控制，要求预埋工字钢平整，上下游高程差不大于5mm，并固定牢靠，防止浇筑过程中混凝土对预埋工字钢冲击造成位移。②预埋工字钢和横梁工字钢材料必须采用Q345钢，不得采用Q235材料，原材料是支撑体系安全控制的关键因素。③对63a横梁工字钢采用双排并列方式，必要时在中部焊接连接，确保整体受力，并在工字钢顶部焊接1cm厚度的钢板。④贝雷桁架平台底部需满铺安全网，保证封闭严密，以防坠物伤人。在贝雷桁架安装过程中增加缆风措施，确保安装单元的稳定。⑤由于贝雷桁架拼装如杆件搬运、螺栓施拧等工序，安全风险大，安全隐患多，现场应有一名专职安全员跟班作业，及时体型和纠正施工中的不安全因素。

4? 取得的成就及应用前景

潼南航电枢纽工程二期启闭机平台浇筑完成后，立即在平台下方利用汽车吊进行第1-3节闸门安装，在平台浇筑一周时间，砼强度达到75%以上后，进行平台闸门起闭机安装，达到设计强度后，再利用启闭机进行剩余闸门拼装。整个12孔启闭机平台浇筑、闸门安装历时3个月，与传统搭设满堂支撑架施工相比较，大大缩短了施工时间，为实现潼南航电枢纽工程具备挡水能力的节点目标提供了可靠保证。

在今后类似工程中，均可利用该支架法，结合建筑物结构特征，设计符合结构物特征的构造，根据上部荷载大小选择相应材料。同时，可利用新型材料如高强钢棒等代替工字钢，减少因工字钢预埋带来的施工不便之处。钢结构支架法在启闭机平台、梁体浇筑甚至桥梁施工中均可广泛应用。

参考文献：

[1]马莉.贝雷架支撑在启闭平台混凝土浇筑中的施工工法[J].小水电，2017-06-15.

[2]毛应飞，刘朝建.贝雷架在水电站大跨度板梁施工中的应用[J].水利建设与管理，2018（07）.

[3]胡杨，耿爽.乐昌峡水利枢纽溢流坝段胸墙挡水墙及铰支座的施工[J].广东水利水电，2013（05）.

作者简介：刘中文（1974-），男，湖北监利人，工程硕士学位，高级工程师，现任中国水利水电第十二工程局第二分局常务副局长，从事项目管理23年，研究方向为水利水电施工、水利水电工程管理。

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。