高凈空大跨徑大截面啟閉機梁現(xiàn)澆施工技術

陳 利 剛，　李 榮 清

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局，四川 成都　610225)

高凈空大跨徑大截面啟閉機梁現(xiàn)澆施工技術

陳 利 剛，李 榮 清

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局，四川 成都610225)

摘要：從江航電樞紐工程泄水閘啟閉機承重平臺主梁和次梁施工時，施工荷載重達1 191.25 t，其下部支承的T型交通梁不能滿足施工要求。為保證啟閉機排架現(xiàn)澆梁在安全、質量可控的前提下順利完成，為2015年發(fā)電目標的實現(xiàn)奠定基礎，通過從安全風險、施工進度、施工干擾等方面進行綜合分析，決定在閘墩頂采用H型鋼作為腳手架搭設平臺，將大截面梁分兩層施工并采取平鋪結合臺階法的澆筑方式。通過計算該支架的穩(wěn)定性、剛度及強度，并對設計方案進行了校核，同時對清水混凝土模板的細部節(jié)點設計及其施工提出了可行的處理方法，有效地解決了清水混凝土表面質量問題。

關鍵詞：高凈空；大跨度大截面；現(xiàn)澆清水混凝土；排架主梁施工支架；安全分析；施工技術

1工程概述

都柳江從江航電樞紐工程位于貴州省黔東南州從江縣境內，為都柳江河段梯級規(guī)劃中的第11級。該工程裝機容量為4.5萬kW，總庫容56.9萬m3。泄水閘閘室每孔凈寬16 m，閘墩寬3.5 m。閘室高程205.6 m以上設計布置有啟閉機房排架，用于布置閘門固定卷揚機進行閘門啟閉工作，其結構尺寸長59.84 m，寬10.8 m，高34.65 m。啟閉機房排架起始高程205.6 m，澆筑頂高程為240.25 m，閘室啟閉機房排架設在閘墩上，跨工作門槽和下游檢修門槽而立。啟閉機平臺高程為228.55 m，中部設聯(lián)系梁。啟閉機平臺板梁為井字結構19.34 m的大跨度、大截面、全現(xiàn)澆鋼筋混凝土，梁截面尺寸為900 mm×2 500 mm，600 mm×2 000 mm，600 mm×1 800 mm，1 300 mm×

1 000 mm四種。

2工程特點及難點

(1)施工高度高。該閘室底板高程為175 m，啟閉機承重平臺高程為228.55 m，壩頂205.6 m高程門槽間僅設計了一根預制T型梁，其他部位懸空，與閘室底板凈高達53.55 m；

(2)跨度大，截面大，工程質量要求高。在216.1 m和228.55 m高 程 分 別 設 立 兩 層 梁

(228.55 m層梁縱橫正交成井字布置)，主梁最大凈跨度為19.34 m，截面尺寸為900 mm×2 500 mm，次梁截面尺寸為600 mm×2 000 mm。排架柱混凝土施工要求為清水混凝土；

(3)梁結構自重大。以截面900 mm×2 500 m為例，其結構總質量為1 191.25 t，梁底部單位面積重量為68.44 t；

(4)施工過程中，泄水閘啟閉機平臺梁板柱施工采用鋼管扣件式腳手架搭設滿堂紅承重支架。但因該工程壩頂橋面預制梁的設計承載力為10 kN/m2，而啟閉機平臺井字布置的主梁和次梁的施工荷載過大，其下部支承的 T 型交通梁不能滿足施工要求；

(5)采用從底板進行腳手架搭設不經(jīng)濟，也滿足不了過流的要求；與設計人員溝通能否采用預制疊合梁施工方案，但設計人員不同意采取預制疊合的形式，且壩頂也不具備預制梁吊裝條件。而采用在壩頂鋼桁架平臺支模的方式加工復雜，需要一定的加工時間，工期不能滿足要求。

3啟閉機排架和平臺梁施工方案

3.1啟閉機排架施工方案

我們根據(jù)工程特點及難點，在閘墩頂采用3榀18 m長HN700×300H型鋼沿壩軸線方向鋪設，作為啟閉機排架施工腳手架搭設平臺，工作門槽孔部位HN700×300H型鋼間距為115 cm，次梁正下方HN700×300H型鋼與次梁中心線對應鋪設，下游檢修門槽口部位HN700×300H型鋼間距為110 cm，然后在HN700×300H鋼上鋪設I25a工字鋼，其間距與上部滿堂紅支撐排架立桿間排距匹配。為了保證上下游3榀HN700×300H型鋼擱置的穩(wěn)定性，當型鋼按圖紙所示位置就位后，按照1.5 m間距采用C25鋼筋將3榀型鋼焊接連接在一起，以使3根型鋼同時受力確保其穩(wěn)定，上部采用安全網(wǎng)封閉。立桿底部座落在型鋼搭設的平臺上(圖1)。

3.2平臺梁施工方案

圖1　泄水閘啟閉機承重平臺梁現(xiàn)澆施工支撐示意圖

主梁和次梁混凝土采用分層現(xiàn)澆的方式進行(圖2)。第一層施工厚度為150 cm，第二層厚度為100 cm，待第一層混凝土達75%設計強度后，再進行第二層混凝土的澆筑，同時采用混凝土汽車泵和塔機沿長度方向從中間(起拱最高處)向兩邊擴展，由跨中開始向兩邊對稱澆筑，同時采取平鋪結合臺階法的澆筑方式，以消除單純臺階法一次入倉混凝土過多，對支架的一次性壓力較大，同時對支架變形不利的影響，保證施工過程中模板支架均勻受力，確保架體穩(wěn)定。

圖2　大跨度、大截面啟閉機承重平臺梁分層澆筑施工示意圖

4施工支架校核

4.1HN700×300H型鋼受力計算

門槽孔寬3 m，采用單根長18 m的HN700×300H鋼搭設在兩個閘墩上，然后在HN700×300H鋼上LL3(2)和LL4(2)梁底位置鋪設I25a工字鋼作為228.55 m高程啟閉機安裝平臺板、梁模板腳手架支撐平臺，泄水閘閘室凈寬為16 m，根據(jù)《水利水電工程模板施工規(guī)范》中的相關規(guī)定，取混凝土自重為24 kN/m3、模板自重為0.5 kN/m2、鋼筋含筋率為3.33 kN/m3、施工人員及澆筑設備自重為1 kN/m2、混凝土振搗產(chǎn)生的荷載為2 kN/m2。

經(jīng)計算得知：

支架自重Q=10.03 kN/m2

計算每步腳手架自重：NG1=ht1+t2+t3=0.19(kN)

式中h為步距(m)；t1為立桿每m重量(kN)；t2為 縱向橫桿單件重量(kN)；t3為內外立桿間的斜桿或十字撐重量(kN)。

按最大值進行計算,步距取1.2 m，縱、橫向距離取0.6 m，該工程腳手架步數(shù)為19步。

NG1=t1+t2+t3=1.2×0.038 4+0.038 4×0.6×4+0.038 4×(1.22+0.62)=0.046+

0.092+0.052=0.19(kN)

Q=19×NG1 /A=19×0.19 kN/(0.6 m×

0.6 m)=10.03 kN/m2

取最大一根梁2 m×0.6 m進行驗算，分層澆筑的厚度最厚為1 m。

則計算靜荷載為∑G=(24+3.33)×1×16×0.6+0.5×16×0.6+10.03×16×0.6=363.5(kN)

計算動荷載為：∑Q=(1+2)×16×0.6=

28.8(kN)

計算荷載為：F=1.2∑G+1.4∑Q=1.2×

363.5+1.4×28.8=476.5(kN)或F=1.2∑G+1.4∑Q=1.2×311+1.4×28.8=413.5(kN)

q=476.5 kN/16 m=29.8 kN/m

LL3(2)和LL4(2)支撐三根HN700×300H型鋼同時受力，即單根HN700×300H型受力，F(xiàn)1=413.5÷3=137.8(kN)，HN700×300H型鋼間距為2.4 m。

(1)應力計算：

①梁LL1底部支撐荷載彎矩：

Mmax1==953.6 kN/m

② 板內橫向、豎向次梁交叉處集中荷載彎矩為：

Mmax2==82.7 kN/m

③HN700×300H型鋼彎矩：Mmax=Mmax1+Mmax2=953.6+82.7 =1 036.3(kN·m)

④每個門槽孔位閘墩上沿水流方向一邊放2根長8 m的I25a工字鋼支撐N700×300H型鋼，一根N700×300H型鋼自重29.6 kN，則F2=(476.5+29.6)/4=126.5。L2取門槽寬2.05 m，此I25a工字鋼彎矩為：

Mmax2=64.8 kN·m

⑤LL3(2)和LL4(2)支撐 I25a工字鋼彎矩為：

Mmax3==45.6 kN·m

由于HN700×300H型鋼截 面 慣 性 矩Ix=

201 000 cm4，彈性模量E=206 000 N/mm2,截面Wx= 5 760 cm3，翼緣厚t2=24 mm，腹板厚t1=13 mm，塑性發(fā)展系數(shù)γx=1.05，整體穩(wěn)定系數(shù)φb=0.6，截面抗拉抗壓抗彎強度設計值[σ]= 205 MPa；I25a工字鋼截面慣性矩Ix=5 017 cm4，截面Wx= 401.4 cm3，則：

=179.9(MPa) ≤[σ]

故HN700×300H型鋼應力滿足要求。

閘墩上支撐H型鋼I25a工字鋼應力為：

=161.4(MPa) ≤[σ]

故閘墩上支撐H型鋼I25a工字鋼應力滿足要求。

LL3(2)和LL4(2)支撐 I25a工字鋼應力為：

=113.6(MPa) ≤[σ]

故LL3(2)和LL4(2)支撐的 I25a工字鋼應力滿足要求。

(2)撓度計算。

根據(jù)HN700×300H型鋼相關力學參數(shù)，則HN700×300H型鋼撓度：

=16 000/250=64(mm)

故HN700×300H型鋼撓度滿足要求。

根據(jù)跨間等間距布置兩個相等的集中荷載下的最大撓度在梁的跨中撓度為0.97 mm,滿足要求。

4.2腳手架

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，混凝土板、梁、柱采用搭設滿堂紅腳手架的施工方案。經(jīng)腳手架荷載受力強度驗算，將樓板范圍內的腳手架間排距確定為100 cm×100 cm；遇閘門門槽孔位置樓板范圍內的腳手架間排距為120 cm×120 cm和110 cm×110 cm，主梁范圍內的腳手架加密間排距為50 cm×50 cm，板中次梁腳手架間排距為60 cm×60 cm。

5對外觀質量采取的保證措施

5.1模板工程

泄水閘啟閉機排架混凝土采用厚度不小于18 mm的免裝修模板，模板外側采用5 cm×10 cm的方木作支撐肋，嚴格控制模板的制作和安裝精度，采用內拉外撐等措施施工；同時對H型鋼和高大滿堂架支撐進行變形觀測和控制支撐形式進行跟蹤監(jiān)測，并將監(jiān)測結果與理論計算結果進行分析對比，最終確定梁底模實際預留的預拱度。

梁側模板安裝前，應先涂刷水性脫模劑，然后將其吊裝就位。在相鄰兩個梁側模板安裝時應相互交叉，以形成嚴密的拼縫。由于該工程梁截面較大，梁側模加固時還應采用φ12對拉螺栓進行加固，螺栓間距經(jīng)計算確定。

頂板模板的安裝、頂板模板的加工尺寸應準確且模板應方正。頂板模板拼裝時在其接縫處應加設海綿條，以免接縫處漏漿。頂板模板固定前，應先拉通線調整位置，避免出現(xiàn)錯縫。

5.2鋼筋制安

鑒于泄水閘啟閉機排架梁鋼筋型號較大，為保證鋼筋接頭的質量，梁鋼筋采用直螺紋連接。由于梁跨度較大，同跨梁的直螺紋接頭不應少于三個。因此，在鋼筋下料時應控制好鋼筋的長度，以保證拼接鋼筋的整體長度。梁鋼筋就位時必須事先考慮各方向梁筋相互穿插的關系、主次梁交接位置的鋼筋直徑與分布情況，準確計算，排列出各梁鋼筋的位置。梁筋安裝時，按先短跨、后長跨的順序安裝。安裝過程中，應注意留出穿插梁的位置。在梁鋼筋綁扎過程中，應及時對鋼筋的位置進行校正，避免梁鋼筋綁扎成型位置偏差而造成模板無法調整。鋼筋綁扎完畢，在側模支設前，應對鋼筋直螺紋接頭進行全數(shù)檢查，控制好鋼筋的接頭質量。

5.3混凝土施工

鑒于該工程具有梁截面尺寸長、跨度大、鋼筋密、模板支架高的結構特點，因此，在混凝土澆筑前，應事先與混凝土攪拌樓的技術人員進行溝通，優(yōu)化混凝土配合比，摻用外加劑以減緩水化熱的發(fā)生速率，在保證混凝土強度及流動度的條件下，盡量節(jié)省水泥、降低混凝土的絕熱溫升，提高混凝土的抗裂能力。

(1) 混凝土采用混凝土汽車泵和塔機沿長向從中間(起拱最高處)向兩邊擴展，沿長向由跨中開始向兩邊對稱澆筑，同時采取平鋪結合臺階法的澆筑方式消除單純臺階法一次入倉混凝土多、對支架的一次性壓力較大、同時對支架變形不利的影響，以保證在施工過程中模板支架均勻受力，確保架體穩(wěn)定。

(2) 在施工操作方式上，采用先澆筑梁、后澆筑板、分層澆筑、平推澆筑，控制分層厚度，每層厚度不大于400 mm，且必須在下一層混凝土初凝前澆筑完上層混凝土，每一澆筑層采用平推澆筑法。

(3)溫度檢查與測控：施工中，可采用熱敏溫度計監(jiān)測或由專人多點監(jiān)測，以隨時掌握與控制混凝土內的溫度變化。應將混凝土內外溫差控制在25 ℃以內，基面溫差和基底面的溫差均控制在20 ℃以內，并及時調整保溫及養(yǎng)護措施，使混凝土的溫度梯度和濕度不至于過大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)。

(4)混凝土養(yǎng)護：混凝土隨澆筑抹壓、隨覆蓋塑料薄膜，待其達到一定強度后可上人澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于7 d。緩拆側模，防止淺表熱量迅速散失，側模拆除即涂刷養(yǎng)護液。

6結語

泄水閘啟閉機房排架澆筑后不做任何外裝飾與修補，直接采用現(xiàn)澆混凝土的自然表面效果作為飾面，完成施工后的排架混凝土表面平整光滑，色澤均勻，棱角分明，外觀呈仿大理石狀并達到了鏡面的效果。因此，為保證施工安全，對超重、超高及大跨度的腳手架必須進行設計，設計時應注意：(1)在對腳手架進行強度、剛度、整體穩(wěn)定性設計時，應先確定危險斷面，然后對選定的斷面進行計算。(2)腳手架的穩(wěn)定性包括整體穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性及抗滑穩(wěn)定性。由于排架立柱的作用，該工程腳手架的抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求，因此筆者在文中未進行計算。(3)由于H型鋼作為腳手架搭設平臺，應先預壓并對H型鋼及腳手架的變形觀測進行測量跟蹤，將變形觀測數(shù)據(jù)與理論計算預拱度進行對比，找出其變化的規(guī)律，最終確定梁底的預拱度。(4)清水混凝土外觀質量必須從混凝土原材料選擇、配合比設計、模板支撐設計、選用鋼筋制安、澆筑方式、混凝土養(yǎng)護、成品保護及施工順序選擇等方面進行控制。

目前都柳江從江泄水閘啟閉機排架混凝土施工已經(jīng)完成，從總體效果看，在對大跨度、大截面啟閉機梁現(xiàn)澆混凝土施工技術研究后確定的施工方法，在確保混凝土施工安全、質量可控的前提下，其外觀達到了“鏡面”混凝土的效果，同時節(jié)約了大量的周轉材料和工期，其經(jīng)驗可供同類工程借鑒。

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[3]JGJ 130-2011，建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規(guī)范[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV52;TV544;TV53

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0064-05

作者簡介:

陳利剛(1974-)，男，四川資陽人，工程師，一級建造師，從事水電工程施工技術與管理工作；

李榮清(1983-)，女，貴州晴隆人，工程師，學士，從事水電工程施工技術管理工作.

(責任編輯：李燕輝)