閘室事故門槽連系梁支撐系統(tǒng)設(shè)計與施工

楊衛(wèi)森

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

李家?guī)r水庫導(dǎo)流洞進(jìn)口閘室采用岸塔式結(jié)構(gòu)，進(jìn)口底板高程676.0m，閘室頂高程768.0m，凈高92.0m。閘室高程676.0m～718.0m為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；高程718.0m～768.0m為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室685.0m高程以下為流道，流道寬度5 m～7m；工作閘門上游胸墻起始高程681.75 m～685.0m，底部為1∶4的斜坡；工作門下游胸墻起始高程685.0m；事故門胸墻起始高程685.0 m～688.65m，為橢圓弧形結(jié)構(gòu)。

閘室進(jìn)口首端設(shè)計有自下到頂?shù)氖鹿书T槽，門槽內(nèi)設(shè)計有連系梁，連系梁布置在702 m高程以上，距閘室底板26m，垂直于水流方向，對稱布置于門槽中心線兩側(cè)，間距4m，截面尺寸寬1.0m×高1.2m，每層2根，堅直方向每層間隔7.2m，共10層。718.0m高程以下共3層，梁跨度9.0m；718.0m～743.0m高程范圍內(nèi)共3層，梁跨度11.0m；743.0m高程以上共4層，梁跨度13.0m。連系梁具有距下部底板基礎(chǔ)高度大、梁跨度大、自身荷載大等特點，同時與門槽二期埋件安裝及下部通道通行存在交叉施工，需要對連系梁支撐系統(tǒng)進(jìn)行專項設(shè)計，以解決高空作業(yè)，施工干擾等問題。

2 連系梁支撐系統(tǒng)設(shè)計

2.1 第一層連系梁支撐系統(tǒng)設(shè)計

事故門門槽在702.0m高程以上垂直水流方向每間隔7.2m設(shè)計有2根連系梁。事故門胸墻及工作門上游胸墻結(jié)構(gòu)在691.0 m～694.0 m高程范圍內(nèi)，順?biāo)鞣较?91.0m高程處跨度最小為3.4m，兩胸墻自691.0m高程以1∶1的坡度向兩側(cè)放坡，漸變到694.0m高程，兩胸墻中間跨度達(dá)到11.5m。為避免與下部施工通道產(chǎn)生干擾，為門槽埋件安裝提供下部作業(yè)面，702.0m高程處第一層連系梁從閘室底板上搭設(shè)支撐架，不僅將占用下部工作面，而且26m的高排架增加了施工安全風(fēng)險，同時施工材料投入及安拆工作量也加大。結(jié)合現(xiàn)場閘室下部結(jié)構(gòu)，第一層連系梁可利用691.0m～694.0m高程范圍內(nèi)門槽上下游兩胸墻跨度窄的特點作為承重基礎(chǔ)平臺，在其平臺上拱設(shè)滿樘支撐架形成聯(lián)合支撐系統(tǒng)。

根據(jù)閘室結(jié)構(gòu)特點，第一層連系梁分為下部支撐基礎(chǔ)平臺及上部滿樘架支撐兩部分。

下部支撐采用在693.3m高程布設(shè)I25a工字鋼梁，L=9m，順?biāo)鞣较虿贾茫介g距0.9m，共8根，工字鋼與混凝土接觸部位采用植入φ28錨筋固定。693.3m高程工字鋼之間采用φ25鋼筋“之”字型焊接為整體，以加強底部支撐的穩(wěn)定性。為提高工字鋼梁抗彎強度，在每根鋼梁下部增加兩道φ110豎向鋼管支撐(壁厚5mm)，兩鋼管分別支撐于上下游胸墻斜坡面上；底部采用鋼筋樁焊接固定，與工字鋼梁結(jié)合處采用焊接連接。每根工字鋼梁下部形成4個支撐點，以保證下部支撐平臺的整體穩(wěn)定。

上部支撐利用下部工字鋼梁基礎(chǔ)平臺，在其上部搭設(shè)滿樘腳手架支撐(承插型60盤扣式鋼管支架)，間排距90cm×90cm，步距150cm。同時在698.0m高程門槽兩側(cè)平臺上布置2根I25a工字鋼，L=9m，順?biāo)鞣较虿贾?，其上部腳手架與下部支架連為整體。第一層連系梁支撐系統(tǒng)如圖1。

圖1 第一層連系梁支撐系統(tǒng)

2.2 第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層連系梁支撐系統(tǒng)設(shè)計

事故門槽709.2m高程及以上連系梁每間隔7.2m布置一層，其模板支撐利用下部已完成混凝土澆筑的連系梁做為基礎(chǔ)支撐。在下部連系梁頂部(703.3m)鋪設(shè)I25a工字鋼梁，L=6m，順?biāo)鞣较虿贾茫g距0.9m，共10根，工字鋼梁水平連接加固同第一層連系梁，作為上部支撐的基礎(chǔ)平臺。在工字鋼梁平臺上部搭設(shè)滿樘腳手架支撐(承插型60盤扣式鋼管支架)，間排距90cm×90cm，步距150cm，第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層連系梁支撐系統(tǒng)如圖2。

圖2 第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層連系梁支撐系統(tǒng)

2.3 模板選擇

連系梁底模及側(cè)模選用1.5cm厚的木膠合板，腳手架頂部采用專用頂托調(diào)節(jié)，頂托上垂直水流方向水平鋪設(shè)φ48鋼管(雙根)，再在其上鋪設(shè)木方(5cm×10cm)作為模板圍檁，木方間距不大于40cm。側(cè)模背部采用木方豎圍檁，再通過橫向鋼管及對拉拉條進(jìn)行加固。

2.4 施工作業(yè)平臺布置

為便于作業(yè)人員進(jìn)行模板安裝及混凝土澆筑，在盤扣架頂部，兩根連系梁中間部位滿鋪竹跳板，作為施工作業(yè)平臺，便于零星施工材料及機(jī)具存放周轉(zhuǎn)，同時可作為混凝土澆筑作業(yè)平臺。

2.5 連系梁支撐系統(tǒng)材料配置

(1)第一層連系梁支撐系統(tǒng)

盤扣式腳手架立桿、水平桿、斜桿及可調(diào)托座共需要10t，下部支撐工字鋼及鋼管共需要6.2t。

(2)第二層連系梁支撐系統(tǒng)

盤扣式腳手架立桿、水平桿、斜桿及可調(diào)托座共需要6.9t，下部支撐工字鋼及鋼管共需要4.3t。

(3)上部標(biāo)準(zhǔn)層連系梁支撐系統(tǒng)

總共配置第一層及第二層所需材料用量，第三層可利用第一層拆除的材料，依次循環(huán)周轉(zhuǎn)，達(dá)到多次利用。

3 支撐系統(tǒng)受力分析

3.1 第一層連系梁下部支撐

(1)φ110鋼管支撐立桿穩(wěn)定性計算

將相應(yīng)施工荷載及結(jié)構(gòu)荷載輸入結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，得立桿(4)N=68.77kN

計算長度l0=η×h=1.5×1.95m=2.925m(η取1.5)；

立桿長細(xì)比λ=l0/i=2.925×100/3.716=78.71；

查表Q235鋼管軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.789。

立桿穩(wěn)定性：σ=N/(A×φ)=68.77×1000/(0.789×16.49×100)=52.86N/mm2<215N/mm2，立桿穩(wěn)定性滿足要求。

立桿(5)N=51.1kN，計算同立桿(4)，立桿穩(wěn)定性：σ=61.97N/mm2<215N/mm2，立桿穩(wěn)定性滿足要求。

(2)底部工字鋼支撐受力分析

工字鋼平臺主要受上部支架立桿向下的集中荷載，將相應(yīng)施工荷載及結(jié)構(gòu)荷載輸入結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，建立結(jié)構(gòu)受力模型，下部支撐系統(tǒng)受力模型如圖3。

圖3 下部支撐系統(tǒng)受力模型

將結(jié)構(gòu)參數(shù)輸入到結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器，進(jìn)行內(nèi)力計算和位移計算。結(jié)構(gòu)所受最大彎矩23.27kN·m，工字鋼強度驗算：

σmax=Mmax/Wx=23.27×106/(402×1000)=57.88N/mm2

(3)結(jié)構(gòu)位移變形結(jié)果

節(jié)點1-2最大變形0.03mm<1.95×1000/400=4.87mm，滿足要求。

節(jié)點2-3最大變形3.01mm<4.1×1000/400=10.25mm，滿足要求。

節(jié)點3-4最大變形0.49mm<2.95×1000/400=7.37mm，滿足要求。

節(jié)點2-5最大變形0.38mm<1.95×1000/400=4.87mm，滿足要求。

節(jié)點3-6最大變形0.80mm<2.95×1000/400=7.37mm，滿足要求。

3.2 第一層連系梁上部支撐

上部支撐主要對盤扣架立桿穩(wěn)定性進(jìn)行受力分析，永久荷載分項系數(shù)取1.2；可變荷載分項系數(shù)取1.4；由于模板及其支架不確定的因素較多，荷載取值難以準(zhǔn)確，不考慮荷載設(shè)計值的折減，則設(shè)計總荷載為：

Q總=[(G1K+G2K+G3K) ×1.2+ (Q1K+Q2K+Q3K)×1.4] =1165.32kN

則：每根立桿所受荷載：N=Q總/(10×7)=16.65kN

立桿采用φ60×3.2，Q345A，腳手架步距1.5m。

計算長度l0=η×h=1.2×1.5m=1.8m(水平桿步距為1.5m時，η取1.2)

立桿長細(xì)比λ=l0/i=1.8×100/2.01=89.55

查表Q345鋼管軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)φ=0.55

立桿穩(wěn)定性：σ=N/(A×φ)16.65×1000/(0.55×5.71×100)=53.01N/mm2<300 N/mm2

立桿穩(wěn)定性滿足要求

3.3 第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層支撐

上部標(biāo)準(zhǔn)層支撐結(jié)構(gòu)與第一層基本相同，與第一層相比其底部工字鋼梁跨度變小，另一方面滿樘盤扣架搭設(shè)高度由原來的8.7m降低為6m，結(jié)構(gòu)受力條件均得到了明顯改善，通過對比第一層支撐結(jié)構(gòu)，第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層支撐整體穩(wěn)定性滿足要求。

4 支撐系統(tǒng)安裝與驗收

4.1 下部支撐系統(tǒng)安裝

4.1.1 工字鋼梁加工

根據(jù)設(shè)計間距，將3根或2根組成一組，在進(jìn)口引渠底板進(jìn)行整體拼裝加固，工字鋼之間采用“之”字型鋼筋焊接成整體，同時在其頂面按滿樘架搭設(shè)間距90cm焊接鋼筋樁，用來固定滿樘架底托，鋼筋樁采用28mm鋼筋，高度10cm。

4.1.2 工字鋼梁吊裝

對閘室事故門槽安裝部位進(jìn)行放線，確定具體安裝位置，將已焊接拼裝好的工字鋼梁基礎(chǔ)平臺，通過已有塔機(jī)整體吊裝到安裝部位，在其上部鋪設(shè)竹跳板搭設(shè)臨時操作平臺。

4.1.3 工字鋼梁連接加固

對每根工字鋼與兩端胸墻斜坡面混凝土結(jié)合部位進(jìn)行加固，采取植入鋼筋樁焊接的方式將其固定于混凝土面。

最后安裝工字鋼梁下部的兩道φ110豎向鋼管支撐，底部采用鋼筋樁焊接固定，與工字鋼梁結(jié)合處采用焊接連接。

以上所用材料均通過塔機(jī)吊裝就位，人員從閘室倉面通過簡易爬梯就位。

4.2 上部滿樘盤扣式支撐架安裝

下部支撐系統(tǒng)固定好以后，開始進(jìn)行上部支撐系統(tǒng)安裝，所有標(biāo)件、連接件均通過塔機(jī)吊運到作業(yè)面，主要安裝流程如下：

標(biāo)準(zhǔn)底座就位→第1層掃地橫桿安裝→第1層立桿安裝→第2層橫桿安裝→第1層斜桿安裝→第2層立桿及上部依次進(jìn)行→設(shè)置剪刀撐及連墻件→頂托調(diào)平。

頂托調(diào)平過程中測量人員進(jìn)行實時校核，將梁底板高程誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4.3 支撐系統(tǒng)驗收

鋼筋模板安裝完成，模板支撐系統(tǒng)需要聯(lián)合技術(shù)、安全、質(zhì)量部門負(fù)責(zé)人及現(xiàn)場監(jiān)理工程師按照支撐系統(tǒng)施工方案進(jìn)行驗收，重點檢查是否與已報批施工方案確定的技術(shù)參數(shù)一致，具體檢查基礎(chǔ)穩(wěn)定性、結(jié)點焊接質(zhì)量、各桿件的連接是否穩(wěn)固、連墻件間排距、剪刀撐斜桿、防護(hù)欄桿及通道等是否滿足要求。

4.4 連系梁模板安裝

下部支撐驗收通過后，開始進(jìn)行上部梁底模安裝固定，待梁鋼筋全部安裝完成后，開始進(jìn)行側(cè)模封裝與加固。

5 連系梁混凝土澆筑

5.1 混凝土水平運輸及垂直運輸

閘室事故門槽各層連系梁與閘室閘墩及胸墻混凝土同時備倉，同時澆筑上升，混凝土由現(xiàn)場自有拌和站統(tǒng)一供料。水平運輸通過10m3～12m3混凝土罐車運至閘室底部受料平臺，每一層梁共2根，混凝土量20m3～30m3，混凝土垂直運輸主要通過現(xiàn)場已有的塔機(jī)及吊罐入倉，方量小，混凝土入倉及布料便于控制。

5.2 混凝土澆筑

(1)澆筑分層：混凝土澆筑采用分層平鋪法，分層厚度30cm～40cm。

(2)入倉下料控制：為防止混凝土自由下落高度大，對模板與下部支撐造成沖擊，吊罐下料口與梁頂面距離控制在50cm～100cm，下料的同時，作業(yè)人員要控制下料口的開合度，以控制下料速度及下料位置，避免混凝土在同一位置堆積過高，每層兩根連系梁均衡同步上升，保證下部支撐系統(tǒng)受力均勻。

(3)混凝土振搗：梁鋼筋密集，空間狹小，采用φ50軟軸振搗器人工振搗，振搗過程中分層按一定的間排距，由一端向另一端依次進(jìn)行，避免漏振。

5.3 安全質(zhì)量控制要點

(1)控制混凝土坍落度及和易性，對比閘墩大體積混凝土，連系梁為小結(jié)構(gòu)，且鋼筋密集，澆筑過程中要根據(jù)出機(jī)口混凝土拌和物實際情況，及時量測坍落度及其他控制指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)偏差及時調(diào)整。

(2)加強安全監(jiān)控，澆筑過程中應(yīng)派專人對梁模板及下部支撐系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)控，主要檢查模板及支架有無變形，支架各桿件連接處有無松動情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處置。

(3)澆筑完成后按要求及時進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

(4)嚴(yán)格控制拆模時間，各層連系梁跨度均超過8m，按規(guī)范要求在混凝土強度達(dá)到100%后方能拆除底模及支架。

(5)第二層及上部標(biāo)準(zhǔn)層支撐搭設(shè)，由于下部連系梁將作為上部連系梁支撐系統(tǒng)的基礎(chǔ)，上部連系梁混凝土澆筑時，必須保證下部連系梁混凝土強度達(dá)到設(shè)計齡期。

6 結(jié)語

李家?guī)r水庫導(dǎo)流洞工程進(jìn)口閘室事故門槽連系梁混凝土施工，通過利用閘室上下游胸墻結(jié)構(gòu)布置連系梁下部支撐系統(tǒng)，為上部滿樘盤扣式支撐架提供基礎(chǔ)，避免了從閘室底部搭設(shè)高排架，保證了其下部施工通道正常通行，消除了與門槽二期埋件安裝的施工干擾。通過利用下部已施工完成的連系梁布置上部各層梁的下部支撐系統(tǒng)，模板支撐材料得到了循環(huán)周轉(zhuǎn)使用，節(jié)省了施工輔材投入。同時為工程安全施工提供了技術(shù)保障，可供類似混凝土結(jié)構(gòu)施工參考。