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浅谈贝雷桁架支撑设计与施工

浅谈贝雷桁架支撑设计与施工

张平

摘 要:黔中水利枢纽一期工程总干渠C2标菜子冲渡槽50m跨基本跨高都在30~54m之间,单跨槽身混凝土总重达1134.4t,且渡槽多处于山脊上,无法进行预制吊装,采用常规钢管柱满堂支撑,撤卸麻烦,费工费时,所需材料较多,不经济,且安全稳定性差。本文借鉴成功的类似高速公路连续箱梁贝雷桁架支撑方法,进行菜子冲渡槽跨高30m以上、跨度50m的渡槽槽身混凝土浇筑。浇筑采用贝雷桁架支撑,两侧距支墩排架15m处加桁架柱支撑,支墩上放置工字钢,工字钢上放置贝雷架,贝雷架上铺工字钢横梁,横梁上铺设模板,立模浇筑。

关键词:贝雷桁架 支撑 高跨度

中图分类号:TU1 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)10(c)-0035-02

黔中水利枢纽一期工程总干渠C2标菜子冲渡槽1737m,最大跨高54m,纵比降1/1750,多为高大跨,上部槽壳为简支或简支预应力结构。进口底板高程1292.631m,出口高程1291.589m,渡槽槽身为矩形,尺寸4.4m×6.65m,混凝土全部采用现浇。

由于渡槽沿沿山脊穿梭,施工场地狭窄,地形起伏延绵,施工难度主要集中在槽壳上,常规施工方法不能滿足施工安全及进度要求,因此,拟采用常规施工方法与特殊施工方法相结合的方式进行施工。菜子冲渡槽50m跨度槽壳采用收折式贝雷桁架支撑,其余采用碗扣式钢管满堂脚手架支撑。

菜子冲渡槽跨度较大(50m),最大跨高54m,施工支撑措施较为复杂,支撑结构安装撤卸麻烦,耗工耗时,成为施工重点及难点被受关注。

1 基本地质概况

菜子冲渡槽沿线无较大地质构造,跨越无水冲沟、垭口、山头,沿线基岩零星出露,岩层产状平缓,倾角9°~16°,粘土覆盖层厚一般0~2m,冲沟底部及垭口较厚,达3m左右。位于冲沟内的柱基,做好排水设计,避免山洪对基础的冲刷破坏。总干17+848~总干18+910出露地层为Tg1-2与 Tg1-1薄至中厚层泥质白云岩夹泥页岩及泥质灰岩,岩体强风化厚度2~6m,由于占主体的白云岩所含泥质成分相对较少,岩体整体强度较高,介于软质岩与中硬岩之间。据钻孔揭露,该段岩溶发育弱,仅钻孔ZK7在3.1~4.1m遇小溶洞。总干18+910~总干19+858出露地层为薄至中厚层T1yn2-2白云岩、泥质白云岩、溶塌角砾状白云岩夹泥岩、灰岩,强风化厚度2~8m,地基岩石软硬相间,强度介于软质岩与中硬岩之间,靠近山顶边缘且地形较陡部分强度酌减(如ZK14与ZK15处),溶塌角砾状白云岩部分,因空隙较大,强度相对较低,考虑地基处理。据钻孔揭露,该段岩溶发育弱,部分岩芯有溶蚀风化现象,钻孔ZK13在10.0~10.5m遇小溶穴,钻孔ZK19在2.4~3.4m遇小溶穴。

2 不良地质条件的应对方法和技术措施

(1)边坡开挖前,施工人员详细调查边坡岩石的稳定性,包括设计开挖线以外对施工有影响的坡面和岸坡,设计开挖线以内有不安全因素的边坡,采取相应的处理和防护措施,山坡上所有危石及不稳定岩石及时撬挖排除。开挖自上而下进行,高度较大的边坡分层开挖。

(2)在陡坡下施工时,先仔细检查边坡的稳定性,如遇孤石、崩坍体等事先做好妥善的清理和支护。

(3)按照施工图纸和监理人的要求做好边坡的排水工作。及时排除坡底积水,保护边坡坡角的稳定,截水沟距边坡开挖线距离不小于5m,沟底纵坡不小于3%。

(4)及时清除浮石、浮渣,必要时设置安全标志、防护栏、防护墙。

(5)在边坡开挖过程中,如出现裂缝或滑动迹象,立即暂停施工或采取应急抢救措施,迅速将人员和设备撤至安全地点,必要时设置观测点,安排专人进行监视,及时观测边坡变化情况,并及时通知监理人,按监理人指示进行处理,并做好相关记录。

(6)对出现集中渗水的边坡,在开挖前,对渗水采用水管集中引排法,边坡开挖后重新设置好引排水管,避免渗水直接从土坡上流出,确保边坡安全稳定。基础底板积水采用在基础边部设置小型集水坑,用小型潜水泵(2.2kW)抽排。

(7)基础底板地质缺陷部位采用人工用风镐或液压反铲直接挖装。如需钻孔爆破时,采用手风钻造孔,小梯段小孔径微药量爆破,爆破方向控制与断层走向一致。

(8)施工过程中如遇岩溶地质段,采取加固洞穴、清除充填物、回填夯实、换置、设置人工基础跨越、对充填物注浆加固等措施进行处理。

3 贝雷桁架支架设计

贝雷支架结构主要由基础、桁架支墩、支墩横梁、贝雷桁架组成;贝雷支架安装主要采用塔吊安装,局部地方采用吊车安装。

支架布置结构主要传力途径为:模板→方木→工字钢横梁→贝雷架纵梁→贝雷架下部横梁→U型托→桁架支架→扩大基础→地基。

渡槽槽身混凝土浇筑采用厚5cm的定型刚模板,模板底部纵向骨架采用10cm×10cm方木,间距50cm,横向采用I14工字钢,间距100cm。贝类与骨架之间采用U型托调整标高,具体布置见图1。

渡槽槽身混凝土主要承重结构采用贝类桁架,贝雷桁架纵向根据渡槽跨度分为3跨,其中15m两跨,18m一跨;贝雷架采用三排单层贝雷片,间距23cm。

在渡槽每跨距两永久边墩15m处,架设临时钢管排架支墩,临时钢管排架支墩采用φ600,δ=16mm的钢管,钢管支墩与贝雷架之间采用4排I40a工字钢作为分配梁。

支架设计采取先布置好贝雷桁架、工字钢分配横梁、临时钢管支墩。由于实际地形复杂,钢管支墩地面高度不一致,计算时对每一联结构采用简支梁和连续梁最不利情况进行验算,如验算结果达不到要求,则增加贝雷纵架或钢管支墩,使之达到控制要求。

如表1可知,贝雷架桁架最大容许弯矩和剪力如下:

三排单层:[M]=2246.4kN·m,[Q]=698.9kN。endprint

C50钢筋混凝土密度取:26kN/m3。

4 贝雷桁架支撑结构的安装与撤除

(1)材料控制。

①贝雷片桁架、桁架连接销及保险销、加强弦杆、弦杆螺栓、桁架螺栓等均应采用合格厂家生产的合格标准集,并持有产品合格证。

②钢管、工字钢、槽钢等材料必需采用合格厂商生产的合格材料,并持有产品合格证,使用前进行材料的抗压、抗剪实验,保证材料的质量。

(2)支架架搭设施工流程。

贝雷桁架支架采用塔机配合人工安装,搭设工艺流程为:场地平整、夯实→基础承载实验、材料配备→基础混凝土浇筑→钢管立柱安装→焊机连接工字钢→桁架支座安装→贝雷片标准集吊装→横向工字钢梁安装→纵向工字钢梁安装→满堂脚手架找平支架→模板安装→浇筑混凝土。

(3)施工措施。

①地基处理。钢管立柱地基先进行开挖平整,如是石质基础,直接浇筑40cm厚C15混凝土,预埋0.5m×0.5m,10cm厚钢板,如为土质基础,开挖平整后进行夯实,换填50cm厚级配沙砾,压实度96%以上,再浇筑基础C15混凝土,待混凝土强度达到80%以上时,安装立柱钢管,立柱钢管焊接于钢板上。

②排水措施。在基础四周挖宽30cm以上排水沟,防止基础浸泡塌陷。

③立柱搭设。搭设尺寸为:立杆的纵距为2m,立杆的横距为2m;立杆采用φ219,δ=7mm钢管,单立管;横杆步距3m,横杆与立杆连接采用I10工字钢焊接;焊接应尽量避免破坏钢管立柱。立柱顶部采用4根I25a工字钢正压钢管柱,保证钢管轴心受压,再在工字钢上部平铺一厚10mm的钢板,钢板上铺4根[36a槽钢作为贝雷桁架的支座。

④贝类桁架安装。贝雷桁架放置于钢管立柱支座上,桁架有三排单层贝雷片组成,贝雷片间采用连接销、螺栓连接,每片贝雷片间隔23cm,单榀宽70cm,每4片连接为块,安装时采用塔机吊装,人工配合连接。

⑤桁架上部工字钢梁格安装。梁格由纵横向工字钢组成,搭设于贝雷桁架上,横向工字钢采用I16工字钢搭设,工字钢间距1.0m,纵向工字钢采用I10,间距70cm,纵横向工字钢与刚性腹板焊接牢固。

⑥找平排架及防护设施。找平排架在工字钢梁格上进行,排架采用脚手架要满挂布置,间排距0.7m×0.5m,步距0.9m。梁格两侧挂全封闭式密目安全网,密目网用网绳绑扎在脚手架上。作业层下部密铺5cm厚木板作为施工人员操作平台,木板用8号铁丝绑扎在工字钢上。

(4)拆除方案。

支架拆除前对架子工程进行全面的检查与签证确认,建筑物施工完毕,且不需要使用时,支架方可拆除。

①拆除时设置警戒,张挂醒目的警戒标志,禁止非操作人员通行和地面施工人员通行,并有专人负责警戒。

②拆除顺序为:安全网→满堂架→工字钢→贝雷桁架→钢管立柱,自上而下拆除,一步一清,不准上、下同时作业。

③如遇强风、雨、雪等气候,不能进行外架拆除。

④拆卸的钢管与扣件分类堆放,严禁高空抛掷。

⑤吊下的材料运到地面时及时按品种规格堆放整齐。

5 结语

菜子冲渡槽跨度大,跨高高,施工支撑措施较为复杂,支撑结构安装撤卸麻烦,耗工耗时,施工地质条件复杂,给工程施工带来了难度。在施工过程中,应根据不同的施工要求進行充分的研究及分析,选择合适的处理方式。保证施工质量和安全,取得良好的施工效果。

参考文献

[1]田博,邹勇,刘洪海,等.标准贝雷架在顶模体系中的研究与应用[J].中国建材科技,2015(S1):273-274.

[2]张冰,徐关尧,张良.贝雷支撑结构体系的设计问题[J].城市建设理论研究:电子版,2015(18).

[3]徐关尧,沈愈峰.高架贝雷桁架支撑体系的设计探讨[J].钢结构,2016,31(11):65-67.endprint

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