亭子口升船机工程船厢室主机房底板结构贝雷架支撑施工方案

亭子口升船机工程船厢室主机房底板结构贝雷架支撑施工方案

刘辉孔西康

四川二滩国际工程咨询有限责任公司613000

摘要：亭子口水利枢纽升船机工程设计过船规模2×500吨级，船厢室上部主机房底板为跨空结构，板梁净跨18.6m，根据设计要求须整体现浇，其施工具有质量要求高、施工难度大、安全风险大等特点；故该房顶现浇混凝土施工支撑系统方案直接决定该房顶工程质量、施工安全；本文重点介绍根据船厢室上部结构特点和布局，经过多种施工方案设计、比选，最终选用贝雷架支撑系统施工方案，该方案不但解决了大跨度板梁结构现浇施工模板支撑问题，确保了房顶施工质量和安全，经实践，还有效地缩短了工期，减少了工程投资，值得类似工程施工借鉴参考。

关键词：亭子口船厢室；贝雷架；支撑体系

1.工程概述

亭子口水利枢纽通航建筑物主要包括：升船机上闸首、船厢室、下闸首以及上、下游引航道靠船、导航、隔流建筑物。

垂直升船机最大提升高度85.4m，采用钢丝绳卷扬平衡重式垂直升船机，主要由上闸首、船厢室和下闸首组成。船厢室结构总高136.5m，总长118.2m，总宽41.6m，主要由上部机房、承重塔柱和底板三部分组成。

船厢室顶部主机房底板121.5×18.6m（长×宽），根据设计图纸要求划分为4块，单块底板尺寸26.6m×18.6m（长×宽），主梁高2.3m×宽1.0m，最大间距9.8m，次梁高1.6m×宽1.1m，最大间距5.2m，顶部机房墙体为框架结构，房顶四角锥网架构成。

2.重难点分析

升船机主机房EL468.50m底板连接船厢室左右塔柱，跨度18.6m，总长121.5m，板层厚60cm，主梁尺寸1.0×2.3m（宽×高），最大间距9.8m，次梁尺寸1.1m×1.6（宽×高），最大间距5.2m。主机房底板结构跨度大，距船厢室航槽底板垂直高度105.5m，主机房底板由4根主梁、4根次梁和板层组成，除塔柱间后浇带预留结构外，底板要求整体浇筑，共4个浇筑单元。如何确保混凝土浇筑过程中和完成后，混凝土不出现变形和开裂，其模板支撑系统的选择将是确保这些部位结构的施工质量和施工安全的关键，同时也是重点和难点。

3.支撑体系方案选择

3.1脚手架支撑方案

满堂脚手架支撑由船厢室航槽底板EL363.0m搭设，至船厢室主机房底板EL468.5m，搭设高度105m，跨度18.6m，板层按间距0.5m×0.5m，梁底按间距0.3m×0.3m布置。

3.2贝雷架方案（一）

EL468.50m主机房底板采用贝雷架和钢桁架联合支撑，贝雷架布置在主梁底部，放置于三角架支撑上，贝雷架顶部采用Φ48×3.5mm架管支撑梁底模板，次梁跨度方向设置钢桁架支撑，钢桁架顶部铺设工字钢（25a），间距0.5m分布，工字钢顶部采用架管支撑梁底和板底模板。示意见图1、图2。

3.4支撑体系比选

脚手架支撑方案：满堂脚手架支撑体系在实际工程中运用较常见，其特点主要为操作灵活、安拆方便。但结合本工程实际，搭设垂直高度92m，属于超高排架，安装和拆除周期长、安全风险大，且经济性不高。

贝雷架方案（一）：通过顶部预埋结构，大大减少了支撑安拆的工程量，对工期和成本控制有利。但支撑形式较复杂、三角架支撑焊接工程量大，精度难以保证，安装和拆除工序繁琐，过程中与塔柱上部作业干扰较大。

贝雷架方案（二）：取消了三脚架支撑结构，以达到简化贝雷架底部支撑的目的，减少了焊接和工字钢等材料用量，对工程质量、工期和投资控制均有利。

综上所述，“贝雷方案（一）”预埋件和三角架支撑埋设和安装工艺复杂，贝雷架底部支撑型钢耗量大，安全风险较大。“贝雷方案（二）”工字钢预埋件随浇筑升层而埋设，安装简易方便，支撑型钢钢材耗量较方案（一）节约492吨，初步估算，贝雷架方案（二）较方案（一）投资成本减少约310万，工期缩短约43天。

最终选择“贝雷架方案（二）”作为升船机船厢室底板结构施工支撑方案。

4.主机房底板荷载和支撑系统稳定验算

4.1中间跨大梁L20梁承重桁架计算

船厢室主梁净跨=18.6m，梁截面宽=1m，高=2.5m计算。

单排单层加强弦杆贝雷片桁架的容许承载力为：[M]=1687.5KN?m，[Q]=245.2KN

实际施工中桁架内力均小于容许承载力，结构受力上满足使用要求。

抗弯安全系数：K=[M]/M=1687.5&pide;985.5=1.71

抗剪安全系数：K=[Q]/Q=245.2&pide;192.24=1.27

满足承载力要求。

4.3贝雷片桁架变形计算

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》所述计算理论，贝雷片桁架的变形有非弹性变形和弹性变形两种，非弹性变形主要是由于轴销之间的间隙而产生的变形，弹性变形是由于荷载作用下引起的变形。

1.非弹性挠度（插销间隙产生变形）

简支情况下桁架（偶数节）非弹性变形可采用以下公式计算

fm=0.05×n2（cm）

式中，n为贝雷片桁架的单元数，本桁架跨度18m，单元数n=6

fm=0.05×62=1.8cm

2.弹性变形（荷载作用下变形）

参照简支吊车桁架跨中挠度计算，根据《钢结构设计手册》P404页中的简支吊车桁架跨中挠度计算公式，荷载作用下桁架变形为

.

静荷载分项系数取1.2，动荷载分项系数取1.4，所以单根次梁施工的荷载为：

σ=225.49&pide;48.51=4.65KN/cm2<[σ]=21KN/cm2

抗剪强度满足要求。

2）抗弯强度计算

取工字钢外露端的根部弯矩最大处进行计算。

最大弯矩：M=225.49×30=6764.7KN?cm

应力：σ=6764.7&pide;401.4=16.852KN/cm2<[σ]=21KN/cm2

所以，预埋工字钢抗弯强度满足要求。

5.贝雷片荷载试验

5.1试验目的

贝雷片桁架承担主机房底板荷载，通过计算国产321桁架的弹性变形、非弹性变形，采用现场模拟试验测定其挠度，为主机房底板混凝土现浇支架搭设提供技术参数，验证贝雷梁在同一荷载下的理论计算挠度与实际挠度的相符性。

5.2试验准备

试验场地选择在坝后平台进行，贝雷梁选择主机房底板主梁对应的贝雷梁，跨度18m，5榀一组拼装完毕备用，2根3m长工25a工字钢备用，196t钢筋备用。测量仪和测量工具选用水准仪和钢尺。

5.3理论跨中挠度值

根据《船厢室顶板砼施工承重支撑系统计算书》，荷载1922.32KN，理论跨中变形5.03cm。

5.4试验方法

采用场外模拟试验的方法。将成捆钢筋叠加至贝雷梁方木上，逐级加载达到150t时加密观测，最大荷载196t。挠度值接近理论值时加密观测。

该试验非破坏性加载，在贝雷梁挠度达到理论值而荷载远小于196t时，停止试验，或缓慢加载，加密观测，实测挠度应≯7cm。

5.5试验结果

通过逐步增加荷载，观测贝雷梁整体持力状态，对实测挠度值和理论挠度值比对分析，挠度在≯7cm的情况下应满足最不利荷载196t，则贝雷梁满足现场使用。试验结果见表4：

表4主机房底板贝雷梁荷载试验记录表

备注：表中测点数值为距地坪距离，测点1和测点4为贝雷梁上榀和下榀跨中，测点2、3和测点5、6对称布置。

根据试验结果，贝雷梁5榀加载156.4t时最大变形58mm，其中非弹性变形15mm，与理论计算值196t荷载变形50mm存在一定偏差。为保证贝雷桁架安全系数，通过将主梁底部贝雷梁由5榀增加至6榀，对主梁处支座工字钢采用双排工字钢（25a）加强，并将贝雷梁荷载试验中横向加固措施用于实际。

6.结论

1）船厢室主机房底板混凝土浇筑过程中，对贝雷架支撑系统进行了变形观测，贝雷架支撑跨中最大变形1.5cm；拆模后检查混凝土结构表面，未发现裂缝产生。

2）贝雷架支撑技术成功运用于主机房底板结构中，解决了底板大跨度施工难题，节约了施工工期和成本，保障了施工质量和施工安全，满足工程各项效益指标。

参考文献

[1]广州军区工程科研设计所黄绍金、刘陌生编著的《装配式公路钢桥多用途使用手册》。