悬挂式贝雷架在33米以上高排架渡槽施工中的应用.docx
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悬挂式贝雷架在33米以上高排架渡槽施工中的应用
悬挂式贝雷架在大跨度高排架渡槽施工工法
王开军李成方刘成斌陈剑阳晓红
1．前言
渡槽是输水工程跨越山谷、洼地、河沟的常用建筑物。
海南省昌江干渠1#、2#渡槽从水田和河沟中穿过，并横跨昌化江，墩身高度为20～33m，渡槽槽身单跨长度24m，槽身顶部距地面高度37m，施工难度大。
施工方案选择期间，在系统分析钢架管满堂脚手架、移动模架、钢管支撑的贝雷梁支架等施工方法的优缺点后，结合渡槽从水田和江中穿过的实际地质状况，根据渡槽和墩身结构特点，经过多方案对比论证和计算分析，从经济、适用、满足工程施工急需等角度出发，结合贝雷梁结构的特点，本着尽量将贝雷架直接悬挂支撑在墩顶，不再进行两墩之间的地面硬化处理的施工思路展开工作，在对各项施工荷载认真计算分析后，依据钢结构的有关设计要求，经过计算、现场荷载试验、设计出能与标准贝雷架相连接的悬挂式端头非标准件，并委托专业厂家完成制作后与标准贝雷架组成整体悬挂支撑式结构，同时围绕该支撑结构型式寻求合理的安装、拆卸施工方法，以确保施工顺利进行，大大降低施工成本的同时加快施工进度。
2.工法特点
本工法采用端部悬挂式简支贝雷架结构施工，与钢管贝雷梁柱式支架支撑结构相比，不需进行钢管支撑基础的开挖和处理、钢管支脚的预埋、钢管吊运安装、工字钢梁安装及支架预压等工序，只需将贝雷梁直接安放在墩帽上面便可进行模板及后续工作的施工，较好地简化了施工程序，不仅能加快施工进度，又能节约施工成本。
悬挂式简支贝雷架施工图如图1所示。
a悬挂式简支贝雷架纵向剖面布置图
b悬挂式简支贝雷架横向剖面布置图
图1悬挂式简支贝雷架结构施工简图
3.适用范围
适用于复杂地形条件下及无水平运输条件的跨越式混凝土结构施工。
4.工艺原理
对简支梁式钢筋混凝土结构的承重模板体系采用贝雷梁做支撑，简化了施工工艺，节约施工时间，支撑体系受力条件清晰，技术应用成熟。
贝雷梁设计、加工为标准化工厂作业，质量可靠。
在进行贝雷梁的选用和设计时一定认真参考标准贝雷梁力学特性表、几何特性表和桁架容许内力表，确保组合梁能满足施工荷载需要和挠度值需要，特别是在进行端头支座的设计和制作时，一定使其上弦伸出端的剪力和弯矩满足要求。
贝雷梁正式吊装之前，一定要模拟施工荷载预先进行整体梁承重后挠度的实际验证，找出实际值与理论计算之间的差值，采取正确的修正（或调整）措施，如增减梁片的数目等，确保槽身预拱度满足设计需要。
做好组合梁与钢模底部横支架的连接，使其整体受力，不发生侧向弯折和扭曲，确保结构件的整体稳定。
因渡槽模板为拼装件，与贝雷梁整体受力后，其力学特性不易掌握，在混凝土浇筑时和浇筑后会对贝雷梁架的挠度产生影响，故在外模安装完成后有必要进行一次满荷载模拟试验，本工程施工时采用在外模内铺设土工膜、注水法进行试验，注水量与施工荷载相同，准确记录外模底模的挠度值，若与设计要求有差距，调整垫块厚度进行微调。
5.施工工艺流程及操作要求
5.1施工工艺流程
正式施工之前，首先完成砂箱制作、侧向弯曲限位连接件、施工马道横托梁、拆除用的下托梁、上横梁和升降螺杆等非标件的制作和准备工作，然后进行端头支架与标准贝雷架的连接、砂箱安装、贝雷支架的吊装，再进行马道横托梁的安装、马道铺设、渡槽外模安装和侧向弯曲限位连接件的安装，混凝土浇筑养护达到拆模条件后，及时安装拆除用的下托梁、上横梁和升降螺杆等，最后进行贝雷架的拆除吊装。
5.2主要工序的施工方法和有关简图
5.2.1砂箱
贝雷梁的悬挂端支撑在墩帽的两侧，为确保不发生应力集中对混凝土的破坏，并方便承重模板的拆除，采取扩大接触面的方式解决。
即在每片梁端各设一个砂箱。
砂箱的制作应大小一致，砂宜采用中细砂，并筛除2mm以上的颗粒，以保证能顺利从底孔放砂，每箱的装砂量需经过压实试验和仔细计算得出，确保承重后梁底在同一水平面上。
砂箱制作简图见图2
图2砂箱制作图
5.2.2端头支架
渡槽端肋安放在墩帽上面的C40砼支座垫石上，渡槽底面与墩帽顶面之间的空间十分有限（参见悬挂式简支贝雷架纵向剖面布置图），无法安放标准高度的贝雷梁片。
为此，特设置了悬挂式端头进行解决，端头支架的上弦杆悬挑长度300mm，上弦杆双倍加强并严密焊接成一体，保证其受力时不发生弯曲剪切破坏和变形，接头采用标准贝雷架的阴头和阳头制作，贝雷架安装时，只需将300mm长的悬挑端头安放在墩帽上面的调节砂箱上面便可。
悬挂式端头简图如图3所示。
图3悬挂式端头支架制作简图
5.2.3贝雷架的拼装、吊装
施工过中可参照《公路桥涵施工技术规范》执行，严格按照钢桥安装]的施工技术要求进行操作，过程中不得对标准贝雷架进行动火改造，销栓和螺栓安装时，应顺畅吻合，不得强行用力敲击，每组（三榀一组）拼装完成，经检查连接片安装、各紧固件牢固无误后方可进行吊装作业。
吊装时，墩身高度小于25m的可采用两台25t汽车吊进行吊装，墩身高度大于25m时25t汽车吊不能满足吊高要求，可采用一台60t汽车吊吊装。
为消除地基和支架系统非弹性变形和检测其弹性变形值，正确评价支架系统的安全度，为模板系统设置预留沉落值提供依据，在支架搭设完成后对支架进行预压。
根据现场实际情况，预压材料选用砂袋。
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。
5.2.4悬挑施工马道板的搭设
组合贝雷梁的实际宽度仅能满足结构需要，两侧施工马道可采用在上弦杆下吊铺横托梁的方式解决，铺设简如下：
用吊环式螺栓进行固定，紧固丝杆直径不小于14mm；钢垫片厚度不小于5mm，简图如图4所示。
a
b
图4悬挑施工马道板的搭设简图
a-马道铺设简图；b-悬挑连接点放大图
5.2.5侧向限位连接施工
外模横向支架与底模在同一水平面上，模板安装时，及时将渡槽底模与外模用螺栓连接，使其形成平面整体，并用下图所示的紧固件将模板支架与贝雷梁上弦连接，使贝雷架上弦杆与模板底支架共同形成稳定的平面桁架结构，充分保证组合体不发生侧向弯扭。
模板底支架与贝雷架上弦之间用螺栓进行紧固，螺栓直径不小于16mm；安装图如图5所示。
图5外模水平支架与贝雷梁的连接简图
上图中，需要两根直径16的螺栓及相应螺母；下垫片厚度10mm、长200mm、宽140mm；上垫片厚度10mm、长度200mm，宽度60mm.
5.2.6贝雷架的拆除
当混凝土达到设计强度后，可降低砂箱的顶高程，使贝雷梁架下落约10cm左右，便可拆除外模和底模，外模和底模拆除完成后，可进行贝雷梁架的拆除。
所有贝雷梁架均位于槽身下面，因高度较大，为保证吊装安全，不能直接用吊车平移贝雷架。
为此，采用先将贝雷架平移出槽底，然后进行垂直吊装的拆除方法。
平移装置为一套能进行小范围升降的组合梁，拆除作业时，先将上横梁安放在渡槽顶部，然后安装下托梁，上梁和下托梁由钢丝绳和高强螺杆组成。
人工紧固或松动螺母，下托梁便能上下移动。
吊装分组进行，先两侧，后中间。
在下托梁上面安放一排厚度约10cm左右的方木，方木长度略大于三组贝雷架的宽度便可，吊装时，将方木移动到将要拆除的贝雷架下面，固定牢固后，紧固上横梁上的螺栓，便可将该组贝雷架托起。
向外移动上面的螺栓支座便可将贝雷梁水平运出（中间的贝雷架可分两次运送便可运出），然后用吊车进行垂直吊装。
图6贝雷梁架整组拆除简图
5.2.7整组贝雷架的地面平移
单组（3榀组成）贝雷架总长23.3m，重12t，无法人工整体移动，若拆除后再重新组装会消耗大量的人工，项目部用汽车后桥制作了一套双桥运输车，贝雷架吊运下来之后，可及时放在车上，用装载机拖运到下一工作面。
6.材料与设备
表6—1主要施工材料配置表
序号
材料名称
规格型号
备注
1
高性能混凝土
C40
用于槽身
2
低松弛预应力钢绞线
Φj15.2
fptk=1860N/mm2
3
锚具
YJM-16
含与锚具相匹配的夹片
4
波纹管
JBG-702
Φ80（外径）
5
贝雷片
1.5*3m（高*长）
63片
6
非标端头
1.5*0.58m
18片
7
高强螺栓
φ20mm
200
8
U型螺栓
φ20mm
140
9
砂箱
Φ0.25m、h0.5m
18组
表6—2主要施工机具设备配置表
序号
设备名称
规格及型号
单位
数量
备注
1
汽车吊
60t
辆
1
吊装贝雷架
2
汽车吊
30t
辆
2
吊装贝雷架
3
地泵
HBT80A
台
1
混凝土浇筑
4
全站仪
莱卡TC1201+
台
1
沉降观测
5
挤压机
GYJA
台
1
挤压套与钢绞线的挤压锚固
6
千斤顶
YCW150B
台
1
用于整束锚索张拉
7
千斤顶
YDC240Q
台
1
单根钢绞线预紧
8
GPS测量仪器
S86
套
1
7.质量控制
7.1执行主要标准
（1）《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204-1992；
（2）《混凝土质量控制标准》GB50164-1992；
（3）《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000人民交通出版社2000；
7.4质量控制措施
（1）支架的进场验收及搭投
贝雷渡槽管柱及贝雷渡槽进场后，针对进场管材的数量、规格、材质报告资料进行进场验收。
支架搭设过程中，对连接紧固件随时进行校核检查。
（2）支架预压
为消除地基和支架系统非弹性变形和检测其弹性变形值，正确评价支架系统的安全度，为模板系统设置预留沉落值提供依据，在支架搭设完成后对支架进行预压。
根据现场实际情况，预压材料选用砂袋。
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。
8.安全措施
8.1安全主要执行标准
《中华人民共和国劳动法》（主席令二十八号，1995年1月1日）
《水利水电工程劳动安全与工业卫生设计规范》DL5061-1996；
《水利水电工程施工安全防护设施技术规范》DL5062-2002；
《安全标志使用导则》GB16179-1996；
《安全标志》GB2894-1996。
8.2工程重大危险源
根据贝雷渡槽支架法现浇渡槽施工的实际情况，须进行识别、评价的重大危险源为：
1、钢筋施工可能导致砸、碰、挤、摔、机械伤害；
2、起重作业时，起重设备不符合安全规定可能导致的砸、挤、绞、机械伤害、人身伤害；
3、混凝土施工高空作业时不系安全带可能导致人身伤害；
4、交通安全导致的人身伤害；
5、支架承载力和稳定性不够导致失稳垮塌；
6、高空抛掷导致的人身伤害。
8.3.安全工作准备
8.3.1技术及施工准备
认真熟悉工程图纸，按设计要求规范为原则，认真仔细组织编制施工组织设计和安全控制措施，落实好各项安全生产班组，根据现场情况，确定各工程所需人数，所需安全设施、机械设备，确保安全生产及工程顺利进行。
8.3.2安全技术交底和安全培训
施工前分层级进行安全技术交底，进行支架现浇渡槽施工专项安全培训，确保培训率100%。
8.3.3工序安全检查
在每道工序施工前，必须对安全设施进行检查，确保符合安全要求；对该工序相应的支架结构进行检查，确保符合施工方案对支架结构的设计要求。
在每道工序施工前，必须对所有用于施工的机械设备进行全面检查、维修、保养，确保各种机械设备运转状况良好。
用于施工的各种计量器具必须经具有资质的单位进行标定和校正，保证其精度。
8.3.4结构要求
支架布设须经验算满足要求后方可布设，渡槽模板的设计和支撑系统必须保证结构在各种荷载作用下的安全性，且有一定的安全系数。
8.4安全防护
施工中必须设置各种安全防护设施，临边设置防护栏杆，对支架四周做安全封闭，在危险部位根据现场实际增设防护设施，并设置警示标识。
按照规范设置安全通道供施工人员上下，设置工作平台供操作人员作业。
高处作业中所用的物料，应堆放平稳，不得妨碍通道。
高处拆下的物件、余料和废料，不得向下抛投。
根据每一片渡槽的用电量配制配电箱，从总配电箱引入，各种电器设备和器具必须有合格有效的安全保护装置。
8.5安全控制重点及技术措施
8.5.1搭设支架
搭设支架用的贝雷架、工字钢、槽钢及临时脚手架材料均、均要求厂家提供真实的生产许可证和材质证明，并及时按照要求量次进行抽检。
8.5.2贝雷支架安装
每组贝雷片对应端头采用贝雷框进行连接，贝雷片连接时为防止连接销轴脱出要插入销子。
为了保证贝雷渡槽安装后位置准确，在主渡槽上部焊接螺栓，用来起到横向固定贝雷渡槽作用，为增加稳定性，用U型卡通过12#槽钢将各排贝雷渡槽片连接。
吊装贝雷片时遵循吊装作业安全规定，吊装时明确指挥人员统一指挥。
8.5.3模板的安装
模板应具有必要的强度、刚度和稳定性。
模板安装必须按模板的施工设计进行，严禁任意改动。
模板及其支撑系统在安装过程中，必须设置临时固定设施，严防倾覆。
在竖立模板过程中，上模板工作人员的安全带拴于牢固地点。
模板吊装前，使模板连接牢固，内撑、拉杆、箍筋上紧，吊点正确牢固。
起吊时，拴好溜绳，并听从信号指挥，不得超载。
8.5.4支架验收
支架属于主要临时结构，严格按照程序验收，填写支架验收记录，经验收无误后，方能进行支架预压施工。
8.5.5支架预压
使用砂子作为预压材料，做好砂子的重量计算，减少重量误差，雨天时做好砂子覆盖，严禁雨水侵入砂子增加重量。
预压材料的堆码按设计渡槽体的结构自重和分布形式堆放，加载时对称等载预压布置，防止支架偏压失稳。
加载中由技术人员现场控制加载重量和位置，避免出现大的误差。
加载过程中有专人指挥，起重作业范围内严禁人员进入，安全人员进行现场安全监控。
预压完成后，卸载按加载相反顺序进行，卸载量、卸载顺序、卸载部位由技术人员现场控制，禁止在某处集中卸载。
预压前在支架基础外侧五米处划定警戒区域并进行封闭，并设置警示标志，严禁无关人员进入。
加载过程中由作业处测量人员支架的沉降量和支架的稳定性进行观测，安全人员进行安全监控，观测方法及频率符合预压方案的要求，当支架沉降量大于跨度的四百分之一时，停止加载并采取措施。
8.5.6混凝土工程
浇筑渡槽混凝土应设操作台，严禁直接站在模板支撑上操作，以避免踩滑或踏断坠落。
浇注使用振捣器作业时不得强拽电缆。
夜间浇筑混凝土，应有足够的照明设备，但应采取措施保证其灯光不影响2#渡槽临时营地内工人的休息。
明确混凝土的浇注顺序，采用对称浇筑，严格控制下料部位和下料速度，浇注过程有专人指挥。
8.5.7模板的拆除
拆模前应以混凝土强度报告为依据，脱模时的混凝土强度应达到设计强度的60%以上，拆除端模，松开内模；待渡槽体混凝土强度达到设计值的85%后进行初张拉，初张拉后方可拆除内模和外模。
拆除模板必须经施工负责人同意后方可拆除。
拆除侧模时，先用汽车吊吊好要拆的模板，然后打掉木楔块，靠模板自重即可脱落。
若无法脱落时，可用撬棍轻撬轻敲，不可强行撬拉，野蛮拆卸。
底模脱模时，必须安排施工人员在上部可调支座处系好安全带操作。
将可调上托下调10cm左右，依次由跨中向两边下调，底模会自然脱落，然后将底模一块块抽出即可。
底模抽完后，抽出方木。
操作时须由专人指挥，施工人员统一行动，以免模板、方木落下砸伤人员，禁止夜间操作。
模板拆除时，必须有切实的安全措施，并在下面标出警戒区域，严禁非操作人员进入作业区。
模板拆除间隙应将已活动的模板、拉杆、支撑等固定可靠，严防突然掉落，倒塌等意外伤人。
模板拆除人员不可拥挤在一起，每一个人应该有足够的工作面，多人同时操作时，应注意配合，统一信号和行动。
8.5.8支架拆除
支架拆除须有专人指挥和监控，施工人员统一、有序进行，作业人员配好相应的安全防护设备。
9.环境保护措施
严格遵守国家有关环境保护的法律、法规和规章制度，并按合同有关规定以及本合同工程对环境保护的要求，做好施工区的环境保护工作，防止由于工程施工造成施工区附近地区的环境污染和破坏:
1、认真编制环境保护措施；
2、做好生产废水的回收和处理工作，防止废水污染；
3、做好开挖弃渣的综合治理；
4、做好除尘、降噪的工作；
5、做好系统环境卫生和完工后的环境恢复工作。
6、按图纸所示和规范要求绿化（植草，喷播草籽）等工作。
10.效益分析
该专项研究成果，能较理想地适用于渡槽穿过沼泽地、水田、江河等特殊地质条件下的高架渡槽槽身的施工，具有满堂脚手架支撑、粗钢管支撑、移动模架、预制法等施工方法不可比拟的优点，解决了跨昌化江高架渡槽的施工难题。
该方法投入使用后，效果良好，产品质量稳定，各项指标均符合设计要求，发包人和多家施工单位曾到现场参观学习，并对我公司的施工技术水平给予了充分的肯定和高度赞扬。
该研究成果的实施，有效降低了施工成本，能比较理想地缩短施工周期，并能在同类工程中进行推广。
11.应用实例
该研究成果，已成功用于2009-2011年海南省昌化江大广坝水利水电二期（灌区）昌干I标工程1#渡槽跨水田地和2#渡槽跨江的渡槽施工。
通过悬挂式贝雷架在33米高排架渡槽成功的实施，施工所采用贝雷梁架可以重复周转使用，项目部只承担周转材料租赁和摊销费用，成本大大降低；与采用移动模架施工方法相比，经项目部经济成本计算分析，预计降低直接成本500万元左右；同时应用的工程有重庆秀山隘口水库下游跨江交通梁桥工程、四川雅安飞仙关水电站左岸跨宝兴河梁桥工程。
附：
现场施工照片如下
照片1非标悬挂式端头照片2首段渡槽贝雷梁架吊装
照片3贝雷架的拆除
照片4贝雷梁架顶部安装照片5贝雷梁架安装完毕
照片62#渡槽入口处贝雷架及模板安装照片72#渡槽入口处已安好的贝雷架及模板
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