闸室事故门槽连系梁支撑系统设计与施工

杨卫森

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

李家岩水库导流洞进口闸室采用岸塔式结构，进口底板高程676.0m，闸室顶高程768.0m，净高92.0m。闸室高程676.0m～718.0m为C30钢筋混凝土结构；高程718.0m～768.0m为C25钢筋混凝土结构。闸室685.0m高程以下为流道，流道宽度5 m～7m；工作闸门上游胸墙起始高程681.75 m～685.0m，底部为1∶4的斜坡；工作门下游胸墙起始高程685.0m；事故门胸墙起始高程685.0 m～688.65m，为椭圆弧形结构。

闸室进口首端设计有自下到顶的事故门槽，门槽内设计有连系梁，连系梁布置在702 m高程以上，距闸室底板26m，垂直于水流方向，对称布置于门槽中心线两侧，间距4m，截面尺寸宽1.0m×高1.2m，每层2根，坚直方向每层间隔7.2m，共10层。718.0m高程以下共3层，梁跨度9.0m；718.0m～743.0m高程范围内共3层，梁跨度11.0m；743.0m高程以上共4层，梁跨度13.0m。连系梁具有距下部底板基础高度大、梁跨度大、自身荷载大等特点，同时与门槽二期埋件安装及下部通道通行存在交叉施工，需要对连系梁支撑系统进行专项设计，以解决高空作业，施工干扰等问题。

2 连系梁支撑系统设计

2.1 第一层连系梁支撑系统设计

事故门门槽在702.0m高程以上垂直水流方向每间隔7.2m设计有2根连系梁。事故门胸墙及工作门上游胸墙结构在691.0 m～694.0 m高程范围内，顺水流方向691.0m高程处跨度最小为3.4m，两胸墙自691.0m高程以1∶1的坡度向两侧放坡，渐变到694.0m高程，两胸墙中间跨度达到11.5m。为避免与下部施工通道产生干扰，为门槽埋件安装提供下部作业面，702.0m高程处第一层连系梁从闸室底板上搭设支撑架，不仅将占用下部工作面，而且26m的高排架增加了施工安全风险，同时施工材料投入及安拆工作量也加大。结合现场闸室下部结构，第一层连系梁可利用691.0m～694.0m高程范围内门槽上下游两胸墙跨度窄的特点作为承重基础平台，在其平台上拱设满樘支撑架形成联合支撑系统。

根据闸室结构特点，第一层连系梁分为下部支撑基础平台及上部满樘架支撑两部分。

下部支撑采用在693.3m高程布设I25a工字钢梁，L=9m，顺水流方向布置，水平间距0.9m，共8根，工字钢与混凝土接触部位采用植入φ28锚筋固定。693.3m高程工字钢之间采用φ25钢筋“之”字型焊接为整体，以加强底部支撑的稳定性。为提高工字钢梁抗弯强度，在每根钢梁下部增加两道φ110竖向钢管支撑(壁厚5mm)，两钢管分别支撑于上下游胸墙斜坡面上；底部采用钢筋桩焊接固定，与工字钢梁结合处采用焊接连接。每根工字钢梁下部形成4个支撑点，以保证下部支撑平台的整体稳定。

上部支撑利用下部工字钢梁基础平台，在其上部搭设满樘脚手架支撑(承插型60盘扣式钢管支架)，间排距90cm×90cm，步距150cm。同时在698.0m高程门槽两侧平台上布置2根I25a工字钢，L=9m，顺水流方向布置，其上部脚手架与下部支架连为整体。第一层连系梁支撑系统如图1。

图1 第一层连系梁支撑系统

2.2 第二层及上部标准层连系梁支撑系统设计

事故门槽709.2m高程及以上连系梁每间隔7.2m布置一层，其模板支撑利用下部已完成混凝土浇筑的连系梁做为基础支撑。在下部连系梁顶部(703.3m)铺设I25a工字钢梁，L=6m，顺水流方向布置，间距0.9m，共10根，工字钢梁水平连接加固同第一层连系梁，作为上部支撑的基础平台。在工字钢梁平台上部搭设满樘脚手架支撑(承插型60盘扣式钢管支架)，间排距90cm×90cm，步距150cm，第二层及上部标准层连系梁支撑系统如图2。

图2 第二层及上部标准层连系梁支撑系统

2.3 模板选择

连系梁底模及侧模选用1.5cm厚的木胶合板，脚手架顶部采用专用顶托调节，顶托上垂直水流方向水平铺设φ48钢管(双根)，再在其上铺设木方(5cm×10cm)作为模板围檩，木方间距不大于40cm。侧模背部采用木方竖围檩，再通过横向钢管及对拉拉条进行加固。

2.4 施工作业平台布置

为便于作业人员进行模板安装及混凝土浇筑，在盘扣架顶部，两根连系梁中间部位满铺竹跳板，作为施工作业平台，便于零星施工材料及机具存放周转，同时可作为混凝土浇筑作业平台。

2.5 连系梁支撑系统材料配置

(1)第一层连系梁支撑系统

盘扣式脚手架立杆、水平杆、斜杆及可调托座共需要10t，下部支撑工字钢及钢管共需要6.2t。

(2)第二层连系梁支撑系统

盘扣式脚手架立杆、水平杆、斜杆及可调托座共需要6.9t，下部支撑工字钢及钢管共需要4.3t。

(3)上部标准层连系梁支撑系统

总共配置第一层及第二层所需材料用量，第三层可利用第一层拆除的材料，依次循环周转，达到多次利用。

3 支撑系统受力分析

3.1 第一层连系梁下部支撑

(1)φ110钢管支撑立杆稳定性计算

将相应施工荷载及结构荷载输入结构力学求解器，得立杆(4)N=68.77kN

计算长度l0=η×h=1.5×1.95m=2.925m(η取1.5)；

立杆长细比λ=l0/i=2.925×100/3.716=78.71；

查表Q235钢管轴心受压构件的稳定系数φ=0.789。

立杆稳定性：σ=N/(A×φ)=68.77×1000/(0.789×16.49×100)=52.86N/mm2<215N/mm2，立杆稳定性满足要求。

立杆(5)N=51.1kN，计算同立杆(4)，立杆稳定性：σ=61.97N/mm2<215N/mm2，立杆稳定性满足要求。

(2)底部工字钢支撑受力分析

工字钢平台主要受上部支架立杆向下的集中荷载，将相应施工荷载及结构荷载输入结构力学求解器，建立结构受力模型，下部支撑系统受力模型如图3。

图3 下部支撑系统受力模型

将结构参数输入到结构力学求解器，进行内力计算和位移计算。结构所受最大弯矩23.27kN·m，工字钢强度验算：

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

(3)结构位移变形结果

节点1-2最大变形0.03mm<1.95×1000/400=4.87mm，满足要求。

节点2-3最大变形3.01mm<4.1×1000/400=10.25mm，满足要求。

节点3-4最大变形0.49mm<2.95×1000/400=7.37mm，满足要求。

节点2-5最大变形0.38mm<1.95×1000/400=4.87mm，满足要求。

节点3-6最大变形0.80mm<2.95×1000/400=7.37mm，满足要求。

3.2 第一层连系梁上部支撑

上部支撑主要对盘扣架立杆稳定性进行受力分析，永久荷载分项系数取1.2；可变荷载分项系数取1.4；由于模板及其支架不确定的因素较多，荷载取值难以准确，不考虑荷载设计值的折减，则设计总荷载为：

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

则：每根立杆所受荷载：N=Q总/(10×7)=16.65kN

立杆采用φ60×3.2，Q345A，脚手架步距1.5m。

计算长度l0=η×h=1.2×1.5m=1.8m(水平杆步距为1.5m时，η取1.2)

立杆长细比λ=l0/i=1.8×100/2.01=89.55

查表Q345钢管轴心受压构件的稳定系数φ=0.55

立杆稳定性：σ=N/(A×φ)16.65×1000/(0.55×5.71×100)=53.01N/mm2<300 N/mm2

立杆稳定性满足要求

3.3 第二层及上部标准层支撑

上部标准层支撑结构与第一层基本相同，与第一层相比其底部工字钢梁跨度变小，另一方面满樘盘扣架搭设高度由原来的8.7m降低为6m，结构受力条件均得到了明显改善，通过对比第一层支撑结构，第二层及上部标准层支撑整体稳定性满足要求。

4 支撑系统安装与验收

4.1 下部支撑系统安装

4.1.1 工字钢梁加工

根据设计间距，将3根或2根组成一组，在进口引渠底板进行整体拼装加固，工字钢之间采用“之”字型钢筋焊接成整体，同时在其顶面按满樘架搭设间距90cm焊接钢筋桩，用来固定满樘架底托，钢筋桩采用28mm钢筋，高度10cm。

4.1.2 工字钢梁吊装

对闸室事故门槽安装部位进行放线，确定具体安装位置，将已焊接拼装好的工字钢梁基础平台，通过已有塔机整体吊装到安装部位，在其上部铺设竹跳板搭设临时操作平台。

4.1.3 工字钢梁连接加固

对每根工字钢与两端胸墙斜坡面混凝土结合部位进行加固，采取植入钢筋桩焊接的方式将其固定于混凝土面。

最后安装工字钢梁下部的两道φ110竖向钢管支撑，底部采用钢筋桩焊接固定，与工字钢梁结合处采用焊接连接。

以上所用材料均通过塔机吊装就位，人员从闸室仓面通过简易爬梯就位。

4.2 上部满樘盘扣式支撑架安装

下部支撑系统固定好以后，开始进行上部支撑系统安装，所有标件、连接件均通过塔机吊运到作业面，主要安装流程如下：

标准底座就位→第1层扫地横杆安装→第1层立杆安装→第2层横杆安装→第1层斜杆安装→第2层立杆及上部依次进行→设置剪刀撑及连墙件→顶托调平。

顶托调平过程中测量人员进行实时校核，将梁底板高程误差控制在标准范围内。

4.3 支撑系统验收

钢筋模板安装完成，模板支撑系统需要联合技术、安全、质量部门负责人及现场监理工程师按照支撑系统施工方案进行验收，重点检查是否与已报批施工方案确定的技术参数一致，具体检查基础稳定性、结点焊接质量、各杆件的连接是否稳固、连墙件间排距、剪刀撑斜杆、防护栏杆及通道等是否满足要求。

4.4 连系梁模板安装

下部支撑验收通过后，开始进行上部梁底模安装固定，待梁钢筋全部安装完成后，开始进行侧模封装与加固。

5 连系梁混凝土浇筑

5.1 混凝土水平运输及垂直运输

闸室事故门槽各层连系梁与闸室闸墩及胸墙混凝土同时备仓，同时浇筑上升，混凝土由现场自有拌和站统一供料。水平运输通过10m3～12m3混凝土罐车运至闸室底部受料平台，每一层梁共2根，混凝土量20m3～30m3，混凝土垂直运输主要通过现场已有的塔机及吊罐入仓，方量小，混凝土入仓及布料便于控制。

5.2 混凝土浇筑

(1)浇筑分层：混凝土浇筑采用分层平铺法，分层厚度30cm～40cm。

(2)入仓下料控制：为防止混凝土自由下落高度大，对模板与下部支撑造成冲击，吊罐下料口与梁顶面距离控制在50cm～100cm，下料的同时，作业人员要控制下料口的开合度，以控制下料速度及下料位置，避免混凝土在同一位置堆积过高，每层两根连系梁均衡同步上升，保证下部支撑系统受力均匀。

(3)混凝土振捣：梁钢筋密集，空间狭小，采用φ50软轴振捣器人工振捣，振捣过程中分层按一定的间排距，由一端向另一端依次进行，避免漏振。

5.3 安全质量控制要点

(1)控制混凝土坍落度及和易性，对比闸墩大体积混凝土，连系梁为小结构，且钢筋密集，浇筑过程中要根据出机口混凝土拌和物实际情况，及时量测坍落度及其他控制指标，发现偏差及时调整。

(2)加强安全监控，浇筑过程中应派专人对梁模板及下部支撑系统进行安全监控，主要检查模板及支架有无变形，支架各杆件连接处有无松动情况，发现问题及时处置。

(3)浇筑完成后按要求及时进行洒水养护。

(4)严格控制拆模时间，各层连系梁跨度均超过8m，按规范要求在混凝土强度达到100%后方能拆除底模及支架。

(5)第二层及上部标准层支撑搭设，由于下部连系梁将作为上部连系梁支撑系统的基础，上部连系梁混凝土浇筑时，必须保证下部连系梁混凝土强度达到设计龄期。

6 结语

李家岩水库导流洞工程进口闸室事故门槽连系梁混凝土施工，通过利用闸室上下游胸墙结构布置连系梁下部支撑系统，为上部满樘盘扣式支撑架提供基础，避免了从闸室底部搭设高排架，保证了其下部施工通道正常通行，消除了与门槽二期埋件安装的施工干扰。通过利用下部已施工完成的连系梁布置上部各层梁的下部支撑系统，模板支撑材料得到了循环周转使用，节省了施工辅材投入。同时为工程安全施工提供了技术保障，可供类似混凝土结构施工参考。