钢模板—贝雷架支撑渡槽导流在灌区涵洞重建中的应用

张振军

(广东省水利水电第三工程局有限公司,广东 东莞 523710)



钢模板—贝雷架支撑渡槽导流在灌区涵洞重建中的应用

张振军

(广东省水利水电第三工程局有限公司,广东 东莞 523710)

以钢大模板组装为渠体,贝雷架作为支撑的渡槽导流方式在不停水条件下灌区交通涵重建过程中的应用为例,对此形式的导流施工方法以及施工过程中可能遇到的问题及处理措施等方面进行了分析和探讨,确保达到施工顺利进行、节约投资、效果明显的目标,并为类似工程提供借鉴。

涵洞重建；钢大模板；贝雷架；渡槽；导流

1 工程概况

一般的大型灌区,都是20世纪五六十年代以人力为主建设而成,运行了几十年,尤其是位于运河底承担着排涝或者具备交通穿梭功能的涵洞当年建设标准并不高,年久失修,渗漏严重,亟待重建改造。塘口交通涵洞位于东海河27+459桩号,下部为浆砌石的交通涵,浆砌石侧墙需拆除重建,但是该涵位于东海河肩负往市城区供水河段上,为保证供水,需要导流措施,导流流量为5.95 m3/s。

在设计提供的原施工方案当中,导流方式采取的是在涵洞右侧或左侧(顺水流方向)临时用2根DN 2 000钢管导流,为减少水头损失及征地,导流钢管用钢筋砼排架架空,基础采用砼钻孔灌注桩。但该方案没有考虑到实际情况原涵洞净高不高,加工好的钢管无法运到右岸,同时拼装焊接困难,耗时较长,涵洞改造完成后拆除的钢管无法重复利用,切割拖走后只能当废铁处理,经济效益差,需要重新考虑简单便捷的施工方法。

2 方案设计

2.1 方案思路

项目部在考虑施工方案过程中,亦提出过采用土质导流明渠的施工方法,具体做法是在渠道右侧临时征用一片土地,采用土方填筑1条新的临时导流明渠,渠道内坡采用铺设防渗土工膜及干砌石防冲刷的方式。但这种方法同时需要在渠道上搭建一座临时便桥供当地村民进出,便桥要满足平时村民正常出行外,还要满足当地运输建筑材料车辆通行的需要,故临时便桥标准不能低于机耕桥标准。涵洞重建完成后,还要将临时明渠、便桥拆除,清理土方、块石、砼块等,既不经济,也不环保。

因此,结合以往水利工程临时便桥的施工经验,项目部提出一种架空渡槽导流的方式。渡槽采用贝雷架支撑+渠体渠底和两侧侧墙由钢大模板组装形成的明渠形式。渡槽长63 m,设计水深1.3 m,流量1.3 m3/s,渡槽为正方形结构,底宽3 m,分7跨,每跨9 m,支撑体采用3排单层贝雷架进行架设。具体方案设计见图1、图2、图3。

2.2 方案说明

1) 支墩尺寸,设计渠底宽3 m,支墩截面为1.5 m(宽)×3.2 m(长),采用C20商品砼,全线布置8个支墩,高度有所不同,支墩间距9 m。

2) 贝雷架组装采用标准贝雷片,单个架的尺寸为1.5 m(高)×3 m(长),采用3排单层的方式架设,排与排之间采用联结片联结,跨距9 m,每排3片架联结为一跨。

3) 渡槽底板及侧墙采用3 m×3 m钢大模板,模板面板厚为3 mm,肋高100 mm,肋厚8 mm,肋距375 mm,块块模板之间连接采用常规的模板锁扣连接方式。

4) 为抵抗水流的侧压力,采用在内侧底部焊接Φ16 mm@1 500拉筋拉结侧墙和顶部设50×50角钢@3 000拉结两侧侧墙的方式。

5) 止水方式：侧墙与底板的90°角采用先涂抹沥青,再铺设100 mm×100 mm三角体砂浆保护的方法,模板与模板之间的的接缝采取缝间夹橡胶片再涂抹防渗沥青的方式。租用的模板上的拉筋孔洞采用钢板焊接修补,焊接缝边涂抹沥青防渗的方法。

图1 钢模板—贝雷架支撑渡槽导流施工平面示意

图2 钢模板渡槽导流纵剖面示意(单位：mm)

图3 剖面示意

6) 进出口连接段采用先填土,后铺设200 mm厚砼底板,侧墙采用600 mm厚M7.5浆砌石墙,立面抹2 cm厚砂浆压光防冲刷的方法。连接段与钢板渡槽结合部采用砼侧墙延伸入渡槽1m的做法。

7) 进口连接段设置简易钢管拦污栅,将由渠道漂来的垃圾拦住,人工定期清理,以免垃圾进入渡槽被拉筋挂住,影响拉结效果。

3 贝雷架支撑稳定性验算

3.1 永久荷载标准值

1) 钢大模板标准值：0.5 kN/m2。

2) 水体自重标准值：10 kN/m3。

3) 贝雷架自重标准值：每片300 kg,每跨为9片,总重为2.7 t。

3.2 可变荷载标准值

1) 施工人员及设备荷载标准值：2.5 kN/m2。

2) 振捣混凝土时产生的荷载标准值：不考虑。

3.3 荷载分项系数

1) 永久荷载分项系数1.35。

2) 可变荷载分项系数1.4。

3.4 贝雷架内力计算

3.4.1 受力分析

根据分析可知,在同样的通水条件下中间排贝雷架比左右两侧贝雷架多承受一倍渠道水体的重量,因此本方案中仅对中间贝雷架进行计算。由于渡槽沿架体通长布置,底部支撑在贝雷架正上方,贝雷架体以简支形式安置在支墩上,故每跨架体按一条简支梁承受均布荷载考虑。

3.4.2 力学计算

1) 荷载计算

永久荷载标准值：

① 钢大模板标准值：1.5×9×0.5=6.75 kN。

② 水体自重标准值：10×1.5×9×1.5=202.5 kN。

③ 贝雷架自重标准值：3×300=900 kg=0.9 t,即9 kN 。

永久荷载分项系数：1.35。

永久荷载设计值：(6.75+202.5+9)×1.35=294.64 kN。

可变荷载标准值：

① 施工人员及设备荷载标准值：2.5×1.5×9=33.75 kN。

② 振捣混凝土时产生的荷载标准值：0 kN。

可变荷载分项系数：1.4。

可变荷载设计值：(33.75)×1.4=47.25 kN。

贝雷架均布荷载：(294.64+47.25)/9=37.99 kN/m。

2) 内力计算

M=1/8ql2=1/8×37.99×9×9=384.64 kN·m。

Q=1/2ql=1/2×37.99×9=170.96 kN 。

3) 内力图

图4 内力示意

4) 挠度计算

弹性挠度：f=5ql4/384EI=(5×37.99×9004)/(384×2.1×106×250 497.2)=0.62 cm。

非弹性挠度：该部分挠度与贝雷架销孔的使用程度及加工精度有关,只有经验公式,如何确定还有待讨论。

3.4.3 对比分析

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》57页表5～表6,单排单层贝雷架的最大容许弯矩为788.2 kN·m,最大容许剪力为245.2 kN,因此本方案满足要求。

挠度是弹性挠度加非弹性挠度,不得大于跨度的l/400=900/400=2.25 cm>0.62 cm,符合要求。

4 渡槽施工

4.1 施工前准备工作

1) 机械设备及机具根据用量以及工程部位组织进场。

2) 测量放样。施工前需要测量原地貌,一是为土方开挖、填筑计算工程量提供基本数据,二是确定渡槽的平面布置和支墩的设置。并由此确定出渡槽的中心线,并根据设计的渡槽位置精确测放出支墩的位置。

4.2 支墩施工

1) 支墩尺寸为1.5 m×3.2m；测量人员定出墩位后,采用PC200挖土机开挖出基坑,用C10砼找平后,用0.915 m×1.83 m标准木模板支模,分层浇筑C20砼,淋水养护。

4.3 进出口连接段施工

1) 根据测量确定的进出口连接段位置后,外运粘土分层填筑,用20t压路机进行压实,压实度不小于0.92,试验人员用环刀取样试验进行控制。填土到设计底板高程后,用C20砼铺底20 cm厚,平板振捣器振捣密实,并二次压光。

2) 连接段侧墙采用M 7.5浆砌石,人工铺浆法砌筑,侧面采用M5水泥砂浆抹面2 cm厚,压光收面。与钢模板渡槽结合部延伸至渡槽内1 m,支模浇筑砼覆盖钢模板面。

4.4 贝雷架支撑及钢大模板渡槽施工

1) 支撑结构采用三排单层贝雷片架设,标准贝雷片每片高度1.5 m,长3.0 m,包括往连接段延伸的3 m,共需架设69片。贝雷片架设后,用贝雷片限位块进行限位,贝雷架支撑上铺设3 m×3 m钢大模板作为渡槽底板及侧墙。

施工时从上游往下游进行,首先在附近材料堆放场进行架体拼装,拼装按每跨进行拼装,每跨9片贝雷片,片与片间联结采用专用插销,排与排间联结采用专用联结片,因为片体较重,采用QY25汽车起重机进行辅助。每跨架体拼装完成后,起重机将其吊到支墩上,技术人员跟随定位。以此类推。

2) 架体全部架设完成后,先用起重机吊装渡槽底板,模板与模板之间用锁扣联结,底板两侧用专门楔块插在贝雷架上,防止底板左右移动。底板成整体后,吊装两侧侧墙。为避免侧墙钢大模板倾覆,两侧模板吊装对称进行,顶上采用50×50 mm角钢插插销对拉。

3) 支架和渡槽转角部位,标准贝雷片及钢大模板难以拼接,此处支架专门加强,采用定制钢板焊接联结。

4) 为增强侧模板的抗倾覆能力,模板组装完成后,采用人工在内侧底部焊接Φ16 mm@1 500拉筋拉结侧墙。

5) 侧墙与底板的90°角采用先涂抹沥青,再铺设M5水泥砂浆保护的止水方法,模板与模板之间的的接缝采取缝间夹橡胶片再涂抹防渗沥青的方式。租用的模板上的拉筋孔洞采用钢板焊接补洞,焊接缝边涂抹沥青的方法。

6) 进口连接段设置简易钢管拦污栅,拦污栅采用Φ50 mm钢管制作,制作成格栅状,钢管间距200 mm,打膨胀螺栓焊接在连接段浆砌石墙上。

图5 施工现场照片示意

5 通水试验及涵洞重建施工

5.1 通水试验

渡槽完成后,通水前要检验安全性。通水试验邀请业主、监理、运行管理单位代表到场观摩,项目部人员负责检查,工人负责加固。通水采取水量先小后大的原则。先由工人将设置在进口连接段端口的砂包挡水体抽掉上面两层砂包,让水以瀑布状注入渡槽,然后全长观察,发现局部模板缝漏水,采取拧紧锁扣等方式处理。经反复通水检查,拧紧锁扣后,基本解决漏水问题。解决漏水问题后,采取加大流量观察渡槽稳定性,经24 h观察后,没发现不稳定情况后才运行使用。

5.2 涵洞施工

渡槽作为导流明渠后,在原渠道上下游铺设砂包围堰(砂包围堰面铺彩条布,砂包压面)拦断水体, 利用22 kW潜水泵抽干基坑内积水,然后进行基础开挖,再逐步进行涵洞底板、侧墙、顶板、渠道侧墙、渠顶拦杆、侧墙回填土、上下游渠道连接段堤身回填土分层填筑压实、防渗衬砌砼板的施工。

5.3 渡槽明渠进出口端口的施工

涵洞重建完成后,渠道内水通过重建后的渠道,渡槽进出口要恢复堤身,则利用6 m长钢板桩形成围堰左侧通水导流,抽干基坑内水后,分层填土压实,然后进行底板和边坡衬砌砼板的施工。

6 要注意的问题

1) 租用贝雷片的时,要选用外观好,并经检查无断裂的片体。

2) 要严格控制临时渡槽流量,不能超过设计水深,否则渠道内水会雍高漫顶,并危及渡槽稳定。

3) 不定期对渡槽进行检查,发现问题及时加固。

4) 开工前,对所有施工人员进行技术交底和安全操作交底。

5) 作业时应注意做好安全措施,确保作业安全,所有作业人员应进行作业安全教育才能上岗。

7 结语

导流的方式有很多,通过钢管导流、土质明渠导流等多种方式的比较, 钢模板-贝雷架支撑组合渡槽这种导流方式在实际应用过程中取得了很好的效果,为后续的涵洞重建积累了经验,有利于工程的迅速推进。这种导流方式具有占地空间小,组装迅速,施工进度快、操作方法简单、拆除后可重复利用、建设费用低、安全、环保等优点,对于类似的小型交通涵或者排洪涵洞的重建可作为借鉴。

[1] 毛瑞祥,程翔云.公路桥涵设计手册——基本资料[M].北京：人民交通出版社,1993:216-217.

[2] 交通部第一公路工程总公司.公路施工手册桥涵手册[M].北京：人民交通出版社,2000:681-751.

[3] 陈钧成,朱维花.雷州青年运河灌区续建配套与节水改造工程排洪涵洞规模复核及设计方案调整专题报告[R].广州：广东省水利电力勘测设计研究院,2015:78-80.

[4] 刘山林,闫淑娟,钟本蜂.钢管桩和贝雷片支架在现浇箱梁施工中的应用[J].石家庄铁道学院学报,2003(S1)：62-64.

[5] 黄绍金,刘陌生.装配式公路钢桥多用途使用手册[M].北京：人民交通出版社,2004:56-57.

(本文责任编辑 马克俊)

Application of Steel Template-Bailey Shelf Support Aqueduct Diversion in Irrigation Culvert Reconstruction

ZHANG Zhenjun

(The Guangdong NO.3 Water Conservancy and Hydro-eletric Engineering Bureau Co., Ltd， Dongguan 527310,China)

In large steel formwork assembly for channel, Bailey frame supported aqueduct diversion way as under the condition of no stopping water irrigation culvert of traffic reconstruction in the process of application, for example, this type of diversion construction method and construction process may encounter problems and treatment measures and so on were analysis and discussion, to ensure the smooth construction, save investment and obvious effect of the target, and provide a reference for the similar engineering.

culvert reconstruction； large steel formwork； bailey structure； aqueduct；diversion

2016-04-21;

2016-05-17

张振军(1980),男,本科,工程师,从事水利现场施工管理工作。

TV551.1

B

1008-0112(2016)06-0037-04