摘要：简易支架在渡槽槽身施工方法具有明显的优势，其对基础处理要求低、承载力大、稳定性高、搭设简单。简易支架施工实际上是采用立柱钢管和工字钢支撑的支撑体系，在海南红岭灌区工程地质条件很差的渡槽槽身混凝土施工进行应用，为工程建设节省了材料，降低了造价。可以在今后同类的工程中推广应用。
关键词：简易支架；渡槽槽身；应用
1 概述
红岭灌区工程东干渠36#渡槽为全线最长的渡槽，设计流量20.0～6.5m3/s，加大流量24.0～7.8m3/s。设计桩号93+580～98+447.774，全长为 4867.774m，进出口渐变段分别长20m、30m，纵坡1/2500，共322个支承结构，321跨槽身。支承结构基础为扩大基础，墩身有C20埋石混凝土重力墩、C25钢筋混凝土排架墩、C25钢筋混凝土转墩3种结构形式；槽身为C25钢筋混凝土U型薄壁结构，壁厚24cm，半径2.4m，高4.65m，底宽 4.25m，顶宽6.12m，防护栏杆为C25现浇钢筋混凝土，槽身跨度有10m、12m、15m三种。该渡槽混凝土施工3.85万m3、钢筋制安3023T。
海南红岭灌区工程渡槽现浇混凝土槽身工程量大，迫切需要有一种搭设简单快速，且安全性较高的支架体系。且由于渡槽大部分位于水田软基地里，承载力低，在槽身现浇过程中如若采用满堂脚手架作为支撑方式，将会占用大量周转材料，对地基处理的工程量大大增加，施工安全和工期很难得到保证。
2 渡槽槽身混凝土施工简易支架体系设计
36#渡槽共321跨槽身，工程量大，根据施工要求，开展多个工作面同时进行槽身施工。槽身跨度有10m、12m、15m三种。现选择最长的15m跨度的槽身进行设计，其余的跨度参照执行。15m单跨槽身混凝土为60m3。
渡槽模板采用定型钢模；模板下部横向采用I25b工字钢，间距0.9m；I25b工字钢下面顺渡槽向采用二榀I50a工字钢支撑，间距4.8m；二榀I50a工字钢下采用千斤顶支撑，立柱采用300mm×10mm钢管，立柱横渡槽向间距4.8m，顺渡槽向间距6.62m，立柱两端焊接50cm×40cm×2cm钢板，每排立柱采用φ25mm钢筋焊接进行拉结或φ50钢管进行连接；独立基础采用150cm×150cm×80cm C20混凝土浇筑。支架底模铺设后，测放顶板底模中心及边角位置和顶板横断面定位。底模标高=设计槽底+支架的变形，来控制底模立模。36#渡槽槽身简易支架支撑体系布置如图1。
图1：36#渡槽槽身简易支架支撑体系布置图
3 简易支架支撑体系计算
3.1 计算方法
36#渡槽简易支架支撑体系的支架设计中的定型钢模、工字钢，均按槽身混凝土的均布荷载进行强度和刚度的验算。工字钢强度计算公式为σ= M/W，工字钢刚度计算公式为ω=0.521qL4/100EI。其中M为均布荷载下受力构件的最大弯矩；W为受力构件的截面模量；q为均布线荷载；L为结构相邻两支撑点的间距，均按L/400控制；E为受力构件的弹性模量；I为受力构件的截面惯性矩。立柱钢管轴心受力进行验算，公式为ƒ= N/(j•A)。其中N为单根立柱钢管轴向力；j值按Q235钢管轴心受压构件查取；A为立杆的截面积；W为立杆截面模量。
3.2 计算内容
3.2.1 荷载计算及合作的组合
36#渡槽单跨15m槽身混凝土为60m3，钢筋混凝土容重取，25 KN/m3；定型钢模板自重为497 KN，经计算钢筋混凝土槽身加定型钢模板荷载Q1=17.8KN/m2。
模板底横渡槽向I25b工字钢自重：0.42KN/m
顺渡槽向二榀I50a工字钢自重：1.88KN/m
作用在顺渡槽向二榀I50a字钢上的横渡槽向I25b工字钢重量Q2：0.42*8/(4.8*0.9)=0.78KN/m2
施工人员及设备Q3=1KN/m2，振捣荷载Q4=2KN/m2
3.2.2 工字钢验算
1、横渡槽向I25b工字钢验算
横渡槽向I25b工字钢自重q1=0.42 KN/m，截面抵拒矩W=423000mm3，截面惯性矩I=52800000mm4，弹性模量E=2.1×105MPa，抗弯强度设计值 [σ]=205 MPa。按横向工字钢间距l=0.9m计算均布线荷载，底部纵向I50a工字钢间距L=4.8m进行工字钢验算。
q=（1.2*Q1+1.4*（Q3+Q4））* l + q1
=(1.2*17.8+1.4*(1+2))*0.9+0.42=23.4KN/m
（1）横渡槽向I25b工字钢强度验算
计算跨度L为4.8m
M=0.125 q L2=0.125*23.4*4.8*4.8=67.4KN•m
σ=M/W=67.4*106/（0.423*106）=159.3MPa< [σ]=205MPa，满足要求。
（2）横渡槽向I25b工字钢刚度验算
ω=0.521qL4/100EI=0.521*23.4*48004/(100*2.1*105*0.528*108)
=5.84mm<L/400=4800/400=12mm，满足要求。
结论：I25b工字钢强度和刚度满足要求。
2、顺渡槽向二榀I50a工字钢验算
顺渡槽向二榀I50a工字钢自重q1=1.88 KN/m，截面抵拒矩W=1860000mm3，截面惯性矩I=464700000mm4，弹性模量E=2.1×105MPa，抗弯强度设计值 [σ]=205 MPa。按纵向工字钢间距l=4.8 m计算均布线荷载，底部立柱钢管支撑间距L=6.62m进行工字钢验算。
q=(1.2*(Q1+Q2)+1.4*(Q3+Q4))*l+q1
=(1.2*(17.8+0.78)+1.4*(1+2))*4.8+1.88=129KN/m
（1）顺渡槽向二榀I50a工字钢强度验算
计算跨度L为6.62m
M=0.125 q L2=0.125*129*6.62*6.62=706.7KN•m
σ=M/W=706.7*106/（2*1.86*106）=190MPa＜[σ]=205MPa，满足要求。
（2）顺渡槽向二榀I50a工字钢刚度验算
ω=0.521qL4/100EI =0.521*129*66204/(100*2*2.1*105*4.647*108)
=6.6mm<6620/400=16.55mm，满足要求。
结论：I50a工字钢强度和刚度满足要求。
3.2.3 立柱钢管计算
钢管柱采用直径为300mm、壁厚10mm的Q235钢管（两端带法兰盘），采用螺栓连接，横渡槽向布置2根钢管，间距4.8m，顺渡槽向布置3根钢管，间距6.62m，一跨总共布置6根立柱。
Ф300钢管每米自重0.715KN/m，A=9111mm2
钢管计算长度L取3.8m（按渡槽高度最大高度5m计算）
钢管回转半径 i=102.59mm
长细比:λ= L/i=3.8/0.10259=37，查《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规范》（JGJ231-2010）（附录D轴心受压构件的稳定系数）表得稳定系数j=0.896
钢管柱允许抗压强度：[σ]=205MPa
1、端部单根钢管受力：
N=0.375*((1.2*(17.8+0.78)+1.4*(1+2))*4.8*6.62*2+1.88*13.5*2+0.715*3.8*6）/2=328.3KN
σ=N/(j•A)=328.3*1000/(0.896*11800)=31.1MPa＜[σ]=205 MPa
结论：端部立柱钢管满足强度要求。
2、跨中单根钢管受力：
N=0.25*((1.2*(17.8+0.78)+1.4*(1+2))*4.8*6.62*2+1.88*13.5*2+0.715*3.8*6）/2=218.7KN
σ=N/(j•A)=218.7*1000/(0.896*11800)=20.7MPa＜[σ]=205 MPa
结论：跨中立柱钢管满足强度要求。
3.2.4 C20混凝土局部承压验算
钢管与钢筋混凝土基础底部采用50cm×40cm钢板连接。
1、端部单根钢管立柱对重力墩基础的压力： N=328.3KN
则混凝土局部承压：
ƒ=N/A=328.3/(0.5*0.4)*10-3=1.64MPa＜[ƒ]=20MPa 满足承载力要求
2、跨中单根钢管立柱对独立基础的压力： N=218.7KN
则混凝土局部承压：
ƒ =N/A=218.7/(0.5*0.4)*10-3=1.1MPa＜[ƒ]=20MPa满足承载力要求
3.2.5 地基承载力验算
1、端部重力墩基础的基底受到的压力为：重力墩自重+钢管立柱对基础的压力
N=（25*38+328.3*2）=1606.6 KN
端部渡槽重力墩扩大基础尺寸为6.65m*2.26m
则混凝土基础底面的平均压应力：
ƒ = N/A =（25*38+328.3*2）/（6.65*2.26）=106.9 kPa＜[ƒ]=350 kPa满足地基承载力要求
2、跨中单个独立基础的基底受到的压力为：独立基础自重+钢管立柱对独立基础的压力
N=25*1.5*1.5*0.8+218.3=263.3KN
跨中独立基础尺寸为1.5m*1.5m
ƒ =N/A=263.3/(1.5*1.5) =117kPa＜[ƒ]=150kPa满足地基承载力要求
结论：通过以上计算，可以得出三排钢管立柱进行支撑的支架满足承载力要求。
4 支撑体系预压
支撑体系预压以获取支架弹性变形、非弹性变形、地基沉降等数据。预压材料采用砂袋，预压重量不小于槽身加定型钢模板重量的120%。本次预压选取36#渡槽第130跨进行，槽身钢筋混凝土加定型钢模板重为1997KN。
预压顺序：支架验收→标高测量→砂袋就位→加载60%→沉降变形观测→加载100%→沉降变形观测→加载120%→沉降变形观测→卸载→标高调整。
支架观测点布置：单孔跨布置3个测点断面，即每5m跨布一个断面，每个断面布设3个点(断面中心、两侧端点底部)，分别在横向I25b工字钢上部制作观测点。
加载前测初始值作为预压前高程，第一级加载到1198KN(60%荷载)，加载完毕1h后测沉降值，每6h测量一次，最后两次沉降量平均值之差≤2mm时，可进行下一级加载。
第二级加载到1997KN(100%荷载)，加载完毕1h后测沉降值，每6h测量一次，最后两次沉降量平均值之差≤2mm时，可进行下一级加载。
第三级加载到2396KN(120%荷载)，加载完毕1h后测沉降值，每6h测量一次。
加载过程中采用DNA03水准仪(精度±1mm)实施全天候跟踪观测支架的变形情况并作好记录，加载完成后，当各观测点满足最初24h的沉降量平均值＜1mm，或最初72h的沉降量平均值＜5mm，或最后两次沉降量平均值之差≤2mm任一条件时，判定为支架合格。
卸载按照加载顺序的反向进行，按先加载的后卸，后加载的先卸的原则。
5 渡槽槽身施工
5.1 渡槽槽身施工顺序
跨中支撑立柱基础处理→立柱钢管及工字钢搭设→支架平台预压→底模、侧模安装→钢筋加工及安装→内模及端模安装→槽身混凝土浇筑→混凝土养护→模板及支架拆除。
5.2 渡槽槽身施工
1、严格按照渡槽槽身简易支架施工设计方案对跨中立柱基础进行处理，将局部软弱的基础挖除，采用块石进行回填，压实后采用C20的混凝土浇筑。
2、严格按照渡槽槽身简易支架施工设计方案对立柱钢管及工字钢进行布置。
3、底模、外模安装采用25t汽车吊进行吊装，槽身钢筋在钢筋场加工成型后运输至现场进行焊接绑扎，钢筋安装完成经监理验收后，方可进行内模及端模的安装。
4、由于槽身为U型薄壁结构，为保证底部圆弧段混凝土的施工质量，槽身一次浇筑成型。纵向拉杆、人行道板及伸缩缝二次施工完成。槽身混凝土采用混凝土泵车进行浇筑，采用Φ30软轴振捣棒振捣，振捣棒应垂直插入混凝土中，遵循快插慢拔的原则进行，将混凝土振捣密实。
5、槽身混凝土初凝后开始洒水养护，养护周期不少于14天。
6、槽身不承重内模、端模、侧模，在混凝土强度不低于2.5MPa时，保证其表面及棱角不因拆模而受损坏时，方可拆除；承重底模板应在混凝土强度达到设计强度后，方可拆除。拆除时采用人工配合吊车进行拆除，拆除时从上至下对称拆除。
5.3 注意事项
1、简易支架支撑体系严格按照设计方案进行立柱钢管及工字钢的搭设。
2、支架搭设完成时，应组织技术、安全、施工人员对整个架体结构进行全面的检查和验收，及时解决存在的问题。
3、混凝土浇筑过程中，模板和支架要设专人观测，及时对模板和支架进行检查维护，防止变形、位移或损坏，发现问题及时处理。
6 结语
红岭灌区工程东干渠36#渡槽槽身混凝土施工中，简易支架支撑体系采用立柱钢管和工字钢进行支撑，基础只需进行局部处理，搭设施工便捷，安全稳定性高。红岭灌区工程东干渠36#渡槽工程量大，采用简易支架施工能为工程的按期完成提供有力保证，并且节约了材料，可以为今后同类工程提供参考。
参考文献：
[1]周水兴.路桥施工计算手册.北京：人民交通出版社，2004
作者简介：
彭荣华（1976-），男，四川都江堰人，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作。
论文作者:彭荣华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
标签：渡槽论文; 工字钢论文; 支架论文; 钢管论文; 立柱论文; 混凝土论文; 荷载论文; 《基层建设》2018年第1期论文;