韩建勋
412821198XXXX12934 河南郑州 450000
摘要：溢流面的交通桥断面4.2m×8m，跨度为12m，在施工中采用I25工字钢，“八”字斜撑采用I16工字钢做成简易支撑，成本低，施工安全。本文就施工支撑的设计与使用进行论述，为今后类似项目施工提供参考。
关键词：溢流面；交通桥；简易支撑
一、概述
某碾压混凝土大坝设计为同层变厚的对数螺旋线型全断面碾压混凝土双曲拱坝，建基面高程200.5m，坝顶高程305.5m，最大坝高105m，坝顶厚6m，坝底厚18.5m，厚高比0.17。坝体曲率变化很大，最小曲率半径为30.72m，最大曲率半径为167.85m，倒悬度一般在0.15～0.35，最大倒悬度达0.41。泄洪方式为坝顶设表孔溢流面泄洪，溢流表孔位于坝体拱冠处，共设计有三个表孔，表孔孔口尺寸为12m。交通桥设在表孔溢流面上部，起到连接左右坝段的作用，交通桥底部尺寸为4.2m（中孔6.2m），顶部尺寸为7.5m，梁高8m，断面尺寸如下图。交通桥底部高程为297.5m，顶部高程305.5m。
二、表孔交通桥施工方案的研究与设计
由于交通桥跨度为12m，重量大（三根交通桥混凝土方量为1800m3，重量每根约1500t），而且交通桥高于溢流面33m（左右表孔高出18m）。还要与闸墩相连接，整体性强，施工难度大，这样大的梁如果采用预制吊装的方法几乎是不可能的。
1、方案研究
在编制此施工方案时曾考虑过多种方案：1、利用溢流面插筋，在溢流面上生根，搭设满堂红承重脚手架，每孔大约需要架子管10～15t、管卡4000余，而且有破损的架子管和管卡都是严禁用在这样的承重架中的；2、利用工地现有的Ф159或Ф108钢管，机械弯制成拱型排架，在钢管中浇筑混凝土，形成钢管混凝土拱形排架，因梁跨度为12m，按拱形排架直径为11m计算，每榀拱形排架重量约为25t，而且吊装精度不容易控制，加之在2005年汛期已将塔机拆除，缺少吊装设备。3、利用工地现有的I16工字钢和其他型钢，在经过周密计算后，在购置部分型钢，作成“八”字型承重架。经过计算主梁采用I25工字钢，“八”字斜撑用工地现有的I16工字钢即可满足要求。
2、方案设计与计算
经过比较，拟采用第3种方案。支承梁的最小底面积为50.4m2，按坯厚0.5m计算，每坯浇筑时间按2.5小时。砼的初凝时间按8小时考虑。所以取计算厚度为2m。取单宽长度计算，简化成五等跨简支梁（实际为靠近闸墩的左右各两跨为2.5m，中间一跨为2m），计算简图如下图所示：
（5）砼下料对模板冲击力：
K5×8KN/m2×1m=1.4×8×1＝11.2KN/m
活荷载＝（3）+（4）+（5）＝q=3.5+2.8+11.2=17.5KN/m
（6）考虑其它不利因素影响：
g/=g+q/2=68.4+17.5/2=77.15KN/m
q/=q/2=17.5/2=8.75KN/m
查附表，弯矩值M=K1g/L02+K2q/L02
b、弯矩计算：
（1）跨中弯矩：
M1＝0.078×77.15×2.52+0.1×8.75×2.52 ＝43.08KN.m
M2＝0.0331×77.15×2.52+0.0787×3.0×2.52 ＝17.436KN.m
M2＝0.0462×77.15×2.52+0.0855×8.75×2.52＝26.95KN.m
（2）支座弯矩：
MB＝－（0.105×77.15×2.52+0.119×8.75×2.52）＝—57.14KN.m
MC＝－（0.079×77.15×2.52+0.111×8.75×2.52）＝—44.16KN.m
比较得Mmax＝57.14KN.m
c、剪力计算：
V＝K3g/L0+K4q/L0
VA=0.395×77.15×2.5+0.447×8.75×2.5=86.62KN
VB左=－（0.606×77.15×2.5+0.62×8.75×2.5）=－130.4KN
VB右=0.526×77.15×2.5+0.598×8.75×2.5=114.53KN
VC左=－（0.474×77.15×2.5+0.576×8.75×2.5）=－104.02KN
VC右=0.5×77.15×2.5+0.591×8.75×2.5=109.37KN
V max=130.4KN
d、材料选型：
（1）初选 I20a 查表型钢〔σ〕＝170MPa 〔I〕＝100MPa
WZ＝237cm3=0.237×10－3m3
IZ/Smax=17.2cm=0.172m
b1=7mm=7×10－3m
σmax=Mmax/WZ=57.14×103/0.237×10-3=241MPa>〔σ〕＝170MPa
因此 I20a不合格
（2）经计算I22a亦不合格
（3）选 I25a
WZ＝401.88cm3=0.402×10－3m3
IZ/Smax=21.58cm=0.2158m
b1=7.5mm=0.0075m
最大正应力：
σmax=Mmax/WZ=57.14×103/0.402×10-3=142.14MPa<〔σ〕＝170MPa
最大剪应力：
Imax＝QmaxSZmax/IZb1=130.4×103/0.2158×8×10-3=75.53MPa<〔τ〕＝100MPa
因此 I25a满足要求
e、斜支撑杆：
（1）斜杆最大分力计算：
Vmax＝130.4KN
VCE＝VC右cos45°＝109.37×0.707＝77.33KN
沿VBD＝Vmaxcos45°＝130.4×0.707＝92.2 KN（斜杆最大分力）
（2）斜杆压杆稳定计算：先计算杆CE
L斜CE＝7.07m
工字钢比例极限σp＝200MPa，E＝2.06×105MPa
斜杆选用I16，斜杆CE可看作一端固定，一端铰支（实际是两端固定）
iZ＝1.89cm＝0.0189m；杆长细比为：λ＝μL/ iZ＝0.7×7/0.0189＝259
λp＝Л(E/σp)1/2=Л(2.06×105/200)1/2＝100
λ＞λp 欧拉公式适用，临界力为
Pij＝Л2EI/（μL）2＝Л2×2.06×1011×93.1×10-8/（0.7×7）2＝78.76KN＞VCE＝77.33 KN
故I16选型正确。
f、计算结果
主梁采用I25a工字钢，“八”字斜撑用I16工字钢，斜撑之间用∠40×40×4连接，以形成整体。
三、表孔交通桥施工方案应用简述
因交通桥和闸墩要形成一个整体，而同时施工时施工干扰较大，经设计近一步优化，采用先起闸墩，在闸墩上预留梁窝并埋设灌浆系统的方案，所以交通桥施工是安排在待闸墩施工至EL305.5m以后，在进行交通桥施工。“八”字型承重支撑平台预埋在闸墩上，I25工字钢埋设在EL297.25m，埋设深度为1m，在闸墩上EL292.5m和EL295.0m预埋300×300×10mm钢板，以形成两道斜撑。支撑平台型钢采用I25的工字钢，布置间距100cm，两道斜支撑采用I16的工字钢，交通桥底板采用小钢模，底部铺方木，方木下垫木楔以便于后期拆模和支撑梁中间起坡。方木铺设从梁中间向两边铺设并放2‰的坡，方木间距为60cm。上、下游侧模施工采用小钢模，斜拉方式加固。交通桥砼浇筑分三次浇筑，第一仓浇筑1.5m，采取闸墩预埋“八”字形支撑平台，平台上部铺设方木用于找平交通桥底模；第二仓浇筑3m，待第一仓浇筑完毕后，要待强7天，在待强时间进行第二仓的施工准备工作；第二仓的混凝土浇筑采用下部混凝土梁和型钢梁共同承重，为确保大梁安全在第一仓分缝线下10cm增设水平筋，其钢筋直径、结构形式及间排距与设计分缝线布置的钢筋相同；第二仓采用插筋焊拉杆加固。第三仓浇筑3.5m，混凝土采用预埋槽钢，在预埋槽钢上焊拉杆进行加固。拉杆直径φ14，间排距75×70cm。表孔交通桥施工支撑布置见下图：
表孔交通桥施工过程中为了保证施工的顺利，有关设计、制作及技术负责人员均到现场指导，安排专职人员在每个表孔交通桥底部设4个参照目标观测点。施工证明支撑结构合理，实测交通桥挠度均在1cm以内，在允许的挠度范围内，符合设计要求。
四、设计实施效果分析
表孔交通桥简易施工支撑的设计实施效果主要体现在两个方面：
1、经济性和合理性：由于交通桥跨度为12m，重量大（三根交通桥混凝土方量为1800m3，重量每根约1500t），而且交通桥高于溢流面33m（左右表孔高出18m）。还要与闸墩相连接，整体性强，施工难度大，如果采用这样大的梁如果采用预制吊装的方法几乎是不可能的。如果采用方案1即利用溢流面插筋，在溢流面上生根，搭设满堂红承重脚手架进行施工的话，每孔大约需要架子管10～15t、管卡4000余，而且在交通桥没有施工完毕时满堂红承重脚手架不能拆除，三个表孔交通桥将使近50t架子管和12000余管卡在交通桥没有施工结束之前积压在交通桥底部，使材料周转困难；而在施工现场没有那么多架子管、管卡，交通桥施工所需架子管、管卡几乎要全部从新购买；方案2即利用工地现有的Ф159或Ф108钢管，机械弯制成拱型排架，在钢管中浇筑混凝土，形成钢管混凝土拱形排架，因梁跨度为12m，按拱形排架直径为11m计算，每榀拱形排架重量约为25t，而且吊装精度不容易控制，加之在2005年汛期已将塔机拆除，缺少吊装设备，所以方案2在施工上行不通。方案3即简易施工支撑方案利用了工地先有的I16工字钢和部分皮带机架子上的角钢，只需购买I25工字钢300m，约12.5t即可，在经济上比方案1要节约钢材约35t，每吨按3000元，即可节约10万元。
2、保证了施工总体进度计划：根据工程总体进度计划要求，采用简易施工支撑方案保证在闸墩施工结束后即可进行交通桥施工，不受汛期影响，而且交通桥的施工和溢流面施工没有任何冲突，在交通桥施工结束后即可立即进行溢流面施工，
五、计算依据
《水工钢结构》、《水工钢筋混凝土结构》《水利水电施工组织设计手册》第五卷
参老文献：
[1][1]栾致锁.混凝土大坝工程溢流面最简施工工艺研究样轨与翻转模板在水利工程溢流面施工中的应用[J].陕西水利，2015（06）：148-149.
论文作者:韩建勋
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/28
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