大跨度、高空现浇钢筋混凝土梁系施工技术

1、大跨度、高空现浇钢筋混凝土梁系施工技术 概述 三峡升船机为齿轮齿条爬升式垂直升船机，其过船规模为 3000t级，最大提升高度113m具有提升高度大、提升重量大、 船厢与混凝土建筑物结合密切， 施工精度要求高等特点， 是目前 世界上规模最大和技术难度最高的升船机。 三峡升船机船厢室段塔柱结构， 每侧由“墙 -筒体- 墙-筒体- 墙”通过沿高程布置的纵向联系梁形成119m长、16m宽、146m 高的组合结构，中间布置升船机室的承船厢，承船厢宽度为 25.8m。塔柱顶部设计布置了 2个平台和7根横梁作为横向联系， 将塔柱左右两侧联接形成整体结构， 其中 2个平台部位各有 4根 横梁和2根纵梁，在横梁

2、两端沿流向各通长布置了一根119m长 基础梁将 13根横梁、 2个平台连接成整体框架梁系结构。横梁 结构尺寸为25.8 x 1X 2.75 x 7.15m （跨度x宽度X中部高度X 两侧高度）。 关键施工技术 塔柱顶部梁系具有跨度大（25.8m）、荷载大（354.75t ）、 高空（146m）部位作业、质量要求高等特点，针对高位现浇钢筋 混凝土梁系支撑结构设计难度大、 施工难度大、 施工安全风险大 等难题，为确保施工质量、加快施工进度，国内首次在水工薄壁 建筑物顶部现浇梁系施工中， 采用大跨度、 高空贝雷架支撑结构 体系技术。 1、施工手段布置 上闸首航槽两侧布置有 2 台 F0/23B 型行

3、走式塔机，主要作 为船厢室段靠上游侧施工区域的起吊设备； 航槽两侧岩台上分别 布置的两台固定式 C7030塔机和两台固定式 K40/26塔机，作为 船厢室段施工的主要起吊设备。 2、贝雷架布置 塔柱顶部梁系采用贝雷架 +钢支座 +钢管排架 +组合钢模板支 撑技术施工，贝雷架选用 321 型。横梁、纵梁、基础梁及观光平 台梁系分别选用双层顶部加强型、 双层上下加强型、 单层顶部加 强型等多种组合形式， 并在贝雷片组与组之间增设斜向连接杆件 保证贝雷梁整体稳定性。针对一次浇筑高度达4m的纵梁部位， 创新性的设计了 C型高抗剪型贝雷片。并建立4种有限元结构模 型和 16 种有限元加载模型，采用大型通

4、用有限元分析软件 SAP2000对贝雷架钢桥结构进行三维空间有限元分析计算，贝雷 架布置见表 1。横梁下部设 1套移动式操作平台、 4根纵梁下部 共设 4 套固定操作平台用于贝雷架的安装和拆除。 3、钢管支撑排架及模板 3.1 排架布置 根据施工荷载及贝雷架组合方式确定排架间排距， 贝雷梁顶 增加联系杆件和排架底座， 改善贝雷架受力条件， 并减少了排架 侧滑移位风险。 为满足排架整体稳定性要求， 排架间隔设置剪刀 撑和扫地杆， 左右侧基础梁底部排架设连墙杆将排架与塔柱墙面 联接，并在两个横梁之间布置联系排架。 3.2 模板布置 横梁主要采用组合钢模板施工， 局部配以刨光木板补缝， 模 板采用

5、16对拉螺栓并设内支撑固定，螺栓间排距按照 70X 70cm控制，支撑采用 28钢筋，采用 48X 3.5钢管横竖 围令。见图 3。 4、贝雷架钢支座 贝雷架由设在塔柱墙壁外侧的钢支座支承， 钢支座与贝雷架 之间设置钢结构箱梁。 钢支座对称布置在船厢室两侧的塔柱墙壁 上，垂直于水流向布置，位于每个横向墙端面的轴线附近，单个 钢支座载荷最大达到了 4830KN详见图4。 钢结构支座通过高强度螺栓与埋件连接， 埋件由锚板和高强 度螺栓组件构成。高强度螺栓组件包括M52螺杆、M52螺母、52 垫圈、D32/M52锚锥、M32螺母、D32高强钢筋以及尾端座等零 件。安装时对高强度螺栓施加一定的预紧力，

6、 通过支座与埋件结 合面的静摩擦力承受支座载荷。 贝雷架载荷作用于支座后， 高强 螺栓组件将承受支座翻转力矩产生的拉力。 另在支座底板下方设 置有剪力板， 用于承受支座竖向载荷， 以作为结合面摩擦失效时 的安全保护。 5、贝雷架安装和拆除 5.1 贝雷架安装 5.1.1 横梁贝雷架安装 以上游第一根跨航槽横梁贝雷架的安装为例说明： 横梁底部 布置两层贝雷架，每层由 12排贝雷片和 4个 450连接框组成。 吊装时需将 3排贝雷片连成 1组，第 1层 4组就位后吊装第二层， 按照从上游向下游的顺序采用两台塔机抬吊。安装程序具体如 下：将操作平台行走至贝雷架底部位置。首先采用450连接 框将第13

7、排连接成一组吊装就位。按同样方法将第2组吊装 就位，两组之间采用 225 连接杆连成整体，依次将第 3 组、第 4 组吊装就位并采用 225连接杆连成整体。 将第 2层第1组吊装 就位采用螺栓将上下两层连成整体， 依次将第 2 层第 2 组吊装就 位采用螺栓将上下两层连成整体， 并采用 225连接杆与第 2层第 1 组连成整体， 依次将第二层第 3 组、第 4 组吊装就位连成整体， 完成贝雷架吊装。 5.1.2 特殊部位横梁贝雷架吊装 平台板横梁吊装。平台板横梁贝雷架吊装长度为33m吊装 长度长，吊装质量重。采用 2台塔机抬吊，单台最大起吊能力为 36m/8t，按起吊能力的75%空制，两台塔机

8、抬吊重量为 12t，而 贝雷架横梁单组吊装单元重量达 15.7t ，采取以下措施： 将 33m 横梁贝雷架缩短至30m吊装，吊装就位后再将剩余 3m单片安装 完成。上层贝雷架上部加强弦杆待贝雷架吊装就位后安装，以 减轻吊重。 中间一根横梁吊装。 中间一根横梁部位贝雷架施工时， 周边 筒体部位贝雷架已安装， 受吊装空间限制， 先吊装下层 3 组单元 就位，后续吊装单元吊装长度由 25.5m调整为21m在前3组单 元形成的平台上再对接成 25.5m 单元。5.1.3 纵梁、基 础梁贝雷架吊装 纵梁、基础梁贝雷架吊装长度和吊重均较小， 每组吊装单元 采用塔机直接进行起吊就位。 5.2 贝雷架拆除 5

9、.2.1 基础梁贝雷架拆除 基础梁每个起吊单元采用单台塔机起吊，共分为 42 个起吊 单元。先用塔机将基础梁起吊， 再利用揽风绳将贝雷架水平旋转 90 度，使其能从两根横梁贝雷架之间的空档下放，最后利用塔 机将贝雷架下放至航槽底板进行拆除。 5.2.2 横梁贝雷架拆除 以下游最后一根（轴 13）横梁贝雷架的拆除为例进行说明。 轴 13 横梁布置 2 层贝雷架，每层由 4 组起吊单元组成。首先将 底部加强弦杆、水平连接框、上部水平连杆、斜杆、组与组之间 联板以及上部加强弦杆拆除， 以减轻起吊重量。 从上部第二层上 游侧一组开始分组拆除，具体操作方法为：在横梁两端各兜挂 1 根钢丝绳， 手拉葫芦固

10、定在钢丝绳上， 塔机起吊钢丝绳卡环固定 在贝雷架上， 通过手拉葫芦将贝雷架抬吊一定高度并通过收放链 条，将贝雷架移出横梁覆盖范围。塔机起吊，解除手拉葫芦钢丝 绳。两台塔机抬吊从上游侧下放至航槽底板进行拆除。 在拆除过 程中，待拆除贝雷架上部横梁需设防护栏杆， 以保证施工人员的 安全。 5.2.3 平台板部位贝雷架拆除 平台板部位贝雷架长度为 33m起吊重量大，且处于封闭的 平台板之下， 按以下操作方式拆除： 将两端头系挂钢丝绳穿过平 台板两端延伸梁空档部位， 用塔机起吊向下游或上游侧移至平台 板范围边缘， 然后将起吊构件临时固定， 将两端头建塔系挂钢丝 绳解除，将钢丝绳重新系挂， 使两吊点位于

11、起吊构件端部 1/3 处， 最后由 2 台塔机抬吊下放至船厢底板进行拆除。 6、塔柱横梁混凝土浇筑 横梁、基础梁梁系结构从平台板处分开， 将横梁梁系结构分 为 3 块单独浇筑， 平台板次梁预留后期浇筑。 利用在船厢室段两 侧各布置的两个38m臂长布料杆和两个32m臂长布料杆，可满足 仓内覆盖范围要求。 混凝土从仓面上下游侧同时开仓浇筑， 泵机 和建塔浇筑布料杆盲区部位。 混凝土全部采用搅拌车运输， 坍落 度1820cm采取平铺法浇筑。 7、施工安全监测 7.1 安全监测的内容 根据塔柱横梁结构施工荷载受力情况， 选择承受荷载最大的 HL2、HL7、HL12横梁的支撑系统作为监测对象。监测内容如

12、下： 监测贝雷架的应力、 应变和位移。 监测塔柱混凝土墙体结构 变形。监测HL2、HL6 HL11三根横梁排架的立杆垂直度和位 移。 7.2 安全监测的实施 7.2.1 钢管排架系统监测 在HL2横梁排架下游侧、HL6横梁排架上游侧和 HL11横 梁排架上游侧中部各选择一根立杆作为排架立杆垂直度监测对 象。在每根立杆的上、中、下部位置贴反射片。利用全站仪测 量出监测点坐标变化值，从而计算出排架立杆垂直度。 7.2.2 贝雷架系统监测 贝雷架系统监测项目及监测频次。监测项目： HL2 HL7、 HL12横梁贝雷架的自振频率监测。 HL2 HL7 HL12横梁贝雷 架腹杆、弦杆应力（应变）监测。

13、HL2、HL7、HL12横梁贝雷 架跨中横截面挠度及侧弯监测。 贝雷架系统应力（应变）及频率测点布置。在承受荷载最大 的HL2和HL12横梁处的贝雷架支撑体系布置了 12个应力（应变） 测点，HL7横梁处的贝雷架支撑体系布置了24个应力（应变） 测点和 1 个频率测点，其中频率测点布置在贝雷架中间底部位 置。采用安装应变计监测贝雷架的应力应变状态， 通过静态应变 测试系统采集数据。 频率监测采用无线环境激励实验模态测试分 析系统采集数据。应力应变测点布置详见图 5。 贝雷架系统变形监测。在 HL2、HL7、HL12横梁贝雷架上 游侧面底部1、5、9节处布置3个监测点，每点贴反射片。利 用全站仪

14、测量出监测点坐标变化值， 并据此计算出贝雷架的挠度 和侧弯变化值。 7.2.3 钢支座系统监测 在墙壁上安装托架并布设百分表的方法监测钢支座系统。 在 每个支座及高强螺栓处分别布置 6 个百分表进行监控， 其中在支 座位置的6个百分表监测支座的 X、Y、Z三个方向位移变化，在 高强螺栓处的 6 个百分表监测高强螺栓的位移量。 7.2.4 塔柱墙体变形监测 分别在距离横向贝雷架底部 0.5m处靠船厢室侧的两侧墙体 上埋设监测棱镜， 通过膨胀螺丝固定在墙体上， 做为塔柱墙体变 形监测点。观测时将全站仪架设在位于下闸首平台的观测墩上， 测出仪器到左右两个棱镜的水平距离以及两个棱镜与仪器之间 组成的夹角， 计算出两个棱镜之间的水平距离， 即塔柱墙壁的变 形。 7.2.5 安全监测预警 根据贝雷架原型荷载试验的监测成果， 作为横梁支撑系统安 全监测的基础值。采取原型荷载试样中100%荷载数据做为通常 值， 110%荷载数据做为预警值，根据线性分析计算出120%荷载 时对应的数据为安全限值。 7.2.6 安全监测结果 横梁浇筑过程中，贝雷架的应力、挠度值、侧弯值、自振频 率，排架垂直度、筒体位移均满足设计要求，横梁支撑体