具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1—4所示，本发明是一种高拱坝泄洪表孔支铰大梁施工技术与方法，该高拱坝泄洪表孔支铰大梁施工技术与方法包括支铰大梁首层施工工序流程和支铰大梁标准层施工工序流程。

施工工序流程：

支铰大梁首层施工工序流程：预埋件埋设→贝雷梁施工→支撑系统安装施工→底部模板安装施工→钢筋制安及侧模施工→支铰大梁首层的混凝土浇筑施工。

支铰大梁标准层施工工序流程：凿毛处理→钢筋制安及侧模施工→支铰大梁标准层混凝土浇筑施工。

承载力验算：

大坝泄洪建筑物由坝身泄洪表孔、泄洪底孔及下游消能防冲建筑物等组成。泄洪表孔及泄洪底孔均布置在拱坝坝身。以泄洪表孔采用浅孔布置形式，泄洪底孔相间布置在三个表孔之间，形成三表孔两底孔的布置格局，孔口宽度15m，堰顶高程628.00m，左溢流面底部出口高程602.88m，为收缩式喇叭口形式；中孔溢流面底部出口高程612.95m，出口为开放式喇叭口；右孔溢流面底部出口高程603.31m，出口为收缩式喇叭口，溢流面两侧导墙均为6m宽，弧门支铰大梁底部高程为EL633，宽度为7.7m，顶部高程为EL646，宽度为10m为例。验算过程包括以下步骤：

步骤一：

单层贝雷梁支架计算

贝雷梁计算模型按照15m跨度简支梁计算，贝雷梁放置在预埋工字钢上，跨度约15m。分区域计算，贝雷片布置间距1m，则按照单跨贝雷梁受力最大断面考虑荷载(承重宽1m，高1.5m，长度12m梁考虑)。

荷载计算

(1)永久荷载计算

模板及支撑架自重标准：G1K＝1KN/m²＝1KN/m；

新浇混凝土自重标准：G2K＝25KN/m³＝25×1×1.5＝37.5KN/m；

贝雷梁自重：G3K＝1.2×4.3KN/片×3片/3m＝5.16KN/m。

(2)可变荷载

施工人员及设备荷载：Q1K＝2.5KN/m²＝2.5KN/m；

振动荷载：Q2K＝2KN/m²＝2KN/m；

(3)线荷载计算

静荷载分项系数取1.2，动荷载分项系数取1.4，所以5贝雷梁梁施工的荷载为：

q＝1.2×(1+37.5+5.16)+1.4×(2.5+2)＝58.692kN/m

步骤二：

桁架受力计算

(1)桁架跨中最大弯矩：

M＝q1²/8＝58.692×15×15/8＝1650.71KN·m：

RB＝0.5ql＝0.5×58.692×15＝440.19KN，L为跨度。

根据广州军区工程科研设计所黄绍金、刘陌生编著的《装配式公路钢桥多用途使用手册》，查手册中P59页表3-6

桁架容许内力表 表3-6

三排单层加强弦杆贝雷片桁架的容许承载力为：[M]＝4809KN·m，[Q]＝698KN

实际施工中桁架内力均小于容许承载力，结构受力上满足使用要求。

抗弯安全系数：K＝[M]/M＝4809÷1650.71＝2.9

抗剪安全系数：K＝[Q]/Q＝698÷440.19＝1.58，满足承载力要求。

(2)贝雷桁架结构节点受力：

由于支铰大梁全部荷载由24榀贝雷桁架分担，则每榀桁架承受的荷载为G’＝G/24＝400/24＝16.6t，桁架两端的支座反力为Fa＝G’/2＝81.34kN。计算时选取最不利情况进行复核计算，贝雷桁架采用5跨贝雷架拼装，根据贝雷架结构形式，贝雷桁架按10跨考虑，每跨长为1.5m，高为1.7m，每个节点上受力为P＝162.68/10＝16.27KN，节点部位均采用贝雷销子联接。

贝雷架材质及力学特性：贝雷销子为30铬锰钛钢。

30铬锰钛的拉应力、压应力和弯曲应力：0.85×1300＝1105MPa，即为112.76kN/cm²

30铬锰钛的剪应力：0.45×1300＝585MPa。即为59.7kN/cm²

因此贝雷销子满足受力要求。

贝雷片桁架变形计算

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》，贝雷片桁架的变形有非弹性变形和弹性变形两种，非弹性变形主要是由于轴销之间的间隙而产生的变形，弹性变形是由于荷载作用下引起的变形。

①非弹性挠度(插销间隙产生变形)

简支情况下桁架(偶数节)非弹性变形可采用以下公式计算

fm＝0.05×n²

式中，n为贝雷片桁架的单元数，本桁架跨度15m，单元数n＝5

fm＝0.05×25＝1.25cm＝12.5mm

②弹性变形(荷载作用下变形)

参照简支吊车桁架跨中挠度计算，根据《钢结构设计手册》中的简支吊车桁架跨中挠度计算公式，荷载作用下桁架变形为

式中，M为跨中弯矩，L为跨度，E为桁架材料的弹性模量，Ix为桁架截面的惯性矩。

查《装配式公路钢桥多用途使用手册》第59页表3-5，采用三排单层时，其近似惯性矩为I＝1732303cm4，E＝2.1×107N/cm²。

f＝1650.71×1000000×15000²/(10×2.1×100000×1732303×10⁴)

＝10.21mm

因此，桁架的总变形为

∑f＝12.5+10.21＝22.71mm＜[f]＝L/400＝15000÷400＝37.5mm

桁架变形满足要求。

步骤三：

大梁底面模板支撑验算

大梁主要采用钢管脚手架支撑，所有承重立杆均采用对接扣件连接。主梁底部立杆间距为100cm×100cm，查《简明施工手册》得：横杆步距1m时对接扣件连接时单根立杆容许荷载为[N1]＝35KN。

分片区计算，计算范围为1.0m×1.5m(宽×高)，其底部采用2排立杆，立杆排距最大为100cm，脚手架承担的荷载主要有恒载和活载两部分，其中恒载包括：a、混凝土自重；b、钢筋自重；c、模板及围檩自重；活载包括：d、施工人员及设备荷载；e、振捣荷载；f、卸料冲击荷载。立杆计算区取2根立杆，则单根立杆承担的荷载计算如下：

a、混凝土自重：N_GK1＝1×1×1.5×24/2＝18KN(砼自重为24KN/m³)

b、钢筋自重：N_GK2＝1×1×1.5×1.5/2＝1.125KN(钢筋自重为1.5KN/m³)

c、模板及围檩自重：N_GK3＝1×1×0.5/2＝0.25KN(模板及围檩自重为0.5KN/m²)

d、施工及设备荷载：N_QK4＝1×1×1/2＝0.5KN(施工荷载为1.0KN/m²)

e、振捣荷载：N_QK5＝1×1×2/2＝1KN(振捣荷载为2.0KN/m²)

f、卸料冲击荷载：N_QK6＝1×1×2/2＝1KN(卸料荷载为2.0KN/m²)

单根立杆承担的总荷载为：

N＝1.2∑N_GK+1.4∑N_QK＝1.2×(18+1.125+0.25)+1.4×(0.5+1+1)

＝26.75＜[N₁]＝35KN

满足受力要求。

预埋工字钢验算

按照悬臂梁形式计算，前面计算的支座最大剪力为440.19KN

截面应力验算如下：对于工字钢I40a，W＝1090cm³

弯矩M＝220.1×0.37+220.1×0.16＝116.65KN.m

弯曲应力δ＝M/W

＝116.65x106/1090000＝107.02MPa

剪应力t＝N/A

＝440190/8610＝51.13MPa

应力验算

截面验算通过。

经承载力验算，确定以下材料列表：

支铰大梁首层施工工序流程包括以下步骤：

(一)预埋件埋设：

孔口闸墩总高程为EL628.80m，在孔口闸墩内侧的边墙预留一定高程后，对称预埋9组I40a工字钢预埋件1，待孔口闸墩浇筑EL631.5m处吊装贝雷梁4。工字钢预埋件1一端端头处露于边墙外部，其位于边墙内的一端通过网片钢筋12加固埋于孔口闸墩内。

(二)贝雷梁施工：

将五组尺寸为3115×176×1500的321型贝雷架通过贝雷销栓接形成贝雷架片；贝雷架片顶部及底部设有加强弦杆2，贝雷架片与加强弦杆2之间采用螺栓连接。将三组贝雷架片等间距设置，并在两端通过贝雷架连接形成贝雷架组。将八组贝雷架组通过在两端底部固定设置四组尺寸为I40a×12000支撑梁3形成贝雷梁4，支撑梁3与贝雷架组之间采用螺栓连接，贝雷梁4整体跨度为15m。

其中，贝雷架租赁厂家成品使用，经验收合格后，按安装顺序进行分类堆放，做好保护措施，具备安装条件后，利用载重汽车拉运至坝顶，由塔机吊运至对应安装部位，配合人工进行安装。

本发明使用321型贝雷架，构件进场后选择合适场地进行预拼装及荷载试验，通过计算贝雷桁架的弹性变形、非弹性变形，采用现场模拟试验测定其挠度，为支铰大梁混凝土现浇支架搭设提供技术参数，同时验证贝雷梁4在同一荷载下的理论计算挠度和实际挠度的相符性。

支撑贝雷架安装完成后，主要检查以下项目：

⑴外观检查

⑵主要尺寸偏差

为了进一步保证贝雷梁4整体强度，所述贝雷梁4上还设有四组加强连接梁11，加强连接梁11穿过贝雷架片，且与支撑梁3平行设置，加强连接梁11通过U型螺栓与贝雷架片底部的下加强弦杆2连接。

(三)支撑系统安装施工：

将贝雷梁4整体吊装至孔口闸墩内侧，与工字钢预埋件1连接形成支撑系统，并在贝雷梁4与闸墩内侧边墙之间留有预留槽5。其中，工字钢预埋件1与支撑梁3之间采用焊接连接；贝雷梁4与闸墩内侧边墙之间预留20cm深预留槽5。

(四)底部模板安装施工：

在贝雷梁4上面布置13根尺寸为I16×9000工字钢连接梁6，工字钢连接梁6间距1m，作于钢管排架7底座，贝雷梁4与工字钢连接梁6之间采用U型螺栓连接。

钢管排架7通过将小横杆、大横杆、立杆通过扣件连接搭设，其中小横杆、大横杆、立杆均采用φ48×3.5钢管，搭设前进行钢管壁厚检查，搭设参数步距、横距、纵距均为1m，搭设扣件按小横杆→大横杆→立杆的连接顺序搭设。

其中，大横杆设置在立杆内侧；大横杆接长采用对接扣件连接，也可采用搭接；大横杆搭接长度1m，按等间距设置3个旋转扣件固定，端部扣件盖板边缘至搭接纵向水平杆杆端的最小距离100mm。搭设小横杆主节点处必须设置一根横向水平杆，用扣件扣接且严禁拆除；主节点处两个直角扣件的中心距不应大于150mm。作业层上非主节点处的小横杆，根据支承脚手板的需要等间距设置，最大间距不大于纵距的1/2。钢管排架7通过工字钢连接梁6与贝雷梁4连接形成整体，工字钢连接梁6与钢管排架7的立杆采用焊接连接。在钢管排架7顶部通过工字钢与钢管形成排架，底模8即可满铺于钢管排架7上，底模8主要采用120×3000×3300、120×3000×1500钢模板。

为了保证钢管排架7的稳定性，钢管排架7的底部设有扫地杆，扫地杆应采用十字扣件固定在距底座上方处的立杆上，距离不大于300mm，距栈桥顶面高度为20cm。正面和侧面设有剪刀撑和横向斜撑，剪刀撑、横向斜撑搭设随立杆、大横杆和小横杆等同步搭设。主节点处固定小横杆、大横杆、剪刀撑、横向斜撑等用的十字扣件、万向扣件的中心点的相互距离不大于150mm。施工平台采用脚手板搭设，脚手板用铅丝与脚手架帮扎，脚手板底部每隔60cm增设小横杆，施工平台外围挂安全网。

(五)钢筋制安及侧模施工：

通过钢筋制作架立筋，钢筋安装前经测量放点制作架立筋以控制高程和安装位置，且根据间距在架立筋上划好线，将加工好的钢筋按所划线位，钢筋连接采用套筒方式，局部采用焊接方式。架立筋整体放置于底模8上，并以底模8为基础安装侧模，侧模采用P6015、P3015、P1015三种组合钢模板拼装成型，体型变化部位、预埋插筋等钢模无法安装部位采用木模封堵；侧模采用“内拉+内撑”的形式进行加固，即模板拉杆利用锚墩结构钢筋焊接加固，但必须确保两侧拉杆焊接在同一根钢筋上。贴脚部位模板采用“立柱+前后拉杆”的型式加固。

(六)支铰大梁首层的混凝土浇筑施工：

孔口闸墩与支铰大梁首层同步凝土浇筑上升，其中支铰大梁首层的浇筑采用分层方式浇筑。在上一层浇筑收面时预埋槽钢及预埋环，立柱选用[12.6槽钢，预埋环选用φ14圆钢，预埋深度不得小于30cm，槽钢预埋深度不小于50cm。其余浇筑层采用“内拉+内撑”的形式进行加固，在第一层浇筑收面时根据第二层模板配置提前预埋预埋环，预埋环为φ14圆钢，预埋深度不得小于30cm。模板加固拉杆采用φ12圆钢，间、排距按不大于0.75*1.5m布置，并符合《水利水电工程模板施工规范》(DL/T5110-2000)中有关要求。

针对预留槽5可待贝雷梁4拆除后进行回填，预留槽5回填前，将架立筋与孔口闸墩钢筋连接。浇筑上一层混凝土时先根据施工能力在一定范围的工作缝均匀铺设一层2～3cm厚强度等级高于同部位混凝土一个强度等级的水泥砂浆。根据施工环境和气候条件，也可铺设一层小级配混凝土或同强度的富浆混凝土取代水泥砂浆的铺设。

需要说明的是，支铰大梁首层施工工序流程在钢管排架7搭设完成后，底模8满铺于钢管排架7上之前，还需设置底模8预拱度，底模预拱度＝弹性变形+非弹性变形。其中，贝雷梁4非弹性变形主要来自贝雷梁4销钉孔间隙，其数值大小取实际观测值，即在贝雷梁4安装完成后，加载前，观测此时贝雷梁4的变形，视其为非弹性变形值。

①非弹性变形挠度(插销间隙产生变形)

简支情况下桁架(偶数节)非弹性变形可采用以下公式计算：

fm＝0.05×n²

式中，n为贝雷架数量，贝雷梁4跨度15m，数量n＝5；

fm＝0.05×25＝1.25cm＝12.5mm

②弹性变形(荷载作用下变形)

荷载作用下桁架变形为：

式中，M为贝雷梁4跨中弯矩，L为贝雷梁4跨度，E为材料的弹性模量，Ix为贝雷梁4截面的惯性矩。

采用三排单层时，其近似惯性矩为：

I＝1732303cm⁴，E＝2.1×10⁷N/cm²；

f＝1650.71×1000000x150002/(10×2.1×100000×1732303×10⁴)＝10.21rnm

因此，桁架的总变形为：∑f＝12.5+10.21＝22.71mm

15m跨中最大预拱值取23mm，支墩处与15m跨中弹性变形值取之间的差值沿15m贝雷梁4跨中按二次抛物线设置，预拱度值通过钢排架顶部布设的顶升调节丝杠10进行调整。模板施工预拱度为贝雷梁4非弹性值加弹性变形值之和。贝雷梁4非弹性值测定后，模板施工预拱度按弹性变形值的布置形式布设，并根据预压观测的结果进行修正。

此外，该高拱坝泄洪表孔支铰大梁施工技术与方法在支铰大梁首层的混凝土浇筑前、每一层混凝土浇筑凝固后、整体浇筑凝固后对贝雷梁4的挠度进行变形监测：

(1)监测点的布设：

变形监测点9的布设选择在最能反映贝雷梁4变形特征又便于监测的位置。贝雷梁4的变形监测为挠度监测，为了准确地反映贝雷梁4的变形监测情况，在贝雷梁4的顶部和底部分别设置10等间距且同轴的监测点9，具体布置如图5所示。

由于布设在贝雷梁4底部的监测点9，处于悬空状态，考虑到浇筑过程中人身安全等因素，监测点9位置无法去人放置监测标志，为了能快速、准确的测出各监测点9的数据，在各个监测点9上贴置5×5cm自贴式反光贴，便于测量仪器直接测量。

(2)仪器监测

由于贝雷梁4监测相对精度较高，为了精确反映贝雷梁4在浇筑过程中的细微变形，选用全站仪作为贝雷梁4挠度监测设备。利用全站仪测量出监测点9坐标变化值，并据此计算出贝雷梁4的挠度值。

(3)监测频率

为了更加直观的反映贝雷梁4浇筑前后及浇筑过程中的变形趋势，根据贝雷梁4监测的时间间隔，贝雷梁4监测频率为：混凝土浇筑前、每坯层浇筑后、全部混凝土浇筑完成后1h各一次。记录表格见下表：

⑷安全监测预警

根据贝雷梁4压荷载试验的监测成果，作为贝雷梁4支撑系统安全监测的基础值。采取预压荷载试验中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。根据浇筑过程监测数值变形情况，适当控制首层混凝土浇筑上升速度，使贝雷架挠度值满足设计要求。

支铰大梁标准层施工工序流程包括以下步骤：

(一)凿毛处理：

支铰大梁首层混凝土浇筑达到工作强度后采用冲毛枪进行缝面及预留槽5缝面冲毛处理；处理后的缝面达到表面粗糙、粗砂外露、个别粗骨料外露不超过骨料表面积的2/3。表孔预留宽槽回填混凝土浇筑前，宽槽两侧施工缝面按照新老混凝土结合面要求进行凿毛。

(二)钢筋制安及侧模施工：

通过钢筋制作架立筋，钢筋安装前经测量放点制作架立筋以控制高程和安装位置，且根据间距在架立筋上划好线，将加工好的钢筋按所划线位，钢筋连接采用套筒方式，局部采用焊接方式。架立筋整体放置于支铰大梁首层混凝土上，并与首层混凝土为基础安装侧模，侧模主要采用P6015、P3015、P1015、木模，其上游面立模时预留1个150cm×60cm(长×高)进人兼振捣孔，待混凝土浇筑到此部位后将模板恢复。

(三)支铰大梁标准层混凝土浇筑施工：

孔口闸墩与支铰大梁标准层同步凝土浇筑上升，到达支铰大梁高度要求后，待混凝土浇筑达到工作强度3.5MPa以上后，拆除支铰大梁标准层和首层模板、钢管排架7、贝雷梁4，最后割除工字钢预埋件1。

综上所述，按照该高拱坝泄洪表孔支铰大梁施工技术与方法进行表孔支铰大梁施工，能够降低施工难度、风险系数，缩短施工周期，同时工程措施相对较少，施工质量能够保证。

安全性方面：该高拱坝泄洪表孔支铰大梁施工技术与方法的实施将支铰大梁受力形式由悬臂调整为简支形式，降低了施工难度、风险系数，同时贝雷架构件大、数量少，整体性强，安全可靠性高。

适用性方面：表孔坝段除支铰大梁外，后续门机大梁、交通桥混凝土浇筑亦可采用贝雷梁4支撑系统的方式施工，为后续施工积累了实际经验，同时减少了预埋件材料投入，减少了人员投入。

缩短工期方面：采用贝雷梁4支撑系统后，表孔能够由左边墩、左中墩、右中墩、右边墩四个区域调整为表孔左侧和右侧两个区域，并仓后较少了浇筑仓号，大大缩短了施工工期。