浅谈湘江长沙综合枢纽右汊闸坝梁体架设施工难点及对策

彭 鑫

(长沙市湘江综合枢纽开发有限责任公司，湖南 长沙 410200)

1 工程概况

湘江长沙综合枢纽工程位于湖南省会长沙市下游，距市中心仅20～30 km，是湘江下游9 级开发规划当中的最下游一个梯级，工程有供水、通航、灌溉、发电、城市景观等功能。

闸墩参数:墩体宽3 m，高19.7 m，闸室净宽14 m，闸墩中部有3 cm 结构分缝，架设梁体布置如图1。

图中油泵房高2.7 m，净宽2.4 m，两侧各有30 cm 厚混凝土侧墙，顶板厚30 cm，中间设置宽3 cm结构分缝。

坝顶门机轨道梁、油路和电缆箱梁参数:20 闸孔共布设了80 榀预制梁，每孔两榀“［”型箱梁和两榀“工”型门机轨道梁，单根长17 m，简支端长1.5 m，其中单榀轨道梁重86.6 t，单榀箱梁重50.6 t。

边界条件:梁体预制场布置在和坝后桥相接的进场路上，宽12 m，半幅满足当地通行，半幅预制;预制场地狭长，预制台座布置不规则，且沿程道路变化大，布设吊车轨道困难;基坑围堰已经拆除，无道路进入闸室前后底板;油路和电缆箱梁为“［”型，为方便施工，预制时侧翻后成呈渡槽型施工;梁体运输通道缺乏，就位困难。

2 主要施工工艺

固定式2 台50 t 龙门吊抬吊脱离台座→在吊点处上夹具固定梁体→2 台龙门吊吊夹具携梁体一起反转→龙门吊抬吊上2 ×80t 运梁车→运输至右侧坝头→沿坝后桥逐孔喂梁至JQG150 －40 A3 型桥式起重机→架桥机携梁横移，按照电缆箱梁、下游轨道梁、油路箱梁和上游轨道梁，从下游向上游顺序安装→架桥机过孔，逐孔依此推进。

3 主要施工难点

3.1 箱梁翻身

坝顶油路和电缆箱梁均为薄壁结构，腹板30 cm，翼缘25 cm，其中主受拉区位于下翼缘处，腹板仅为结构配筋，翻身时主受力部位的强度和刚度均不足，同时起吊不同步易造成受扭破坏，因此如何保证侧翻预制的箱梁安全翻身是梁体架设的第一个难点。

3.2 架桥机携梁横移

运梁车沿架设好的坝后桥将坝顶预制梁运至待架的闸孔孔位时，架桥机需携梁横移方能使梁体就位，存在两个技术困难:①在墩位3 榀梁架设时架桥机前后支腿高差过大，后支腿搁于已架设完成的梁体上，比前支腿高一个梁体高度，达2.7 m，远超过架桥机支腿伸缩极限，因此如何保证前支腿在架设时的安全稳固成为一个必须解决的关键技术问题;②在架设坝前上游轨道梁时，架桥机携梁横移要经过油泵房30 cm 厚混凝土侧墙，其总吨位达213.6 t，且泵房中间有3 cm 结构分缝，上游轨道梁沿侧墙如何安全横移，避免闸墩在偏心受力的情况下油泵房侧墙出现较大的横向位移是又一个难点。

4 主要施工对策

4.1 梁体起吊

起吊思路:将箱梁现行锁口，将单一腹板受力转换为整体空腔结构受力，改善梁体截面受力状况。起吊时采用QM50 t－9.4 m/6 m 型的2 台龙门吊脱离台座，然后安装好抱箍夹具，再通过2 台龙门吊缓慢同步翻身呈“［”型，恢复梁体设计状态。各主要环节分述如下。

4.1.1 吊点位置选择

1)根据正、负弯矩相等处(M1=M2)，正负弯矩最小的原则，吊点位置:

钢筋所能抵抗的最大悬臂弯矩:

需补充的弯矩为:

190.5 kN·m－159.75 kN·m=30.75 kN·m。

2)采取措施:

考虑加型钢拉杆，所补钢材截面抵抗矩:

锁口后对整体刚度和强度进行了复核:

①悬臂端最大挠度:

小于[ f] = L/250 =3 500 mm/250 =14 mm，刚度满足要求。

式中 λ = m/l =3.5 m/(16.98 m－2 × 3.5 m)=0.351 m;

②跨中段最大挠度:

小于[ f] =9 980 mm/500≈20 mm，刚度满足要求。

③ 正弯矩M 验算:

此时30 cm 厚腹板下层受拉，受拉区钢筋所能抵抗的弯矩:

实施中采用可拆卸式15 根［14b 型钢进行锁口，确保内撑外拉，型钢具体布置:在3.5 m 起吊位置左右2 m 范围和梁体中心2 m 范围按照1 m 间距，其余按照 1.5～2 m 间距。

4.1.2 吊具选择

对称于吊点两侧，按照50 cm 间距各布置4 个直径为100 mm 对称孔，穿套直径为80 mm 钢棒，然后利用钢棒外露端作为起吊点，2 台龙门吊抬吊的方式脱离台座，施工前对孔壁的局部紧接承压应力和孔壁拉应力以及钢棒强度进行验算，以确认开孔位置、直径和钢棒直径等，避免开孔过高产生拉、压应力破坏和钢棒直径过小而产生的变形破坏。

4.1.3 梁体翻身

梁体提升离开台座后，下垫枕木抬高，然后在3.5 m 起吊位置安装抱箍夹具，其中腹板底部放置2根纵向型钢垫底以防止起吊过程中的梁体扭动，然后利用2 台固定式的龙门吊起吊上翼缘位置夹具吊耳，缓慢同步抬高进行翻身90°至设计状态，主受力杆件验算如下。

1)抱箍型钢(横向)。

自身抵抗矩:

式中AS(5Φ12)=565 mm2;

横向主梁截面抵抗矩:

采用［20 型钢(W =0.191 ×106mm3)对接焊接，在吊点位置分布4 根可满足要求，实施中采用可拆卸式［25 型钢作为主抱箍型材。

2)纵向型钢。

按照0°时弯矩最大计算，起翻后中点产生的最大弯矩M=M2=196.7 kN·m，扣除自身抵抗弯矩159.75 kN·m，需补充纵向主梁截面抵抗矩:

实施中采用［20 型钢(W =0.191 ×106mm3)，沿纵向布置2 根可满足要求。

采取以上措施后，40 榀坝顶箱梁均翻身顺利，未出现梁体开裂甚至断裂现象。

4.2 梁体运输

梁体运输采用专用箱梁架设的2 ×80 t 的运梁车，柴油动力，自带支撑和锁定装置，实施中运梁安全、平稳，克服了运输路线长，路面条件差的困难。

4.3 梁体架设

运梁车沿坝后桥喂梁至架桥机处，JQG150 —40A3 型桥式起重机携梁横移，上述主要技术难题解决如下。

4.3.1 前支腿垫高支撑

支撑架采用［20 槽钢、∠63 × 6 等边角钢、20 mm 厚钢板组合成1 m×1 m×2.7 m 格构柱作为轨道支撑架。施工前为保证结构安全，对该格构柱结构稳定、强度等进行验算，均能满足要求，具体如下:

1)弯矩作用平面内的整体稳定性。

按照偏心受压格构柱弯矩绕虚轴(x 轴)作用时的公式:

计算后整体稳定强度为166 N/mm2，小于[ f ]=215 N/mm2，满足要求。

2)单肢稳定性计算。

单肢的轴心压力按平行弦桁架弦杆的原理计算N1:

满足要求。

另外对缀条强度、格构柱顶水平连系梁强度、焊缝等均进行了计算复核，确定工艺和选材。实施中，为增加格构柱强度和整体稳定性，在格构柱顶部和下部50 cm 范围，用10 mm 的钢板在四周形成一个封闭的围挡。运行中3 个格构柱无变形、开裂等现象，随架桥机跨孔前移，周转利用，较好地解决了前支腿在待架梁体槽位位置过矮的难题。

4.3.2 架桥机携梁跨油泵房

施工中利用油泵房30 cm 侧墙作为行走的承重结构，首先要验算混凝土承压能力，然后验算顶端水平拉应力。

1)混凝土承压能力:按照45°扩散角，30 cm 宽的局部荷载集度进行验算，不考虑周围混凝土约束和钢筋承载，简化为轮压触地范围内的混凝土柱承载能力计算如下:

长细比l0/b =2 ×2.7 m/0.3 m =18，查表稳定系数φ=0.81;

最不利荷载:Q=3q1/4+q2/2 =80.825 t;

安全系数k=N/Q=334.1 t/80.825 t=4.1。

2)混凝土侧墙顶端抵抗水平力能力:拉应力取架桥机最不利轮压的10%，进行验算。

实施中在油泵房顶按1 m 间距铺设［25b 槽钢对油泵房侧墙两边进行加固，增加闸墩整体的横向刚度，以抵抗单侧墙在轮压作用下产生过大变形。单根［25b 槽钢在轮压水平力作用下产生的变形:

单侧变形量=ΔL/2 =0.24 mm，小于9.45 mm，加固效果明显。

3)辅助软件计算:为保证计算准确性，另外用计算机辅助软件ansys11.0 进行有限元建模，取液压泵房所在的受力敏感部分进行空间有限元分析。根据空间有限元分析结果，在突变的边角位置，在最不利荷载作用下，结构正应力中最大拉应力为2.04 MPa，和规范值ftk=2.01 MPa 相当;最大压应力为13.40 MPa，小于规范值fck=20.1 MPa。

按照常规混凝土结构理论，30 cm 混凝土墙体抗压强度完全能够满足施工荷载作用下的强度要求，但按照ansys11.0 模型计算，考虑到混凝土材料性质非线性和边角位置的应力集中，特殊位置受力状况需进行改善，特别是闸墩靠近油路箱梁一侧的外侧竖直面上，加强该处混凝土横向刚度和限制该位置位移成为架桥机在侧墙上安全运行的关键。具体措施①将下游箱梁2.5 cm 分缝间隙全部用木板填充密实，同时将闸墩分缝也用杉木板填充好;②将箱梁和轨道梁预留钢筋进行焊接固定;③在闸墩顶采用［25 槽钢按照1 m 间距将闸墩连接成整体，提高闸墩横向刚度;④油泵房段满铺枕木后，沿墩侧15 cm 为中心位置放置轨道;⑤吊梁前，先用架桥机空载在坝顶运行一趟;⑥携梁行走时梁体尽量靠近尾部，减轻前支腿压力。

5 结束语

常规方案中，为解决坝顶梁运输通道的问题，常在坝顶沿铺设方向搭设两线运梁通道，最常用为贝雷架钢构，全线拉通，上覆轨道，运梁小车随架桥机过孔口，逐孔喂梁前行。该方案弊端明显:①施工难度大，受交通条件影响，没有施工通道，汛期闸室开始过流且开启的闸门影响大，形成运梁通道难度之大不言而喻;②施工时间长，通道搭设和拆除估计至少要延长工期1.5 个月;③经济性差，340 m 长闸孔全线拉通形成通道，按照100 元/m 计算(含租赁、搭设、拆除等)，至少要增加费用30 余万元。

湘江长沙综合枢纽工程右汊泄水闸的坝顶梁体翻身和过油泵房顶的施工技术成功应用，在1 个月有效时间里，将20 孔闸墩80 榀梁架设完成，为同类墩顶梁体架设提供了成熟的施工经验，具备施工方法简单、施工速度快、经济效益明显的特点，同时也有几点值得类似项目借鉴:

1)为减少架设施工难度，尽量避免对薄壁预制结构进行翻身，为后期架设降低安全风险，同时也加快了施工进度。

2)预制场地面积要能满足预制和存梁的需求，预制梁体起吊尽量采用轨道式龙门吊，整个预制和存梁厂区在龙门吊控制范围内，避免出现预制场地过长，过于分散的布置。

3)要注重细节，特别是存在重大安全隐患的部位，如前述的梁体翻身抱箍夹具在施工中均垫设枕木，避免夹具和预制件硬性接触，同时保证同步匀速侧翻;又如在坝顶型钢锁定时，一侧采用枕木和墙体接触，避免纯刚性接触，同时轨道导梁下设枕木尽量避免受力不利位置，如遇拐角和结构突变区，避免应力集中产生拉压破坏。

［1］周 氐，章定国，钮新强.水工混凝土结构设计手册［M］.北京:中国水利水电出版社，1998.