由“牛腿”施工安全技術(shù)論證淺談“3E”對(duì)策之技術(shù)

□李 朵（河南省水利第一工程局）

1. 認(rèn)知“3E”

預(yù)防事故發(fā)生以及控制事故發(fā)展到更壞的狀態(tài)，即事故的預(yù)防與控制，是安全工作的最終目的，對(duì)于事故的預(yù)防與控制，應(yīng)從安全技術(shù)、安全教育、安全管理3方面入手，采取相應(yīng)措施。因?yàn)榧夹g(shù)(Engineering)、教育（Education）和管理（Enforcement）3個(gè)英文單詞的第一個(gè)字母均為E，也有人稱之為“3E”對(duì)策。

安全技術(shù)對(duì)策——物的不安全狀態(tài);安全教育對(duì)策——使人知道應(yīng)怎么做;安全管理對(duì)策——要求人必須怎么做。

安全技術(shù)對(duì)策是以工程技術(shù)手段解決安全問(wèn)題，預(yù)防事故的發(fā)生及減少事故造成的傷害和損失，是三者中預(yù)防和控制事故的最佳安全措施。

預(yù)防事故的安全技術(shù)對(duì)策包括7個(gè)方面：控制能量；危險(xiǎn)最小化設(shè)計(jì)；隔離；閉鎖、鎖定和連鎖；故障-安全設(shè)計(jì)；故障最小化；告警。而我們要優(yōu)先考慮的就是前兩項(xiàng)，根除或控制危險(xiǎn)因素，以實(shí)現(xiàn)“本質(zhì)安全”。特別是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)較大的，僅僅依賴于管理措施或者在操作說(shuō)明中予以敘述和強(qiáng)調(diào)，而不采取可行的技術(shù)手段，是絕對(duì)不可取的。比如在混凝土澆筑“牛腿”施工過(guò)程中，依靠自身的安全設(shè)計(jì)，通過(guò)施工方法的驗(yàn)證確認(rèn)，消除危險(xiǎn)或使危險(xiǎn)最小化，進(jìn)行本質(zhì)方面的改善來(lái)避免事故發(fā)生，是最理想的方法。

2. “牛腿”施工概況

大壩工程中存在大量“牛腿”工程，需要運(yùn)用大量懸挑架承載所有施工荷載，眾多經(jīng)驗(yàn)支持是施工順利進(jìn)展的關(guān)鍵之一，上升為理論技術(shù)、數(shù)字驗(yàn)證，達(dá)到科技施工、節(jié)約成本、增大效益，卻是現(xiàn)今施工技術(shù)不斷發(fā)展的更高要求。充分利用工程技術(shù)手段解決安全問(wèn)題，保證施工安全，是我們首選的方式。

禹門河水庫(kù)工程0+125.75～0+144.97排沙孔壩段共長(zhǎng)19.22m，上游▽422.34～▽424.18m為1個(gè)1：1斜坡“牛腿”結(jié)構(gòu)，進(jìn)行泵送混凝土澆筑。上游搭設(shè)懸空三角架支撐結(jié)構(gòu)，共用18根三角架，平均分布，六排工字鋼及木板作為平臺(tái)，方木支撐豎向傳力。

3. 荷載分析

假設(shè)一次性澆筑高度為h。

新澆混凝土自重：1/2h2×24×19.22/18＝12.8h2kN，混凝土重力密度為24kN/m3

混凝土對(duì)模板側(cè)壓力的豎向分荷載：

內(nèi)部振搗側(cè)壓力F=10.6kN（代入公式計(jì)算得）

每m2模板承受豎向荷載為：(Pm+F)×0.707＝9.4kN

澆筑過(guò)程中總側(cè)壓力產(chǎn)生的豎向分荷載為：

振搗豎向荷載：2kN/m2×h×19.22×sin45°/18＝2.1hkN

導(dǎo)管傾倒豎向荷載：2kN/m2×h×19.22×sin45°/18＝2.1hkN

鋼管自重：200m/18×3.84kg/m=768kg＝0.43kN

工字鋼100m/18×12kg/m=1200kg=0.67kN

木材：斜面模板為木模和方木支撐共用松木3m3,1.5T/m3×3m3/18＝0.25T＝2.5kN

看作均布載荷，則每根支架上承受的荷載為：

Q＝12.8h2＋14.2h＋2.1h+2.1h+0.43+0.67+2.5＝（12.8 h2＋18.4h+3.6）kN

4. 受力分析

如圖1所示3 個(gè)紅點(diǎn)處ABC3個(gè)支座為受力點(diǎn)，受力示意圖如圖2所示：

圖1 “牛腿”結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖

圖2 構(gòu)件受力簡(jiǎn)圖

這是一個(gè)超靜定結(jié)構(gòu)，B為預(yù)留鋼筋固定端，A、C為支座膠結(jié)點(diǎn)，本次排沙孔段“牛腿”施工，特增設(shè)BD段拉筋。為方便計(jì)算，同時(shí)為了給以后施工提供驗(yàn)證依據(jù)，本次驗(yàn)算忽略拉筋的作用，以ACD構(gòu)件（靜定結(jié)構(gòu)）為研究對(duì)象：

4.1 支座作用力

4.2 作彎應(yīng)力M圖（如圖3）：

根據(jù)實(shí)際情況，三腳支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不用分析校核彎應(yīng)力。

圖3 彎應(yīng)力M圖

圖4 剪力Q圖

4.3 作剪力Q圖（如圖4）：

5. 強(qiáng)度校核

5.1 剪力校核

由剪力圖圖4知，A點(diǎn)剪力最大，校核受力點(diǎn)A的抗剪強(qiáng)度：

支點(diǎn)A為高強(qiáng)螺栓，型號(hào)為M24，抗剪連接，每個(gè)高強(qiáng)螺栓容許承載能力計(jì)算公式為：

式中：P－高強(qiáng)螺栓的預(yù)拉力，取225kN；μ－摩擦系數(shù)，取0.30；n－傳力面摩擦數(shù)目，取1；K－安全系數(shù)，取1.7。

代入得：[NL]=39.7kN

實(shí)際高強(qiáng)螺栓承受剪力為Q，需滿足條件Q≤39.7kN，即：12.8h2＋18.4h+3.6≤39.7

解二次方程得h≤1.11m

5.2 抗拉能力校核

因鋼架結(jié)構(gòu)支點(diǎn)A受力為FAx，方向向左，所以，預(yù)埋鋼筋受力方向向右，為拉力，由爬型錐和高強(qiáng)螺栓連接。預(yù)埋鋼筋為φ22A3鋼材，允許軸向應(yīng)力[σ]＝140MPa。

安全系數(shù)取n=1.7

解方程2.6（12.8h2＋18.4h+3.6）≤82.35

得h≤0.93m

6. 結(jié)論

不考慮拉筋的加固作用，最多可澆筑0.93m。

但是，實(shí)際施工過(guò)程中，我們會(huì)增設(shè)加固措施，三角架、模板上都會(huì)有拉筋來(lái)減輕水平作用力，使校核點(diǎn)A所受軸向拉伸作用力大大減小，同時(shí)減小剪力作用。所以，一次性可澆筑高度不僅限于此數(shù)值。本次驗(yàn)算過(guò)程僅供參考，結(jié)合工程需要、人員機(jī)械配備及工程進(jìn)度等，再做具體計(jì)算，將各項(xiàng)拉筋考慮在內(nèi)，適當(dāng)調(diào)整一次澆筑高度，以達(dá)到最大效益。

[1]吳穹，許開(kāi)立.安全管理學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2002(7)，95～109.

[2]龍馭球.結(jié)構(gòu)力學(xué)[M].鄭州：高等教育出版社，2000(7)，57～304.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)[M].鄭州：高等教育出版社，2004(1)，10～197.

[4]周水興，何兆益，鄒毅松等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004(2)，172～231.