溢流陡坡面搭設(shè)高大閘墩除險(xiǎn)加固作業(yè)平臺(tái)搭建技術(shù)

黃志寧，劉忠干，謝志杰，陳永兵

(1.惠州市白盆珠水庫(kù)工程管理局，廣東 惠州 516341；2.廣東省源天工程有限公司，廣東 增城 511340)

1 概述

水庫(kù)是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電、改善航運(yùn)及生態(tài)水環(huán)境等綜合利用的水利工程。近年來國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水利工程加固已成共識(shí)，而水庫(kù)加固需在原壩體構(gòu)筑物基礎(chǔ)上進(jìn)行，需要搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)確保施工的安全性，但溢洪道坡面陡及高差大等復(fù)雜條件，安全隱患較大。

以白盆珠水庫(kù)加固工程為例，主壩加固需要對(duì)左側(cè)邊墩、中墩及右側(cè)邊墩進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索加固，閘墩下游側(cè)上半部分為斜面，錨索加固是由閘墩下游面水平向上游面鉆孔施工，鉆孔采用3臺(tái)鉆機(jī)作業(yè)，每臺(tái)鉆機(jī)重約800 kg，作業(yè)面在溢洪道陡坡面上，作業(yè)條件復(fù)雜。為此，閘墩加固施工前，必須在溢洪道陡坡面上搭設(shè)較大的作業(yè)平臺(tái)來滿足施工要求。由于溢洪道陡坡面上搭設(shè)的作業(yè)平臺(tái)，需要克服在陡坡面上搭設(shè)、滿堂支撐作業(yè)平臺(tái)自重、作業(yè)人員荷載、材料荷載、設(shè)備荷載、設(shè)備震動(dòng)及后座力等復(fù)雜條件，通過先在溢洪道陡坡面上采用化學(xué)錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎(chǔ)，然后在泄洪道緩坡面采用階梯退臺(tái)式滿堂腳手架，最后在閘墩側(cè)面采用化學(xué)錨栓連墻的方式搭設(shè)滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)的施工技術(shù)，從而提高作業(yè)平臺(tái)的安全性及穩(wěn)定性，順利施工白盆珠水庫(kù)加固工程保駕護(hù)航。

2 工程概況

白盆珠水庫(kù)位于東江一級(jí)支流西枝江上游惠東縣境內(nèi)，工程規(guī)模為大(1)型；工程等別為I等。主要建筑物級(jí)別為1級(jí)；次要建筑物級(jí)別為3級(jí)。設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為保壩洪水10 000年一遇洪水+20%的安全保證值，相應(yīng)水庫(kù)最大庫(kù)容為11.9億m3。2019年4—9月進(jìn)行了第3次大壩安全鑒定工作，評(píng)定為三類壩。對(duì)大壩除險(xiǎn)加固刻不容緩，閘墩加固依次采用錨索+化學(xué)灌漿+粘鋼法綜合加固處理[1]，而閘墩加固作業(yè)區(qū)在溢洪道陡坡面上，需搭設(shè)滿堂支撐作業(yè)腳手架，創(chuàng)造安全穩(wěn)定的操作平臺(tái)，以滿足作業(yè)需求。白盆珠主壩現(xiàn)場(chǎng)示意見圖1。

圖1 白盆珠主壩現(xiàn)場(chǎng)示意

3 腳手架搭設(shè)方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，河床溢流壩段跨②～④壩段布置，兩孔開敞式溢流壩型，堰面采用WES曲線，堰頂高程為73.0 m，每孔凈寬為12.0 m，中墩厚為3.0 m，邊墩厚為1.5 m，總寬度為30.0 m[2]。現(xiàn)場(chǎng)施工面高差大，坡面陡，不能按照常規(guī)腳手架的方法搭設(shè)，需要考慮腳手架在陡坡面的穩(wěn)定性，經(jīng)研究在溢洪道陡坡面上采用化學(xué)錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎(chǔ)及閘墩面采用化學(xué)錨栓連墻的方式搭設(shè)滿堂支撐作業(yè)平臺(tái)腳手架的施工技術(shù)，從而達(dá)到防止立桿下滑、傾斜及受力要求。架體分成兩部分：第1部分在泄洪道緩坡面起，開始采用階梯退臺(tái)式滿堂腳手架；第2部分在作業(yè)受力區(qū)采用滿堂支撐作業(yè)腳手架的形式。

3.1 搭設(shè)尺寸

泄洪道中間閘墩的搭設(shè)最大高度為34.0 m，壩體兩側(cè)閘墩的搭設(shè)最大高度為25.5 m；壩體兩側(cè)閘墩、泄洪道中間閘墩的預(yù)應(yīng)力錨索加固搭設(shè)總長(zhǎng)度為35.4 m；搭設(shè)最大寬度壩體頂部為16.2 m。

3.2 立桿與基礎(chǔ)的連接

1) 在原有壩體、泄洪道斜坡面，進(jìn)行M20化學(xué)錨栓植筋；垂直原有壩體、泄洪道陡坡面進(jìn)行鉆孔，化學(xué)錨栓橫向間距為1.5 m，豎向間距為0.6 m；每個(gè)M20化學(xué)錨栓長(zhǎng)度260 mm，鉆孔寬度D=25 mm，深度200mm。

① 利用沖擊鉆鉆孔，鉆孔完成要清理干凈，可以利用專用氣筒、毛刷或壓縮空氣機(jī)清理鉆孔中的灰塵，建議重復(fù)進(jìn)行不少于3次，孔內(nèi)不應(yīng)有灰塵與明水。

② 錨栓進(jìn)孔前，表面潔凈、干燥、無油圬、無破損，將其圓頭朝內(nèi)放入錨固孔并推至孔底，可以使用電鉆及專用安裝夾具，將錨索強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)插入直至孔底，不應(yīng)采用沖擊方式。

③ 化學(xué)膠粘劑(含乙烯基樹脂、石英顆粒、固化劑)使用前，應(yīng)檢查是否破損、藥劑是否凝固等異?，F(xiàn)象；然后將化學(xué)膠粘劑均勻的加入孔中，利用化學(xué)膠粘劑的膠結(jié)作用，通過粘膠劑把錨栓與混凝土孔壁的粘結(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)錨索連接件與壩體混凝土的錨固。

④ 依據(jù)滿堂支撐作業(yè)腳手架立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算，立桿底部荷載為4.5 kN，每個(gè)化學(xué)錨栓承受的立桿平均約為3根，化學(xué)錨栓設(shè)計(jì)拉力20.0 kN，設(shè)計(jì)剪力9.0 kN，并通過拉拔實(shí)驗(yàn)檢測(cè)設(shè)計(jì)拉力是否滿足[3]。

2) 在M20化學(xué)錨栓套上鋼板(規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm)，鋼板提前穿好D=25 mm的孔，鋼板平貼陡坡面，并用螺母擰緊，10#槽鋼一側(cè)水平焊接在平貼陡坡面的鋼板上，槽鋼底面保持水平，10#槽鋼懸空的一側(cè)用鋼板(規(guī)格為150 mm×100 mm×8 mm)焊接支撐。架體基礎(chǔ)示意見圖2。

圖2 架體基礎(chǔ)示意

3.3 滿堂支撐作業(yè)腳手架立桿、橫桿的設(shè)置

1) 在化學(xué)錨栓10#槽鋼上按滿堂支撐作業(yè)腳手架立桿的間距600 mm×600 mm，立桿立在槽鋼底面上。

2) 架體掃地桿距離原有壩體、泄洪道陡坡面為200 mm，按立桿步距≤1 200 mm設(shè)置橫桿，當(dāng)接近錨索施工作業(yè)面時(shí)，按立柱頂步距≤900 mm設(shè)置橫桿[4]。滿堂腳手架架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)及剖面示意見圖3。

圖3 滿堂腳手架架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)及剖面示意

3) 壩體兩側(cè)閘墩橫桿的一側(cè)為壩體側(cè)面，橫桿與壩體側(cè)面頂緊。

4) 泄洪道中間閘墩滿堂支撐作業(yè)腳手架橫桿的兩側(cè)為泄洪道的混凝土面，橫桿與泄洪道的混凝土面頂緊。

5) 焊接按T型接頭的施工質(zhì)量要求進(jìn)行控制。

3.4 滿堂支撐作業(yè)腳手架的連墻件設(shè)置

1) 壩體兩側(cè)閘墩的一側(cè)為壩體的陡坡面，泄洪道中間閘墩的兩側(cè)面為混凝土面。

2) 連墻件設(shè)置采用Φ48×3.25 mm扣件式鋼管，按3.0 m×3.0 m間距設(shè)置[5]。

3) 泄洪道中間閘墩，可以利用泄洪道兩側(cè)混凝土墻，加設(shè)M20化學(xué)錨栓，連墻件的鋼管與M20化學(xué)錨栓進(jìn)行焊接。

4) 焊接按T型接頭的施工質(zhì)量要求進(jìn)行控制。

3.5 滿堂支撐作業(yè)腳手架的剪刀撐設(shè)置

1) 剪刀撐設(shè)置采用Φ48×3.25 mm扣件式鋼管[6]。

2) 滿堂支撐作業(yè)腳手架立桿縱、橫間距為0.6 m×0.6 m，在架體外側(cè)周邊及內(nèi)部縱、橫向每5跨(且不小于3m)，由底至頂設(shè)置連續(xù)豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5跨[7]。

3) 在豎向剪刀撐頂部交點(diǎn)平面設(shè)置水平剪刀撐，水平剪刀撐至架體底平面距離與水平剪刀撐間距不宜超過6 m，剪刀撐寬度為3～5 m。

4) 豎向剪刀撐斜桿與地面的傾角為45°～60°，水平剪刀撐與支架縱(或橫)向夾角為45°～60°[8]。剪刀撐構(gòu)造布置見圖4所示。

1—水平剪刀撐；2—豎向剪刀撐；3—掃地桿設(shè)置層。

3.6 滿堂支撐作業(yè)腳手架操作平臺(tái)設(shè)置

1) 考慮到錨索施工需要，在錨索所在標(biāo)高的位置，滿堂支撐作業(yè)腳手架必須設(shè)置操作平臺(tái)，左、右邊墩和中墩范圍內(nèi)搭設(shè)6 m×6 m操作平臺(tái)，操作平臺(tái)的腳手板采用8 mm厚鋼板，縱橫向主次梁桿件采用10#槽鋼，操作平臺(tái)之間搭設(shè)1 m寬的通道，滿堂支撐作業(yè)腳手架與操作平臺(tái)的連接。

2) 滿堂支撐作業(yè)架與操作平臺(tái)的連接:為了平整度需要，采用可調(diào)頂撐，立桿可調(diào)頂撐與頂層水平桿的距離不得高于500 mm，絲桿外露不應(yīng)大于300 mm，托座承載力容許值按40 kN，頂層水平桿與支撐點(diǎn)距離不大于200 mm[9]。錨索機(jī)作業(yè)平臺(tái)布置見圖5所示。

圖5 錨索機(jī)作業(yè)平臺(tái)布置示意(單位：cm)

4 滿堂支撐腳手架的計(jì)算

4.1 腳手架驗(yàn)算參數(shù)

1) 架體參數(shù)

原有壩體、泄洪道的基礎(chǔ)為斜坡面，滿堂支撐作業(yè)腳手架驗(yàn)算參數(shù)按受力最不利因素考慮(架體參數(shù)見表1)。

表1 架體參數(shù)

2) 荷載參數(shù)

① 現(xiàn)場(chǎng)擬采用XY-1型錨索鉆機(jī)，依據(jù)XY-1型錨索鉆機(jī)廠家參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，擬搭設(shè)滿堂支撐作業(yè)腳手架操作平臺(tái)，滿堂支撐作業(yè)腳手架操作平臺(tái)采用8 mm厚鋼板[10]，縱橫向主次梁桿件采用10#槽鋼，自重標(biāo)準(zhǔn)值如下:

a.8 mm鋼板:6×6×62.8×3=6 782.4 kg。

b.鋼板下、立桿頂縱橫向支撐桿件10#槽鋼:6×54×10=3 240 kg。

② 操作平臺(tái)鋼板自重標(biāo)準(zhǔn)值:

(6 782.4g×9.8/1 000)/(6×6×3)=0.62 kN/m3。

③ 欄桿、擋腳板自重標(biāo)準(zhǔn)值:0.17 kN/m3[11]。

④ 安全網(wǎng)自重標(biāo)準(zhǔn)值:0.01 kN/m3。

⑤ 操作平臺(tái)上的荷載參數(shù):

a.臨時(shí)材料堆放荷載:1.0 kN/m3。

b.施工均布荷載(主要考慮施工人員、錨索自重及其他輔助設(shè)備等的荷載):取3.0 kN/m3。

c.錨索機(jī)堆放操作平臺(tái)均布荷載(主要考慮錨索機(jī)的均布荷載):(800×9.8/1 000)/(2.5×0.8)=3.9 kN/m3。

d.錨索機(jī)堆放操作平臺(tái)集中力(主要考慮錨索機(jī)的單點(diǎn)集中荷載，含錨索機(jī)施工作用時(shí)的側(cè)向荷載):取4.5 kN。具體結(jié)構(gòu)荷載參數(shù)見表2。

表2 結(jié)構(gòu)荷載參數(shù)

3) 地面粗糙度取值按惠州市惠東縣B類，基本風(fēng)壓按0.5 kN/m3，面板、主梁、立桿驗(yàn)算按3等跨連續(xù)梁，剪刀撐采用加強(qiáng)型設(shè)置[12](風(fēng)荷載參數(shù)見表3)。

表3 風(fēng)荷載參數(shù)

4) 承載能力極限狀態(tài)可變荷載調(diào)整系數(shù)取0.9，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)1級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1[13]。

5) 立桿底座面積按0.1×3/5=0.06 mm2、壩體及泄洪道基礎(chǔ)混凝土按500 mm厚、C30計(jì)算。

4.2 驗(yàn)算及結(jié)果

針對(duì)工程實(shí)際情況，對(duì)滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行了操作平臺(tái)面板驗(yàn)算、板底縱向支撐次梁驗(yàn)算、橫向主梁驗(yàn)算、可調(diào)托座驗(yàn)算、立桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗傾覆驗(yàn)算及立桿支承面承載力驗(yàn)算等，均滿足要求，作業(yè)平臺(tái)安全穩(wěn)定。

5 應(yīng)用效果

白盆珠水庫(kù)溢流陡坡面搭設(shè)的滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)，在工程實(shí)際應(yīng)用中克服了陡坡面搭設(shè)、滿堂支撐作業(yè)平臺(tái)自重、作業(yè)人員荷載、材料荷載、設(shè)備荷載、設(shè)備震動(dòng)及后座力等復(fù)雜條件，為加固施工提供了安全穩(wěn)定的作業(yè)平臺(tái)，保證了施工質(zhì)量和人員安全，在工期緊的情況下按汛期前要求完成了閘墩加固施工，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，得到了監(jiān)理、業(yè)主等單位的好評(píng)。

6 結(jié)語

本項(xiàng)目針對(duì)白盆珠水庫(kù)閘墩加固工程施工，施工作業(yè)條件在溢洪道陡坡面上，施工難度大，為確保施工安全，通過先在溢洪道陡坡面上采用化學(xué)錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎(chǔ)，然后在泄洪道緩坡面采用階梯退臺(tái)式滿堂腳手架，最后在閘墩側(cè)面采用化學(xué)錨栓連墻的方式搭設(shè)滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)的施工技術(shù)，從而滿足作業(yè)條件，目前，白盆珠溢洪道閘墩加固工作已完成，腳手架已拆除，實(shí)踐表明滿堂支撐腳手架未出現(xiàn)任何問題，滿足作業(yè)要求，保證了施工質(zhì)量和人員安全，為今后同類工程提供借鑒。