水利工程啟閉機(jī)平臺(tái)腳手架搭設(shè)安全技術(shù)分析

劉向磊

(長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000)

1 概 述

淠河六安市城南水利樞紐工程位于淠河中游商景高速橋下游約1 200 m處，垂直水流方向布置36孔節(jié)制閘、分流島和連接堤。閘室上部布置9.1 m高的C30排架墻和5.8 m高的C30啟閉機(jī)房(如圖1所示)。啟閉機(jī)房位于公路橋下游側(cè)，單聯(lián)啟閉機(jī)室下部有3個(gè)排架墻，分別布置在中墩和縫墩上。

圖1 啟閉機(jī)房示意圖

排架墻高9.1 m，厚0.8 m，長(zhǎng)5.2 m。啟閉機(jī)底高程51.70 m，寬8.6 m，長(zhǎng)35.1 m，底板主要由主梁KZL1、KL1、KL4、連梁L1和15 cm厚底板組成(如圖2所示)，施工啟閉機(jī)房底板需在底部搭設(shè)滿堂腳手架，并對(duì)啟閉機(jī)房主梁KZL1處進(jìn)行加密。由于啟閉機(jī)房底板較重，達(dá)到了300 t，需依靠橋墩搭設(shè)一個(gè)承載平臺(tái)，在平臺(tái)上搭設(shè)支撐架[1]。

圖2 啟閉機(jī)房側(cè)視圖

啟閉機(jī)房底板澆筑的施工流程為：搭設(shè)貝雷橋工作平臺(tái)→搭設(shè)滿堂腳手架→施工啟閉機(jī)房平臺(tái)。

2 滿堂腳手架搭設(shè)

本工程腳手架搭設(shè)的難點(diǎn)在于基礎(chǔ)承載力不夠的問(wèn)題，2個(gè)排架墻中間有檢修橋梁，初期的搭設(shè)思想是利用檢修橋做基礎(chǔ)，在檢修橋上部放置工字鋼，在工字鋼上部搭設(shè)滿堂腳手架，但由于檢修橋承載力只有7 kN/m2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到承載力要求，且檢修橋距離閘室底板有11 m，底板處于過(guò)水狀態(tài)，因此以檢修橋作為腳手架基礎(chǔ)和以閘室底板作為腳手架基礎(chǔ)均不可行。

我部使用的搭設(shè)方案為在閘墩上部重新建造1座橋，利用閘墩作為貝雷橋的基礎(chǔ)，橋上鋪設(shè)工字鋼形成腳手架搭設(shè)的基礎(chǔ)，于貝雷橋工作平臺(tái)上搭設(shè)高7.43 m的滿堂腳手架。要求立桿的垂直偏差不能大于模板支架總高度的1/500，且不得大于50 mm。

2.1 貝雷橋承載平臺(tái)

承載平臺(tái)由兩組貝雷橋和工字鋼組成。

首先將閘墩頂部用混凝土找平到43.95 m高程，在閘墩上部放置3根40號(hào)a工字鋼用作貝雷橋基礎(chǔ)，3根工字鋼并排放置，通過(guò)點(diǎn)焊連接，在兩側(cè)使用膨脹螺栓固定在閘墩上部，防止傾覆。

在40號(hào)a工字鋼上部放置兩組貝雷片，第一組寬3.75 m長(zhǎng)16 m，由8排貝雷片組成，單排由5塊長(zhǎng)3 m、高1.5 m的貝雷片和1塊長(zhǎng)1 m、高1.5 m的貝雷片組成；第二組寬4.2 m長(zhǎng)16 m，由8排貝雷片組成，兩組共同構(gòu)成腳手架基礎(chǔ)。貝雷橋拼裝完成后在工作面滿鋪木質(zhì)腳手板，確保施工安全。

貝雷片上部布置22號(hào)a工字鋼，通過(guò)橫梁卡板將貝雷片與工字鋼連接，放置長(zhǎng)9.4 m工字鋼18根，間距90 cm，在KZL1下加密型鋼，每隔60 cm布置一個(gè)長(zhǎng)1.5 m的工字鋼，共13根，和4根5.7 m長(zhǎng)工字鋼(如圖3所示)。

圖3 工字鋼布置圖

單組貝雷片重約13 t，在橋面分兩次拼裝后使用吊機(jī)吊入閘孔。

2.2 立桿布置

立桿布置型鋼上，立桿底部放置底托，增大與型鋼接觸面積，橫距60 cm，縱距90 cm，KZL1下立桿縱距加密為60 cm，首道立桿距模板40 cm(中墩)和10 cm(縫墩)，以第一層為基礎(chǔ)擴(kuò)展搭設(shè)成整體支架體系，立桿長(zhǎng)度以2.5 m和1 m的為主，施工時(shí)確保位置準(zhǔn)確和立桿的垂直度，立桿的垂直偏差，不大于架高的l/200。立桿搭設(shè)時(shí)需根據(jù)預(yù)壓實(shí)驗(yàn)的結(jié)果設(shè)置預(yù)拱度。

2.3 水平桿布置

第一層水平桿距地面25 cm，其上每層水平桿間距1.5 m，頂層步距為0.5 m或1 m。腳手架每隔三步高、五跨間設(shè)置一處連墻桿，連墻桿通過(guò)在排架墻上打膨脹螺栓，焊接鋼板進(jìn)行連接。

2.4 斜桿布置

架體整體底層以及頂層均設(shè)置豎向斜桿，并在架體內(nèi)部區(qū)域每隔5跨由底至頂縱、橫向均設(shè)置豎向斜桿。頂層設(shè)置水平斜桿或扣件鋼管水平剪刀撐。

3 貝雷橋預(yù)壓實(shí)驗(yàn)

3.1 預(yù)壓目的

為確?；炷连F(xiàn)澆施工安全，需對(duì)貝雷橋進(jìn)行重載實(shí)驗(yàn)以檢驗(yàn)貝雷橋的承載能力和撓度值。通過(guò)模擬貝雷橋在框架梁施工時(shí)的加載過(guò)程來(lái)分析、驗(yàn)證貝雷橋及其附屬結(jié)構(gòu)的彈性形變，消除其非彈性形變。通過(guò)其規(guī)律來(lái)指導(dǎo)貝雷橋在施工中模板的預(yù)拱度值及其混凝土分層澆筑的順序，并據(jù)此基本評(píng)判施工的安全性[2]。

3.2 預(yù)壓方法概述

預(yù)壓方法就是模擬該孔的框架梁的現(xiàn)澆過(guò)程，進(jìn)行實(shí)際加載，以驗(yàn)證并得出其承載能力。預(yù)壓荷載按照施工最大荷載的60%、100%、120%分三次加載，每次加載完畢1 h后進(jìn)行貝雷橋的變形觀測(cè)，加載完畢后每6 h測(cè)量一次變形值。每次加載完畢后，先停止下一級(jí)加載，每間隔6 h對(duì)貝雷橋沉降量進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)。當(dāng)貝雷橋頂部觀測(cè)點(diǎn)12 h的沉降量平均值小于2 mm時(shí)，進(jìn)行下一級(jí)加載。預(yù)壓卸載時(shí)間以貝雷橋地基沉降變形穩(wěn)定為原則，最后兩次沉降量觀測(cè)平均值之差不大于2 mm時(shí)，即可終止預(yù)壓卸載。

1)關(guān)于荷載。簡(jiǎn)支混凝土框架梁長(zhǎng)16 m，計(jì)算重量約為340 t，包含框架梁、腳手架鋼管等的重量，因此試驗(yàn)的荷載為340×1.2=408 t。此外不再增加額外的荷載，故現(xiàn)場(chǎng)模擬施加總荷載約為408 t，其縱向16 m長(zhǎng)度方向分配，平均25.5 t/m。使用材料為規(guī)格90 cm×90 cm×110 cm的沙袋，單個(gè)重1.2 t，需要340個(gè)沙袋，第一層鋪設(shè)159個(gè)沙袋，第二層放置100個(gè)，第三層放置81個(gè)沙袋。

2)關(guān)于基準(zhǔn)點(diǎn)的位置。模擬實(shí)際澆筑框架梁的準(zhǔn)確位置，并以此作為撓度、位移和應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的初始態(tài)，觀測(cè)點(diǎn)布置圖如圖4所示[3]。

圖4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3)加載程序。加載過(guò)程分為3級(jí)：0→60%→100→120%。

第一級(jí)加載至60%，重約為204 t。加載至框架梁施工荷載狀態(tài)的60%，1 h后進(jìn)行變形觀測(cè)，每隔6 h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

第二級(jí)從60%加載至100%，重約為136 t。加載至框架梁施工荷載狀態(tài)的100%，1 h后進(jìn)行變形觀測(cè)，每隔6 h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

第三級(jí)從100%加載至120%，重約為68 t。加載至框架梁施工荷載狀態(tài)的120%，1 h后進(jìn)行變形觀測(cè)，每隔6 h監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

4 安全監(jiān)測(cè)

模板支撐系統(tǒng)在混凝土澆筑過(guò)程中和澆筑后一段時(shí)間內(nèi)，由于受壓可能發(fā)生一定的沉降和位移，如變化過(guò)大可能發(fā)生垮塌事故。為及時(shí)反映滿堂架支撐系統(tǒng)的變化情況，預(yù)防事故的發(fā)生，需要對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行沉降和位移監(jiān)測(cè)[4]。

為了監(jiān)測(cè)混凝土澆筑過(guò)程中模板及支撐體系變化情況及是否異常，混凝土澆筑前先在貝雷橋跨中以及腳手架頂端，安排測(cè)量員架設(shè)水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀測(cè)量數(shù)據(jù)，并做好記錄。在立桿上做好標(biāo)記，同時(shí)量測(cè)好觀測(cè)點(diǎn)與立桿間的相對(duì)距離，在混凝土澆筑過(guò)程中派專人跟蹤監(jiān)測(cè)，記錄數(shù)據(jù)的高程差以及觀測(cè)點(diǎn)與立桿距離變化按設(shè)計(jì)允許變形要求控制，發(fā)現(xiàn)異常情況，立即停止施工，加固處理后方可繼續(xù)施工。

5 計(jì)算書(shū)

啟閉機(jī)房底板的模板工程及支撐體系需對(duì)板模板(盤扣式)、KZL1梁模板、KL1梁模板、KL4梁模板、L1梁模板、啟閉機(jī)雙排腳手架、貝雷橋撓度、22號(hào)a工字鋼、40號(hào)a工字鋼進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)算其滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。以KZL1梁模板中的主梁驗(yàn)算計(jì)算書(shū)為例[5]，見(jiàn)計(jì)算表1～表4。

表1 工程屬性表

表2 荷載設(shè)計(jì)表

表3 模板體系設(shè)計(jì)表

表4 主梁驗(yàn)算表

單根主梁自重設(shè)計(jì)值：q=1.1×1.3×0.054=0.078 kN/m

單根主梁自重標(biāo)準(zhǔn)值：q′=1×0.054=0.054 kN/m

主梁計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖5。

圖5 主梁計(jì)算簡(jiǎn)圖

1)抗彎驗(yàn)算

σ=Mmax/W=1.061×106/104 00=102.019 N/mm2≤[f]/γR=205/1=205 N/mm2

滿足要求。

主梁彎矩圖見(jiàn)圖6。

圖6 主梁彎矩圖(單位：kN·m)

2)抗剪驗(yàn)算

Vmax=10.592 kN

滿足要求。

主梁剪力圖見(jiàn)圖7。

圖7 主梁剪力圖(單位：kN)

3)撓度驗(yàn)算

跨中νmax=0.396 mm≤[ν]=min[l1/150，10]=min[600/150，10]=4 mm

滿足要求。

懸臂端νmax=0.13 mm≤[ν]=min[2l2/150，10]=min[2×100/150，10]=1.333 mm

滿足要求。

主梁變形圖見(jiàn)圖8。

圖8 主梁變形圖(單位：mm)

4)支座反力計(jì)算

Rmax=17.646 kN

用小梁的支座反力分別代入可得：

承載能力極限狀態(tài)。

立桿2：R2=17.646 kN，立桿3：R3=16.914 kN

…

經(jīng)對(duì)“板模板(盤扣式)、KZL1梁模板、KL1梁模板、KL4梁模板、L1梁模板、啟閉機(jī)雙排腳手架、貝雷橋撓度、22號(hào)a工字鋼、40號(hào)a工字鋼等”的計(jì)算，各項(xiàng)安全技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié) 語(yǔ)

啟閉機(jī)平臺(tái)的模板工程及支撐體系屬于危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程。在施工過(guò)程中，做好事前管控，嚴(yán)格按方案施工，滿堂架的搭設(shè)不僅滿足規(guī)范要求，更要應(yīng)用監(jiān)測(cè)技術(shù)措施，設(shè)置預(yù)警值，提前做好預(yù)判，確保施工作業(yè)安全。