对水闸高排架施工安全性要素的掌控及验算

2015-12-24武刘成伟李莉严珊易明珠江苏省泗洪县水利工程处泗洪900江苏省鸿源招标代理有限公司南京0000泗洪县水利局泗洪900南京市江宁区水利局南京0000

治淮 2015年5期

朱武刘成伟李莉严珊易明珠（.江苏省泗洪县水利工程处泗洪 900 .江苏省鸿源招标代理有限公司南京 0000 .泗洪县水利局泗洪 900 .南京市江宁区水利局南京 0000）

对水闸高排架施工安全性要素的掌控及验算

朱武1刘成伟2李莉3严珊4易明珠4
（1.江苏省泗洪县水利工程处泗洪 223900 2.江苏省鸿源招标代理有限公司南京 210000 3.泗洪县水利局泗洪 223900 4.南京市江宁区水利局南京 210000）

水闸高排架施工即高度大于10m以上的排架施工。笔者通过分析工程施工的实例，结合水利工程施工质量建设标准强制性条文中相关规定，通过验算进行布设，使安全性要素的掌控收到了良好的效果。此例可为今后同类工程施工提供基本数据和详细的计算运用，有助于高排架施工安全性的掌控。

水闸高排架施工安全验算

1 概述

安东河闸位于淮河流域下游泗洪县安东河上，距洪泽湖1.2km，是安东河入洪泽湖的控制性建筑物，隶属淮河治理的配套项目，是具有排涝、挡洪、滞洪、蓄水、引水、通航等功能的综合性项目，原闸建成于1979年，2014年对老闸进行移址重建。按10年一遇排涝流量为304.5m3/s设计，20年一遇流量为411.7 m3/s进行校核设计和建设，共5孔，其中最南侧闸孔兼做通航孔，净宽8m，其余4孔净宽7m，总净宽45m。

根据设计的要求，该闸施工中最易出现安全问题的是对闸室以上排架部位的施工，排架共17.0m高，且以上部位需进行工作桥及启闭机底板梁的混凝土浇筑施工。

2 安全性要素

安东河闸墩墙及排架高度17m，施工层面较高，从整体安全性考虑，排架的搭建形式、搭建所需材料刚度和强度直接影响到施工的安全性。因此要对相关要素、效果进行分析和计算，主要考虑以下几方面：脚手架搭设高度计算；混凝土对模板的侧压力计算及模板拉杆的计算；验算脚手架整体稳定性。

施工脚架高度为17m，依据工程实例，具体效果分析为：①结合相关参数理论上推求允许高度，允许高度大于实际高度，方可确认为安全；②岸墙混凝土浇筑产生对模板的侧压力，其模板强度是否满足要求应进行必要的验算，同时针对产生的侧向压力，选择满足强度和刚度要求的拉杆螺栓；③由于要对26.0m以上顶面混凝土进行施工，脚手架立杆作为承载支架的关键要素，应对其刚度、强度稳定进行验算，以满足施工要求。

3 实例计算

3.1 脚手架允许高度计算

该工程采用扣件式钢管脚手架进行搭设，两岸墙之间泄水孔宽度为7m，通航孔为8m，选择8m单元作为计算实例，进行满堂脚手架的计算。9.0m～26.0m，计高17m满堂脚手架用于26.0m以上部位（启闭机房及工作桥）混凝土浇筑平台，试计算允许搭设高度。

3.1.1 脚手架荷载计算

根据规范要求，脚手架上操作层附加荷载不大于2700 kN/m，考虑动力系数1.2，超载系数2.0，脚手架自身300N/m，操作层附加荷载W1为：

W1=2×1.2×（2700+300）=7200N/m2

非操作层荷载计算，钢管理论重38.4N/m，扣除重力10N/个，剪力撑长度近似按对角撑长=1.70m， S=1.2×1.2=1.44m2，钢管实际长度系数取1.3，则非操作层每层荷载=353.64N/m2。

3.1.2 立杆荷载计算

计算钢管截面特征：

A=4.893×102mm2，i=15.8mm，L=nl=0.77×1200=924mm， λ==58.48

设计荷载N为：

3.1.3 允许高度计算

假设操作层为n层，安装层按下式计算：

S×（3W1+nW2）=35.97kN

计算安装高度h=1.8×33.1=59.58m，安全系数K=1+=1.30，允许安装高度H==45.83m＞17m，满堂脚手架高度符合安全性要求。

3.2 混凝土对模板的侧向压力及模板拉杆强度计算

墩墙与排架施工高度分别为7.2m、8.8m，混凝土对模板产生的侧向压力及相关数值是否满足要求，进行以下设计计算。

3.2.1 混凝土对模板产生侧向压力位置

采用江正荣编著的《建筑施工计算手册》中混凝土对模板的侧压力计算，计算公式如下：

F=γcH

式中：F—新浇筑混凝土对模板的最大侧压力，kN/m2；

γc—混凝土的重力密度，kN/m3；

to—新浇混凝土的初凝时间，h，可按实测确定。

T—混凝土的温度，°；

V—混凝土的浇灌速度，m/h；

β1—外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1.0；掺具有缓凝作用的外加剂时取1.2；

β2—混凝土塌落度影响修正系数，当塌落度小于30mm时，取0.85；50～90mm时，取1.0；110～150mm时，取1.15。

3.2.2 墩墙模板受混凝土侧向压力值计算

①侧向压力值计算

β1=1.0，β2=0.85，T=10，H=7.2

F=0.22γctoβ1β2V

=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2

按取最小值，故最大侧压力为59.09kN/m2

②拉杆选用

拉杆承受的拉力：设横向间距0.5m，纵向间距0.7m。

P=59.09×1000×0.5×0.7=20681N

查表得P=21000N，选用M16，其容许拉力为24500N＞20681N；螺栓间距标准值为：横向间距0.5m，纵向间距0.7m；实际配置纵、横向间距均为0.5m，则符合要求。

③排架计算（H=8.8m）

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×8.8=220kN/m2

根据以上公式计算，最大侧压力为59.09 kN/m2，有效压头高度h==2.36m，因此，排架拉杆同于墩墙，选用M16。纵、横向间距均为0.5m，满足安全要求。3.3墩墙模板强度、刚度校核计算

3.3.1 木模厚度和内模截面、间距

F=59.09kN/m2

F=γcH=25×7.2=180kN/m2及F=γcH=25×8.8 =220kN/m2

取二者中较小值F=59.09 kN/m2作为模板侧压力的标准值，并考虑倾倒混凝土产生水平荷载标准值4 kN/m2，分别取荷载分项系数1.2、1.4，则作用于模板的总荷载：

q=59.09×1.2+4×1.4=76.51kN/m2

3.3.2 木模计算

设木模板的厚度为13mm，l为内模计算跨距，取0.2m。

M=0.1×ql2=0.1×76.51×0.22=0.31kN·m

刚度验算同样满足要求。

3.3.3 内模（围令）计算

设内模截面50mm×100mm，W=8.33×104N/mm3，I= 4.27×105；外间距200mm。

①强度验算

M=0.1×ql20.22=0.236kN·m

②刚度验算

3.4 满堂脚手支架整体稳定设计的计算

3.4.1 模板及其支架设计

模板采用13mm厚的胶合板，支架采用Ф48钢管脚手架满堂搭设。由于工作桥面为井字梁（主次梁），根据多年的施工经验和该工程井字梁设计尺寸，其模板支架的立杆可初步设定在一个井字框内设立四根立杆，即立杆间距@1200mm，步距为900mm的方案。采用PKPM软件进行复核计算，主要复核计算两侧大梁范围荷载最大的部位。详见计算书。经复核计算其立杆的稳定性满足要求，横杆作用在立杆上的力达10.1kN，而采用碗扣的立杆允许承载力可达P=30kN，故在搭设过程中能满足使用的要求。

构造要求：

①每根立杆底部用木板楔块垫平，楔块直接垫在闸室底板位置。

②脚手架必须设置纵横向扫地杆，底层步距不得大于0.6m，立杆上的对接应错开500mm交错布置。

③满堂模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置。