浅析懒龙河水库大坝高边坡脚手架的搭拆
2016-09-05顾仕斌
张 亚，顾仕斌
(1.贵州省水利科学研究院，贵阳 550002；2.贵州水利实业有限公司，贵阳 550002)
浅析懒龙河水库大坝高边坡脚手架的搭拆
张亚1，顾仕斌2
(1.贵州省水利科学研究院，贵阳 550002；2.贵州水利实业有限公司，贵阳 550002)
针对水库高边坡治理过程中的脚手架搭拆问题，结合懒龙河水库实例，叙述了工程高边坡支架布置，同时对支架受力情况进行验算，据此总结支架搭设与拆除要点，为水库大坝高边坡治理安全提供切实保障。
水库大坝；高边坡脚手架；脚手架受力验算；脚手架搭拆
近几年，由于边坡灾害逐渐加重，水库大坝高边坡治理得到人们的高度关注，工程数量及规模都在不断增大。在边坡治理过程中，对于施工安全提出了严格要求，所以始终将其作为重点项目看待。高边坡治理无外乎就是对破碎带实施整体加固，确保山体可靠稳定，防止失稳坍塌等意外事故的发生。锚喷技术在高边坡治理工程中较为常用，在其施工中势必会用到脚手架，而且和普通施工相比，高边坡脚手架的搭设更为复杂，搭设的稳定性和安全性都是决定工程成败的关键。现围绕懒龙河水库大坝，对其高边坡脚手架搭拆问题进行分析。
1 工程简介
六枝特区懒龙河水库坝址位于六枝特区牛场乡、新场乡和梭戛乡的交界处，所属河流为懒龙河。懒龙河为三岔河的一级支流，水库坝址位于距懒龙河与三岔河的汇口以上大约750m处，懒龙河水库供水工程是以工业供水为主，兼有发电的一项综合性水利工程。工程建成后，P=95%工业供水毛供水量为1976 万 m3/a，年发电量1 406 万 kW·h；并下放环境水量2050 万 m3/a。懒龙河水库工程坝址以上流域集水面积257.3 km2，多年平均径流量2.05 亿 m3，多年平均流量5.84m3/s。水库建成后为季节性调节，水库总库容为1 305 万 m3，正常蓄水位为1242m。规模属中型，工程等别为Ⅲ类等。
工程建设内容由工程建设内容包括：水源工程、供水工程，其中：水源工程建筑物主要包括：大坝(常态混凝土坝拱坝，最大坝高74m)、溢洪道、引水系统(含泵站和电站)、水电站(装机规模为3 500 kW)等；供水工程建筑物主要包括：泵站、隧洞(长4189.47m)、输水管道(长8764.05m)等。
2 支架布置
懒龙河水库大坝高边坡钢管满堂支架采用Q235材质Φ48×3.2mm的普通钢管，支架搭设步距1.5m，立杆横、纵向间距1.5m。沿纵向、横向每3排立杆加一组斜撑，本计算书考虑满堂支架搭设高度96m。竖向考虑搭设有施工作业平台，作业平台上纵向、横向横杆进行加密，横杆上铺设木板并与横杆用铁丝固定，作为施工平台。
3 支架受力验算及结果
3.1计算模型
对钢管支架进行整体建模，使用φ48mm×3.0mm普通钢管，计算时取φ48mm×2.5mm，材质为Q235钢材。在计算模型当中，纵向长度取值15m，横向宽度取值2.5m，高度则需按照96m进行考虑。
运用Midas结构计算软件为计算分析提供三维空间模型，按照支架的空间整体结构进行建模，包括施工平台，如图1所示、钢管支架，其局部模型如图2所示，其中受压面是厚度为2cm的木板，使用板单元，其余部分使用梁单元。注重安全性，计算过程中未对斜撑作用进行考虑。
图1 施工平台计算模型
图2 钢管支架局部模型
3.2计算荷载
3．2.1施工荷载
施工荷载主要包括：作业人员、机械设备以及堆放荷载，按1.5 kN/m2计算。
3.2.2风荷载
参照《公路桥涵设计通用规范JTG D60—2004》中风荷载计算，横向风荷载标准值：
Fwh=k0k1k3WdAwh
(1)
气象资料表明该地风速最大值为V=27.6m/s。
式(1)中，W0代表基本风压，通过查表取值0.4 kN/m2；Wd代表设计基准风压，计算公式为：
(2)
式中：r代表空气的重力密度，r=0.012017e0.0001×10；k0代表设计风速重现期换算系数，本工程取值0.75；k3代表地形、地理条件系数，本工程取值1.00；k1代表风载阻力系数，本工程由于采用满堂支架钢管，故取值0.5；Awh代表横向迎风面积，需根据具体构件进行计算得出；g取9.81m/s2。通过计算得出钢管支架所承受的风荷载为8.46N/m。
3.2.3计算结果
3.2.3.1作业平台
3.2.3.2钢管支架
①σmax=127.8MPa<[σ]=215MPa；②Tmax=7.43MPa<[T]=125MPa；③Nmax=21.78kN<[N]=43kN，Nmax代表立杆底最大支反力，钢管支架最大组合应力、最大剪应力及立杆底最大支反力符合标准。
3.2.3.3扣件
该支架重点考虑作业平台下立杆上扣件抗滑及支架和边坡锚固所有扣件抗滑，其中，作业平台下立杆上扣件选用直角扣件，单件抗滑力按6kN计算；支架与边坡锚固扣件选用旋转扣件，单件抗滑力按5kN计算。
1)作业平台下立杆上扣件：此扣件承受最大横杆传下力F1为1.33kN，单个扣件即可符合标准。
2)支架与边坡锚固扣件：此扣件承受最大横杆传力F1为2.76kN，单个扣件即可符合标准。
3.2.3.4支架稳定性
采取屈曲分析法，支架第一模态失稳为其下端屈曲变形，屈曲系数4.62，稳定性良好，符合标准要求。
3.2.3.5地基承载力
支架基础为平整基岩，其立杆下方可采取槽钢铺设或木板铺设等方式有效分散底应力。假设单个立杆底部分散面积15cm×15cm，则最大应力σmax为0.91MPa，要求地基必须具有≥1.0MPa的承载力，本基础为平整基岩，承载力较大，符合要求。
4 支架搭设
4.1基本条件
1)支架底端平台实际宽度≥4.5m，以确保底座宽度与斜撑杆角度，并为施工材料的运送提供便利。
2)平台表面水平，最大斜度不能超过5°。
3)支架钢管壁厚≥2.5mm。
4)坡面修理必须平整，确保坡面杆可直接落到实地。
5)保证脚手杆、扣件等质量合格，并准确充足的数量以供轮换使用[1]。
6)现场安排不少于3名专业人员进行指导和监督。
4.2技术质量要求
1)搭设前认真检查脚手杆、扣件，确认合格无误后使用。
2)搭设前找平、填实平台，立杆下方铺设15cm×15cm厚木板，并固定好扫地杆。
3)脚手杆的接头不能出现在相同水平面中，接头之间的距离应保持在1.5～2.0m范围内。立杆与水平杆之间可以设置接头。
4)搭设时，现场所有工作人员都需佩戴安全设施，禁止在杆上长时间站立，并在脚下垫不少于两块踏板。
5)搭设高度超过4m后，应安排两名工人进行操作，相互协助，确保安全。
6)搭设高度超过15m后，应及时增设钢丝绳，以保证支架稳定性，钢丝绳长度按照支架实际高度确定。
7)地脚杆的两侧数量不得低于4排，另外坡面杆上必须增设水平拉杆。
8)脚手架外观形状需要根据坡面的角度、平整度等情况进行适当的调整。而平面杆对应的间隔距离则需根据工作面、锚孔信息等进行调整，
9)安全栏杆范围内须有安全防护网，并施作三面围挡。
4.3搭设流程
准备工作→杆线放线→立杆底部铺设→竖立杆及挡脚板绑扎→脚手板铺设→小横杆放置→大横杆放置→剪刀撑及斜撑绑扎→封顶杆绑扎→挡脚板及护身栏绑扎→安全防护网挂设。
5 支架拆除
1)支架拆除必须按照和搭设完全相反的流程进行，从上到下进行逐层拆除，禁止上下一同作业情况。
2)在对连坡扣件进行拆除前，应确保其上方可拆除杆件全部拆除，禁止先送件再拆件。
3)所有已经完全松开的杆件均需立即取出，以免由于人员误靠产生安全事故。
4)拆除架体需要完全拆平。
5)拆卸下来的扣件与杆件应及时运送至地面，严禁在高空直接抛下。
6)支架拆卸尽量在风力较小的天气下进行，遭遇恶劣天气(如六级以上大风，大雾、雨雪、霜冻等)应不进行或立即中断拆除施工。
6 总结与建议
1)通过Midas等计算软件的合理应用，针对懒龙河水库大坝高边坡脚手架进行了细致的受力验算，从验算结果中可以看出，此支架可以很好的满足施工要求，稳定性与强度均良好。
2)支架受力验算重点考虑安全性，未对剪刀撑等作用进行考虑，但实际情况中必须设置剪刀撑，而且还要根据具有的要求设置浪风，以进一步强化支架可靠性。
3)立杆的接长必须对接顺直，如果使用十字扣件进行对接，则应配套选取双扣件。
4)全部横杆接长均需使用十字扣件，而且实际的接长位置应在相同平面内保持交错，以确保支架整体稳定。
5)支架和高边坡坡面应使用钢管扣件固结，扣件实际间距不得超出4.5m。
[1]崔显岳,夏长华,卢文阁.脚手架在高边坡治理工程中的应用[J].施工技术,2008(S2):367-370.
1007-7596(2016)05-0092-03
2016-03-22
张亚(1977-)，男，贵州思南人，高级工程师，研究方向为水利水电工程质量与安全监督及工程质量检测；陈开军(1980-)，男，贵州织金人，工程师，研究方向为水利水电工程建设管理。
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