XJABH某混凝土拱坝左右岸拱肩槽及边坡承重式脚手架设计

XJABH某混凝土拱坝左右岸拱肩槽及边坡承重式脚手架设计

热甫卡提·肖吾开提

新疆水利发展投资（集团）有限公司 830000

【摘要】：脚手架搭设是否及时？是否符合规范要求？严重影响着工程进度、工程质量以及工人的人身安全。本文主要结合工程实例，从脚手架的初步设计、结构荷载验算，以及根据计算结果和规范复核地基承载力能否满足脚手架搭设要求，最后确定施工方案等方面一一进行阐述，为类似工程提供些许参考。

【关键词】：拱肩槽及边坡；承重式脚手架；荷载验算；稳定性

1、工程概况

本工程主要施工内容为XJABH某混凝土拱坝工程脚手架搭设及拆除施工，包括左右岸760m～880.5m高程拱肩槽及边坡支护工程、左右岸713m～760m高程坝基边坡支护工程。

2、脚手架设计

2.1材料配置

（1）钢管：采用国标Ф48.3、壁厚3.6mm的钢管，每米重量4.3kg，有严重锈蚀、弯曲压扁或裂纹的不得使用。

（2）扣件：脚手架搭设时扣件螺栓拧紧扭力矩至65N﹒m，不发生破坏（用扭矩扳手抽检）。

（3）脚手板：脚手板采用5cm厚马道板铺设，单块脚手架板重量不大于30kg，铺放后用4mm镀锌铁丝与小横杆绑扎固定。

（4）挡脚板：采用木模板制作，在脚手板外侧面设置，挡脚板高度500mm。

（5）密目网：采用密目式安全网（每10cm×10cm，2300孔）,脚手架外侧要布满密目网。

（6）安全网：采用涤纶棉材质安全网，网眼小于5cm，顶层及作业层马道板底必须满铺。

2.2构造要求及技术措施

左右岸拱肩槽及坝基边坡支护脚手架搭设，马道宽为2m，对现场实际情况进行仔细分析后，决定搭设承重式脚手架。

3、结构荷载验算

3.1承重脚手架结构设计及计算模型

⑴边坡坡度约63度左右，承重排架按照20m一层，利用马道独立搭设。

⑵ 脚手板为5cm竹夹板脚手板，其自重标准值为0.35KN/m2。

⑶施工荷载按照纵向55m、高程方向20m，脚手架范围铺设3层木脚手板，作业2层，每层布置2台钻机，最多布置4台考虑（连续2跨内布置1台钻机作业），一台YG-80钻机总重0.47t，同时配置两名施工人员，重150kg，即单个最大钻机施工荷载为[（470kg+150kg）×10/（2.4×1.5）]/1000=1.72KN/m2，计算时，荷载按照1.72KN/m2考虑。

⑷ 施工脚手架的设计尺寸

立杆横距La=1.55m，立杆纵距Lb=1.5m，大横杆步距L1=1.8m，小横杆间距L2=1.2m，最大搭建高度按20m高度考虑。

⑸ 脚手架马道基础锁脚锚杆采用Φ25mm螺纹钢筋进行锚固。

3.2脚手架稳定性计算

3.2.1施工作用荷载及参数

作用于横向水平杆的线荷载设计值：q=(1.2*Q1+1.4*Q2)×La

其中：Q1—脚手板自重，0.35KN/m2；Q2—施工均布荷载标准值，1.72KN/m2。

作用于横向水平杆的线荷载标准值：qk=(Q1+Q2)×La

其中：L1—横杆步距，1.8m；L2—小横杆间距，1.2m；La—立杆横距，1.5m；Lb—立杆纵距，1.5m；钢管弹性模量E=2.06×105N/mm2；钢管截面模量W=5.08×103 mm；钢管惯性矩I=12.19×104 mm4；F1—由横向水平杆传给纵向水平杆的集中力设计值。

3.2.2脚手架横向水平杆受力计算

图1横向水平杆受力简图

从图中可以看出，当钻机处于横向水平杆的一跨内时，其受力为最不利状态，则选取这一受力模型按单跨简支梁进行受力计算。

q=(1.2*Q1+1.4*Q2)×L2=（1.2×0.35+1.4×1.72）×1.5×0.5=2.12KN

qk=(Q1+Q2)×L2=（0.35+1.72）×1.5×0.5=1.55KN

图2横向水平杆计算简图

由图形可知，横向水平杆跨中最大弯矩值为：

Mmax=1/8×q×La2=1/8×2.12×1.52=0.6KN·m

横向水平杆所受的最大弯曲应力为：

σmax=Mmax/W=0.6×106/5.08×103=118N/mm2＜f=205N/mm2

横向水平杆的最大挠度为：

Wmax=5qLa4／384EI=5×2.12×15004／384×2.06×105×12.19×104=5.55mm＜W允许=La/150=10mm

故由以上计算可知，横向水平杆在此受力情况下的弯曲应力和最大挠度值均满足规范要求，横向水平杆稳定可靠。

3.2.3 脚手架纵向水平杆受力计算

图3纵向水平杆受力简图

从图中可以看出，钻机在长度方向上处于纵向立杆大约二跨内，其重力通过横向水平杆传给纵向水平杆，选取这一受力模型进行单跨简支梁的受力计算。

纵向水平杆的抗弯强度计算（按最不利荷载，单跨梁进行计算）

图4纵向水平杆计算简图

由图形可知，纵向水平杆的最大弯矩值为：

F1=4.24/4=1.06KN

Mmax=F1×0.25LbLb=0.6KN·m

纵向水平杆所受的最大弯曲应力为：

σmax=Mmax/W=0.

6×106/5.08×103=118N/mm2＜f=205N/mm2

纵向水平杆的最大挠度为：

Wmax=5 F1Lb4／384EI=5×1.06×15004／384×2.06×105×12.19×104=2.78mm＜W允许=Lb/150=10mm

故由以上计算可知，纵向水平杆在此受力情况下的弯曲应力和最大挠度值均满足规范要求，纵向水平杆稳定可靠。

3.2.4 脚手架竖向立杆受力计算

⑴ 脚手架结构自重标准值产生的轴向力（按20米高计算）：

NG1K=H*gk1=20m*0.1295kN/m=2.59kN

⑵ 脚手架配件自重产生的轴向力：

NG2K=脚手板自重标准值*铺设面积+扣件自重+栏杆、挡脚板自重

=0.35KN/m2*1.5m*1.5m+0.0146kN/个*8个*12+0.17kN/m*1.5m

=2.441kN

⑶ 施工荷载标准值产生轴向力的总和：

NQK=1/2*W

   =1/2*4.24kN/m2*1.5m*1.5m

    =4.77kN

其中：W — 施工荷载，本脚手架施工荷载主要为锚索钻机及施工人员，施工荷载取4.24kN/m2。

⑷ 立杆段轴向力设计值N：

N=1.2（NG1K+NG2K）+1.4NQK      

     =1.2*（2.59kN+2.441 kN）+1.4*4.24kN

     =11.97kN

㈠ 立杆计算长lo，由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》式（5.2.8）及表5.2.8、5.2.9、5.3.3得：

l o = kμh

       =1*1.6*1.8m

       =2.88m

其中：－计算长度附加系数，其值取1

则长细比：λ= l o/i =2.88*100cm/1.59cm =181.13 ≤立杆容许长细比[λ]=210

故立杆的长细比能够满足要求。

㈡ 立杆抗弯稳定性计算：

N/A=11.97kN/（0.1295*5.06cm2）=18.27kN/cm2 =182.7N/ mm2≤钢材抗压强度设计值=205N/mm2

其中：稳定系数=0.1295（根据立杆长细比λ，由《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》附录表C查得）。

故整体稳定性能够达到要求。

3.3 扣件抗滑力计算

扣件的抗滑承载力应符合下式规定，即：R≤RC，由《建筑施工扣件钢管脚手架安全技术规范》JGJ130-2011中5.2.5条可知。

纵向水平杆通过扣件传给立杆竖向力，而钻机在长度方向上处于纵向立杆大约二跨内，按照二跨等距连续梁计算公式，则扣件所承受的竖向力最大值为F2=1.333F1=1.41KN＜Rc，满足规范要求，故在此受力情况下，脚手架扣件安全可靠。

3.4 脚手架与边坡结构的连接计算

按照力的平衡原理，当N≤Nak时，即连墙杆外荷载作用下的轴向力N小于等于脚手架安置在边坡上的插筋锚固力时，脚手架就能够避免发生向外倾翻现象，

⑴关于轴向作用力N的计算

按照作业平台连续2跨且高度6m范围内布置1台YG-80钻机作业进行设计计算，一台YG-80钻机动力头最大给进力7KN，即最大施工荷载为N0=7KN。

一台钻机在连续2跨高度6m范围作业平台内，连墙插筋数量n=1根（连墙杆布置按照2步3跨，梅花形布置）。

钻机自重为G=0.47t，钻机自重在单根连墙插筋轴向的分力为：

G1=G·cosβ=4.7 cos60°=2.35KN

施工荷载在单根连墙插筋轴向的分力为：

N1=N0=7KN

作用在连墙杆上的轴向力N计算：

N=（N1－G1）=（7－2.35）=4.65KN

⑵ 关于单根插筋锚固力设计值的计算：

Nak=laξ1πDfrb

式中：la—锚固端长度，设为0.88m；

D—锚固体直径，取0.025m；frb—岩层与锚固体粘结强度特征值，按Ⅳ类岩石取135KPa(GB 50330-2013)；ξ1—工作条件系数，取0.75。

Nak=laξ1πDfrb=0.88×0.75×3.14×0.025×135=6.9KN

经过上述计算：N=（N1－G1）=4.65KN＜Nak=6.9KN

故可知，连墙杆插筋布置按照2步3跨，岩石类型Ⅳ类时，搭设插筋锚固长度0.88m，能够达到安全稳定要求。

4、质量保证措施

4.1新钢管的检查要求：

⑴应当具有产品的质量合格证、质量检验报告；

⑵ 钢管表面要平直光滑；

⑶钢管相关尺寸应分别与图5的规定相符；

⑷ 钢管均应当涂防锈漆。

4.2旧钢管的检查要求：

⑴ 表面锈蚀的深度≤0.18mm；

⑵ 钢管弯曲①各种杆件钢管的端部弯曲l≤1.5m。②立杆钢管弯曲3m＜l≤4m。③水平杆、斜杆的钢管弯曲l≤6.5m。

4.3 扣件验收的要求：

⑴ 应当具有生产许可证、法定检测单位的测试报告与产品质量合格证；

⑵ 新、旧扣件均要进行防锈处理。

4.4脚手板的检查应与下列规定相符：

⑴新脚手板应当具有产品质量合格证；

⑵未使用过或旧脚手板均应当涂防锈漆；

⑶ 脚手板尺寸及构配件的偏差应当与图5的规定相符。

图5构配件的允许偏差值

5、结语

2019年底左右岸拱肩槽及边坡支护已基本完成，施工过程中未出现任何异常情况，质量、安全均受控，验证了理论的可行性。

【参考文献】

[1]《钢管脚手架扣件》（GB15831-2006）[Z]．

[2]《建筑结构荷载规范》（GBJ9-87）[Z]．

[3]《建筑地基基础设计》（GBJ7）[Z]．

[4] 建筑边坡工程技术规范[S].GB50330-2013,北京：中国建筑工业出版社，2013．

[5]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130-2001）.

[6] 结构力学[M]。河海大学出版．