某泄洪洞漸變段施工中腳手架安全驗算分析

□宋艷青（鄭州水務建筑工程股份有限公司）

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某泄洪洞漸變段施工中腳手架安全驗算分析

□宋艷青（鄭州水務建筑工程股份有限公司）

某水庫是大（2）型水庫，設計洪水標準采用500 a一遇，水庫是以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發電的大型水庫。水庫包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞、電站等。泄洪洞布置在主壩左側，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分。在對泄洪洞漸變段進行混凝土澆筑施工過程計劃采用扣碗式腳手架作為支撐。文章基于相關規范及結合現場實際施工情況，對漸變段施工中腳手架安全性進行驗算分析，研究結果表明能夠滿足各項規程的要求，達到設計標準。

泄洪洞；漸變段；腳手架；安全性；驗算分析

1　水庫概況

某水庫規模為大（2）型，是以防洪為主，結合灌溉、供水，兼顧發電的大型水庫。工程主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水洞、電站等。水庫設計洪水標準采用500 a一遇，相應洪水位418.36 m。水庫主要建筑物有主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞和輸水洞，次要建筑物有電站、交通道路、橋梁等，臨時建筑物導流洞等。泄洪洞布置在主壩左側，總長約664.50 m，包括引渠段、控制段、洞身段、消能工程段等部分。進口洞底高程為360.00 m，控制段閘室采用有壓短管型式，洞身段采用無壓城門洞型隧洞，出口消能方式采用挑流消能。

2　水庫泄洪洞漸變段基本情況

水庫泄洪洞漸變段為塔架方形流道與泄洪洞城門洞過水斷面的過渡帶，長12 m，上游端頂拱跨度6.50 m，頂部方變圓，混凝土襯砌厚度1.20 m。

計劃該段邊頂拱一次澆筑完成，然后再澆筑底板，邊墻采用普通鋼模板。采用滿堂腳手架作為支撐，上部安裝間距0.50 m的漸變龍骨，再鋪設縱向鋼管，安裝直徑20 mm的環向鋼筋，其上安裝寬100 mm的普通鋼模板作為頂拱襯砌模板。

3　漸變段施工中腳手架安全驗算的必要性

腳手架施工設計依據《簡明施工計算手冊》《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范》進行設計，施工中不允許超過設計荷載。渡槽設計活荷載最大為20 kN/m2，施工中要求堆載不得超過該值。

腳手架的小橫桿、大橫桿和立桿是傳遞垂直荷載的主要構件。而剪刀撐、斜撐和連墻件主要是保證腳手架整體剛度和穩定性，并且加強抵抗垂直和水平作用的能力。而連墻件則承受全部的風荷載，扣件則是架子組成整體的聯結件和傳力件。為了保證施工安全，腳手工架搭設前須進行安全驗算。

4　腳手架安全驗算分析

滿堂腳手架的豎向立桿和縱橫向橫桿間排距均為0.60 m，步高0.60 m，豎桿支撐巖石基礎上，下設0.15 m×0.15 m的鋼墊板。

分別取漸變段上游斷面和下游斷面，選擇混凝土最厚部位進行計算。計算時，外加0.20 m的超挖引起的超填量。由圖1可知，上游斷面拱頂部位混凝土最厚，為2.55+0.2=2.75 m，故取該點進行計算。

圖1　計算截面示意圖

4.1計算參數

各種材料的容重及彈性模量等參數如表1所示。

表1　材料特性值表

鋼管截面特性如表2所示。

表2　鋼管截面特性表

施工人員、機具運輸及堆放荷載取值為F1=3.00 kN/m2。

振搗混凝土產生的荷載取值為F2=2.00 kN/m2。

泵送混凝土時沖擊所產生的荷載取值為F3=2.00 KN/m2。

4.2支架立桿驗算

4.2.1荷載計算

便于分析起見，在計算過程中假定混凝土為理想流體材料，即材料顆粒之間不存在剪應力，這個假定對于一次澆筑完成的頂拱是恰當的，因為混凝土尚未初凝，應力重分布現象不明顯。

進行強度驗算時，永久荷載分項系數取1.20，可變荷載分項系數取1.40。

立桿荷載計算結果如表3所示。

表3　立桿荷載計算結果表

4.2.2強度及穩定性驗算

立桿強度根據下式驗算：

立桿穩定性根據下式驗算：

示中：N—單根立桿所承受的軸向壓力；φ—軸心受壓構件的穩定系數；A—鋼管橫截面面積；f—鋼材的抗壓強度設計值，取205 N/mm2。

穩定系數φ由構件的長細比λ通過查《扣件式鋼管腳手架安全技術規范》附錄C而得。

式中：λ—長細比；l0—立桿計算長度；i—回轉半徑1.50 cm；k—計算長度附加系數，其取值1.16；μ—考慮腳手架整體穩定因素的單桿計算長度系數，按《扣件式鋼管腳手架安全技術規范》采用，取最不利組合時2.00；h—立桿步距0.60 m。

故：l0=1.155×2×0.60=1.39 m。

查《扣件式鋼管腳手架安全技術規范》，內插得穩定系數φ=0.74。

故支架強度及穩定性滿足要求。

4.2.3支架抗風驗算

風荷載作用下立桿的彎矩按下式計算：

其中：la立桿縱距，l0為立桿計算長度，ωk為橫向風荷載標準值。

式中：μZ—風壓高度變化系數，根據《建筑結構荷載規范》內插得1.098，另乘以1.40的修正系數，得μZ=1.54；μS—腳手架風荷載體形系數，根據《建筑結構荷載規范》取1.30；ω—腳手架擋風系數，取0.09；W0—基本風壓，根據《建筑結構荷載規范》，計算中取洛陽市50年一遇風壓0.40 MPa。

考慮風荷載效應時，立桿穩定性按下式進行驗算：

式中：N1—永久荷載組合下的單根立柱荷載效應值，67.06× 0.36=24.14 kN；

N2—可變荷載組合下的單根立柱荷載效應值，7×0.36= 2.52 kN。

代入數據，得：

綜上可知支架抗風穩定性滿足要求。

4.3模板強度與剛度驗算

底模下部支點為規則排列的橫向φ20 mm螺紋鋼，故模板按照均布荷載作用下3跨單位寬度的連續單向板進行驗算。

單位寬度模板力學性能及計算參數如下：

彈性模量E=2.06×105MPa。

荷載：q=（2.55+0.20）×2.40×9.80×0.30=19.40 KN/m。

支撐模板的φ20 mm螺紋鋼的中心間距：l=0.50 m。

鋼模板抗彎強度設計值：fm=205 MPa。

模板強度及剛度分別按以下兩式進行驗算：

故模板強度及剛度均滿足要求。

4.4板下縱向鋼管剛度驗算

縱向鋼管承受模板傳遞的均布荷載，按照3跨連續梁進行驗算。

縱向鋼管橫斷面為圓形外徑48 mm，壁厚3.50 mm，其力學性能及計算參數如下：①彈性模量E=2.06×105MPa；②截面慣性矩：I=12.187 cm4；③荷載：q=19.4+（0.38+0.048）×0.5=19.61 kN/m；④縱向鋼管中心間距（按最不利?。簂=0.50 m；⑤鋼管抗彎強度設計值：f鋼=205 MPa。

縱向鋼管剛度按下式計算：

故縱向鋼管剛度滿足要求。

4.5地基承載力計算

5　結論

根據前述計算結果可知，該工程擬采用的滿堂支架結構對漸變段下游斷面來說能夠滿足要求，達到設計標準。

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（責任編輯：劉青）

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