水利工程启闭机平台脚手架搭设安全技术分析
时间：2023-02-02 16:00:12 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
刘向磊
(长江生态环保集团有限公司，湖北 武汉 430000)
淠河六安市城南水利枢纽工程位于淠河中游商景高速桥下游约1 200 m处，垂直水流方向布置36孔节制闸、分流岛和连接堤。闸室上部布置9.1 m高的C30排架墙和5.8 m高的C30启闭机房(如图1所示)。启闭机房位于公路桥下游侧，单联启闭机室下部有3个排架墙，分别布置在中墩和缝墩上。
图1 启闭机房示意图
排架墙高9.1 m，厚0.8 m，长5.2 m。启闭机底高程51.70 m，宽8.6 m，长35.1 m，底板主要由主梁KZL1、KL1、KL4、连梁L1和15 cm厚底板组成(如图2所示)，施工启闭机房底板需在底部搭设满堂脚手架，并对启闭机房主梁KZL1处进行加密。由于启闭机房底板较重，达到了300 t，需依靠桥墩搭设一个承载平台，在平台上搭设支撑架[1]。
图2 启闭机房侧视图
启闭机房底板浇筑的施工流程为：搭设贝雷桥工作平台→搭设满堂脚手架→施工启闭机房平台。
本工程脚手架搭设的难点在于基础承载力不够的问题，2个排架墙中间有检修桥梁，初期的搭设思想是利用检修桥做基础，在检修桥上部放置工字钢，在工字钢上部搭设满堂脚手架，但由于检修桥承载力只有7 kN/m2，远远达不到承载力要求，且检修桥距离闸室底板有11 m，底板处于过水状态，因此以检修桥作为脚手架基础和以闸室底板作为脚手架基础均不可行。
我部使用的搭设方案为在闸墩上部重新建造1座桥，利用闸墩作为贝雷桥的基础，桥上铺设工字钢形成脚手架搭设的基础，于贝雷桥工作平台上搭设高7.43 m的满堂脚手架。要求立杆的垂直偏差不能大于模板支架总高度的1/500，且不得大于50 mm。
2.1 贝雷桥承载平台
承载平台由两组贝雷桥和工字钢组成。
首先将闸墩顶部用混凝土找平到43.95 m高程，在闸墩上部放置3根40号a工字钢用作贝雷桥基础，3根工字钢并排放置，通过点焊连接，在两侧使用膨胀螺栓固定在闸墩上部，防止倾覆。
在40号a工字钢上部放置两组贝雷片，第一组宽3.75 m长16 m，由8排贝雷片组成，单排由5块长3 m、高1.5 m的贝雷片和1块长1 m、高1.5 m的贝雷片组成；
第二组宽4.2 m长16 m，由8排贝雷片组成，两组共同构成脚手架基础。贝雷桥拼装完成后在工作面满铺木质脚手板，确保施工安全。
贝雷片上部布置22号a工字钢，通过横梁卡板将贝雷片与工字钢连接，放置长9.4 m工字钢18根，间距90 cm，在KZL1下加密型钢，每隔60 cm布置一个长1.5 m的工字钢，共13根，和4根5.7 m长工字钢(如图3所示)。
图3 工字钢布置图
单组贝雷片重约13 t，在桥面分两次拼装后使用吊机吊入闸孔。
2.2 立杆布置
立杆布置型钢上，立杆底部放置底托，增大与型钢接触面积，横距60 cm，纵距90 cm，KZL1下立杆纵距加密为60 cm，首道立杆距模板40 cm(中墩)和10 cm(缝墩)，以第一层为基础扩展搭设成整体支架体系，立杆长度以2.5 m和1 m的为主，施工时确保位置准确和立杆的垂直度，立杆的垂直偏差，不大于架高的l/200。立杆搭设时需根据预压实验的结果设置预拱度。
2.3 水平杆布置
第一层水平杆距地面25 cm，其上每层水平杆间距1.5 m，顶层步距为0.5 m或1 m。脚手架每隔三步高、五跨间设置一处连墙杆，连墙杆通过在排架墙上打膨胀螺栓，焊接钢板进行连接。
2.4 斜杆布置
架体整体底层以及顶层均设置竖向斜杆，并在架体内部区域每隔5跨由底至顶纵、横向均设置竖向斜杆。顶层设置水平斜杆或扣件钢管水平剪刀撑。
3.1 预压目的
为确保混凝土现浇施工安全，需对贝雷桥进行重载实验以检验贝雷桥的承载能力和挠度值。通过模拟贝雷桥在框架梁施工时的加载过程来分析、验证贝雷桥及其附属结构的弹性形变，消除其非弹性形变。通过其规律来指导贝雷桥在施工中模板的预拱度值及其混凝土分层浇筑的顺序，并据此基本评判施工的安全性[2]。
3.2 预压方法概述
预压方法就是模拟该孔的框架梁的现浇过程，进行实际加载，以验证并得出其承载能力。预压荷载按照施工最大荷载的60%、100%、120%分三次加载，每次加载完毕1 h后进行贝雷桥的变形观测，加载完毕后每6 h测量一次变形值。每次加载完毕后，先停止下一级加载，每间隔6 h对贝雷桥沉降量进行一次监测。当贝雷桥顶部观测点12 h的沉降量平均值小于2 mm时，进行下一级加载。预压卸载时间以贝雷桥地基沉降变形稳定为原则，最后两次沉降量观测平均值之差不大于2 mm时，即可终止预压卸载。
1)关于荷载。简支混凝土框架梁长16 m，计算重量约为340 t，包含框架梁、脚手架钢管等的重量，因此试验的荷载为340×1.2=408 t。此外不再增加额外的荷载，故现场模拟施加总荷载约为408 t，其纵向16 m长度方向分配，平均25.5 t/m。使用材料为规格90 cm×90 cm×110 cm的沙袋，单个重1.2 t，需要340个沙袋，第一层铺设159个沙袋，第二层放置100个，第三层放置81个沙袋。
2)关于基准点的位置。模拟实际浇筑框架梁的准确位置，并以此作为挠度、位移和应力应变测量的初始态，观测点布置图如图4所示[3]。
图4 监测点布置图
3)加载程序。加载过程分为3级：0→60%→100→120%。
第一级加载至60%，重约为204 t。加载至框架梁施工荷载状态的60%，1 h后进行变形观测，每隔6 h监测点标高。
第二级从60%加载至100%，重约为136 t。加载至框架梁施工荷载状态的100%，1 h后进行变形观测，每隔6 h监测点标高。
第三级从100%加载至120%，重约为68 t。加载至框架梁施工荷载状态的120%，1 h后进行变形观测，每隔6 h监测点标高。
模板支撑系统在混凝土浇筑过程中和浇筑后一段时间内，由于受压可能发生一定的沉降和位移，如变化过大可能发生垮塌事故。为及时反映满堂架支撑系统的变化情况，预防事故的发生，需要对支撑系统进行沉降和位移监测[4]。
为了监测混凝土浇筑过程中模板及支撑体系变化情况及是否异常，混凝土浇筑前先在贝雷桥跨中以及脚手架顶端，安排测量员架设水准仪、经纬仪测量数据，并做好记录。在立杆上做好标记，同时量测好观测点与立杆间的相对距离，在混凝土浇筑过程中派专人跟踪监测，记录数据的高程差以及观测点与立杆距离变化按设计允许变形要求控制，发现异常情况，立即停止施工，加固处理后方可继续施工。
启闭机房底板的模板工程及支撑体系需对板模板(盘扣式)、KZL1梁模板、KL1梁模板、KL4梁模板、L1梁模板、启闭机双排脚手架、贝雷桥挠度、22号a工字钢、40号a工字钢进行计算，验算其满足规范设计要求。以KZL1梁模板中的主梁验算计算书为例[5]，见计算表1～表4。
表1 工程属性表
表2 荷载设计表
表3 模板体系设计表
表4 主梁验算表
单根主梁自重设计值：q=1.1×1.3×0.054=0.078 kN/m
单根主梁自重标准值：q′=1×0.054=0.054 kN/m
主梁计算简图见图5。
图5 主梁计算简图
1)抗弯验算
σ=Mmax/W=1.061×106/104 00=102.019 N/mm2≤[f]/γR=205/1=205 N/mm2
满足要求。
主梁弯矩图见图6。
图6 主梁弯矩图(单位：kN·m)
2)抗剪验算
Vmax=10.592 kN
满足要求。
主梁剪力图见图7。
图7 主梁剪力图(单位：kN)
3)挠度验算
跨中νmax=0.396 mm≤[ν]=min[l1/150，10]=min[600/150，10]=4 mm
满足要求。
悬臂端νmax=0.13 mm≤[ν]=min[2l2/150，10]=min[2×100/150，10]=1.333 mm
满足要求。
主梁变形图见图8。
图8 主梁变形图(单位：mm)
4)支座反力计算
Rmax=17.646 kN
用小梁的支座反力分别代入可得：
承载能力极限状态。
立杆2：R2=17.646 kN，立杆3：R3=16.914 kN
…
经对“板模板(盘扣式)、KZL1梁模板、KL1梁模板、KL4梁模板、L1梁模板、启闭机双排脚手架、贝雷桥挠度、22号a工字钢、40号a工字钢等”的计算，各项安全技术指标均满足规范设计要求。
启闭机平台的模板工程及支撑体系属于危险性较大的分部分项工程。在施工过程中，做好事前管控，严格按方案施工，满堂架的搭设不仅满足规范要求，更要应用监测技术措施，设置预警值，提前做好预判，确保施工作业安全。
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