梨园水电站左岸混凝土生产场平系统高边坡支护排架的安全设计及计算.pdf

水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第5期 梨 园水 电站左 岸混凝土生产场 平系统高边坡支护 排架的安全设计及计算 刘 利 ，蒋玉付 ( 中国人 民武装警察部队 水电第一总队，广西 南宁 5 3 0 0 2 8 ) 关键词 ：高边坡；支护排架；混凝土生产场坪；设计计算 ；梨园水电站 中图分类号 ：T V 3 3 2 1 5 ( 2 7 4 ) 文献标识码 ：B 文章编号 ：1 0 0 0 0 8 6 0 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 0 8 0 0 4 1 工程概况 梨园水 电站为金沙 江 中游开 发 的第 三级 电站 ， 位于云南省丽 江市 玉龙县 ( 右岸 ) 和迪 庆州香 格 里 拉县 ( 左岸 ) 交界 河段 ，其 左岸 混凝土 生产 系统场 平工程地势 险要 ，边坡 垂直 高度 达 8 0 I n ，分 四级 边坡开挖 ，每 级边坡 与 上一级 边 坡形 成 宽 2 m 的 马道 ，每级边坡 高 2 0 m，边 坡 开挖 后坡 度 为 6 0 。 7 5。 边坡支护项 目繁多 ，包括锚杆 、喷射混凝土、预 应力锚索 、锚筋桩 、锚索框架梁等形成支护，施工时 采用扣件式双排钢管排架作业 ，开挖和支护 同步进 行 ，交叉作业。 2排架的设计 2 1 排 架材 料 钢管采用 4 , 4 8 mm 3 5 m m 国际钢管 ，其质量 符合现行 国家标准 碳素结 构钢( G B T 7 0 0 ) Q 2 3 5 一 A级钢的规定 ( Q 2 3 5一A级钢 抗压 、抗拉 、抗弯 强度 设 计 值 f=2 0 5 MP a ，弹 性 模 量 E =2 0 6 X 1 0 MP a ) 。 扣件采用可锻造铸铁制成 ，材质符合现行 国家标 准 钢管脚手架扣件 ( G B 1 5 8 3 1 ) 的规定 ，采用其他 材料的扣件 ，应当试验证 明其质量符合标准规定后方 可使用。 脚手板厚度不小于 5 0 m m，用螺栓将侧立竹跳板 并列连接而成，两端采用 6 4 m m的镀锌铁丝箍两道 ， 脚手板 自重标准值为 0 3 5 k N m 。 连墙件采用 4 , 2 5的 级螺纹钢 ，材质符合现行 8 0 国家标准 碳素结构钢 ( G B T 7 0 0 ) Q 2 3 5一A级钢 的 规定。 安全 网采用防火绿色密 目网。 2 2 荷载计算 本边坡支护施工排架上主要有潜孔设备和作业人 员荷载 ，钻机分散错开布 置。按照承重排架设计计 算 ，允许承载荷载为 3 k N m 。横向水平杆 、纵向水 平杆和立杆组成的构架承受荷载，并通过立杆传给基 础 。剪刀撑 、斜撑和连墙 杆承受排架 的刚度和稳定 性 ：连墙杆承受全部风荷载。 2 2 1 锚 索施 工排 架设 计尺 寸 锚索施工脚手架采 用钢管 扣件式 脚手架 体系 ， 排架搭设高度 H=2 0 m，步距 h=1 8 m，立杆纵 距 L =1 5 m，立杆横距 L ：1 0 8 m，连接件 为 2 步 3跨 设 置 ，脚手 板 为毛 竹板 ，按 同时铺 设 6排 计算 ，同时作 业层 数 7 , =3，示 意 详见 图 1 。钢 管 截 面 面 积 A =4 8 9 mm ，截 面 模 量 =5 0 8 1 0。 mm ，回转半径 i =1 5 8 c m，抗 弯、抗压强度设 计值 f=2 0 5 MP a ，基本 风 压值 =0 7 k P a ，忽 略 雪 、雨荷载。 2 2 2荷 栽分 类 作业在排架上的荷载可分 为永 久荷 载与可变荷 载。 ( 1 ) 永久荷载包括 ：排架结构 自重和构 、配件 自 重 。 ( 2 ) 可变荷载包括 ：作业层上的人员 、器具 、材 收稿 日期 ：2 0 1 1 0 3 1 1 作者简介 ：刘利 ，男 ，武警水电三支队工程 师。 Wa t e r Re s o u r c e s a n d Hy d ro p o we rEn g i n e e r i n g V o 1 4 2 No 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m I 丁 l r J 二 L l 互 ! 昌 j j 竺 l j I 马道 E 、 、 、 ， n 、 乙 、 r 1 r 图 1 脚 手架布置 立面 示意( 单位 ：11 1 ) 料 白重及风荷载。 2 2 3荷栽标准值 ( 1 ) 6 4 8 X 3 5 1 11 1 3 钢管自重准值：P： ( ) 0 3 8 k N m。 ( 2 ) 竹跳板 自重标准值：g ： = 0 3 5 k N m 。 ( 3 ) 栏杆与踢脚板 自重标准值：g ， =0 1 4 k N m。 ( 4 ) 施工均布活荷载 ： =3 k N m ( 按照结构脚 手架采用 ) 。 ( 5 ) 风荷载标准值 ： =0 7 g 。=0 7 X 1 6 3 X 0 0 8 9 X 0 2 5= 0 0 2 5 ( k N m ) 。 式 中， 。 为基本风压 ；查 建筑结构荷载规范 ( G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 ) ，丽 江 地 区 = 0 2 5 k N m ( 1 0年 一 遇) ； z 。 为风压高度变化系数 ，查 建筑结 构荷载规 范( G B 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 ) 表 7 2 1 ，取 1 6 3 ； 为排 架风荷载体型系数 ；全封闭式为 1 0 ， 为挡风 系 数 ，根据脚手 架搭 设 的步距 和纵距 ，查 表 得 取 0 08 9 3 排架设计计算 3 1 纵 向水 平杆 计算 3 1 1 纵 向水平杆 ( 大横 杆 ) 抗 弯强度 ( 按 三跨 连 续 梁 ) 计 算 纵向水平杆荷载按照荷载效应组合 ，主要考虑纵 向水平杆上面的脚手板 自重和施 T活荷载 。 纵 向水平 杆 的 自重标准 值 ：P =0 0 3 8 k N m： 脚手板 自重 标 准 值 ：P ，=0 3 5 X 1 0 8 3：0 1 2 6 ( k N m) ；活荷载 标 准值 ：Q： 3 X 1 0 8 3=1 0 8 ( k N m) ；静 荷 载 设 计 值 ：r 7 =1 2 X( 0 0 3 8+ 水利水电技术第4 2卷2 0 1 1年第 5期 刘利， 等梨园水电站左岸混凝土生产场平系统高边坡支护排架的安全设计及计算 0 1 2 6 )=0 1 9 6 8 ( k N m) ；活荷载设计 值 ：q =1 4 1 0 8=1 5 1 2 ( k N m) 。 说明：之所以采用两种组合方式 ，是因为在不同 的活荷载分布情况下 ，其弯矩及挠度不 同。 跨 中和支座最大弯距分别按图 2 、图 3组合。 图 2 纵 向水平杆设 计荷载组合简图 ( 跨中最大弯矩和跨 中最大挠度 ) 图 3 纵 向水 平杆设计荷载 组合简 图 ( 支座最大弯矩 ) 跨巾最大 弯距计 算公式 如下 ( 相 关 系数 可查 阅 建筑施 r手册 ) M =0 0 8 q 。 z +0 1 0 q 跨 中最 大 弯 距 为 M l 。 =0 08 X 01 9 6 8 X 1 5 +01 0 X 1 51 2 X 1 5 = 0 3 7 6 ( k N I n ) ；支座最大弯距计算公式如下( 相 关系数可查 阅 建筑施 二 手册 ) ；M =一0 1 0 q f 一 0 1 1 7 q 2 z ；支座 最 大 弯距 为 ；M2 = 一0 1 0 X 01 96 8 1 5 一0 1 1 7 X 1 51 2 X 1 5 ： 一0 4 42 3 ( k N 1 1 1 ) ；选择支座弯矩 和跨 中弯矩 的最大值进行 强度验 算 ； =Ma x ( 0 3 7 61 0 ，0 4 4 2 31 0 ) 5 0 8 0=8 7 0 7 ( MP a ) ；纵 向水平 杆 的最 大弯 曲应力 为 o r =8 7 0 7 MP a小于纵 向水平杆 的抗压强度设 计 值 f J=2 0 5 MP a ，满足要求。 3 1 2纵 向水平杆 的挠度 计 算 最大挠度考虑为三跨连续梁均布荷载作用下的挠 度 。 计算公式如下 。 = ( 0 6 7 7 q l l + 0 9 9 0 q 2 ) I O O E I ( 相关系数可查 建筑施_丁手册 ) 式中 ，静荷载标准值 ：q = P +P ， ： 0 0 3 8+ 0 1 2 6： 8 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘利， 等 梨园水电站左岸混凝土生产场平系统高边坡支护排架的安全设计及计算 0 1 6 4 ( k N m) ；活荷载标准值 ：q =p=1 0 8 k N m； 最大挠度 计算值 为： =( 0 6 7 70 1 6 41 5 0 0 + 0 9 9 0 X 1 0 8 X 1 5 0 0 ) ( 1 0 0 X 2 0 61 0 1 2 1 9 0 0 ) ： 2 3 8 ( ra m)1 0 m m，满足要求 。 3 2 横 向水平杆计算 根据 J G J 1 3 0 _ _ 2 0 0 1第 5 2 4条规定 ，横向水平 杆按照简支梁进行强度和挠度计算 ，纵向水平杆在横 向水平杆的上面。用纵 向水平杆支座的最大反力计算 值作为横向水平杆集中荷载 ，在最不利荷载布置下计 算横向水平杆的最大弯矩和变形。 3 2 1 荷栽计算 纵向水平杆的 自重标 准值 ：P =P 1 5= 0 0 3 8 1 5=0 0 5 7( k N) ；脚 手 板 的 自重标 准 值 ：P = 0 3 5 X 1 0 8 X 1 5 3： 0 1 8 9 ( k N) ；活荷载标准值 ：q ： 3 1 0 8 1 5 3=1 6 2 ( k N) ；集 中荷载设计值 ：P ： 1 2 X( 0 0 5 7+0 1 8 9 )十1 4 X 1 6 2=2 5 6 3 ( k N) 。 p P g + l l l l 三 3 们 图 4 横 向水 平杆 荷载计算 3 。 2 2强度验 算 最大弯矩考虑为横向水平杆 自重均布荷载与纵向 水平杆传递荷载的标准值最不利分配的弯矩和； 均布荷 载最 大弯矩计算公式 如下 M。 =q l 8 ； = 1 2 x 0 0 3 81 0 8 8 ：0 0 0 7 ( k N 11 2 ) 。 集 中荷载最大 弯矩计 算公式 如下 g。 = 3 ； =2 5 6 31 0 8 3 =0 9 2 3 ( k N i n ) ；最大弯矩 M= M + M = 0 9 3 ( k N I l 1 ) ；最大应力计算值 ： =0 9 31 0 5 0 8 0=1 8 3 0 8 ( MP a ) ；小横杆 的最大弯 曲应 力 =1 8 3 0 8 MP a小于小横杆的抗压 强度设计值 2 0 5 MP a ，满足要求。 3 2 3挠度 验 算 最大挠度考虑为小横杆 自重均布荷载与大横杆传 递荷载的设计值最不利分配 的挠度和 ； 小横杆 自重均布荷载引起的最大挠度计算公式如 下 =5 q l 3 8 4 E I ； q =50 0 3 31 0 5 0 4 ( 3 8 4 X 2 0 61 0 1 0 7 8 0 0 )=0 0 2 4 ( m m) ；大横杆传递 荷载 P= P 1 +P 2+Q=0 0 5 7+0 1 8 9+1 6 2=1 8 6 6 ( k N) ；集中荷载标准值最不利分配引起的最大挠度 计算公式如下 =P l ( 3 l 一 4 1 9 ) 7 2 E ( 此公式可 查阅 建筑施工手册 第 四版第 4 7页) ； =1 8 6 6 X 1 0 5 0 X f 3 X 1 0 5 0 z - 4 1 0 5 0 2 9) ( 7 2 2 0 6 X 1 0 X 1 0 7 8 0 0 )：3 4 5 3( m m) ；最大挠度 l ， = q + p m = 0 0 2 4+ 3 4 5 3=3 4 7 7( mm) ；小横杆 的最大挠度为 3 4 7 7 mn l 小于小横杆的最大容许挠度 1 0 5 0 1 5 0=7 与 1 0 mm，满足要求。 3 3脚手架立杆计算 3 3 1 立杆荷栽计算 作用于脚手架的荷载包括静荷载、活荷载和风荷 载 。静荷载标准值包括以下内容 ： ( 1 ) 每米立杆承受的结构 自重标准值 ，为 0 1 2 4 8 k N m；N =0 1 2 4 8 2 0 0 0= 2 4 9 6 ( k N) 。 ( 2 ) 脚手板 的 自重标准值 ；采用竹跳板脚手板 ， 标准值为 0 3 5 k N m ； 晓=0 3 5 X 6 X 1 5 X( 1 0 8 十 0 3 ) 2= 2 1 7 4 ( k N) 。 ( 3 ) 栏杆与挡脚手板 自重标准值 ；采用栏杆 、竹 笆片脚手板挡板 ，标准值为 o 1 4 ； a= 0 1 4 01 5 6 2= 0 6 3 ( k N) 。 ( 4 ) 吊挂 的安 全设 施荷 载 ，包括 绿 色密 目网： 0 0 0 5 k N m ；N ： 0 0 0 51 5 X 6=0 0 4 5 ( k N) 。 经计算 ，静荷载标准值 = + 晓+ + =5 3 4 5 kN。 活荷载为施工荷载标准值产生的轴 向力总和，内、 外立杆按一纵距 内施工荷载总和的 1 2取值。经计算 活荷载标准值 N ： 3 X 1 0 8 X 1 5 3 2= 7 2 9 ( k N) 。 风荷载标准值 = 0 0 2 5 k N m ，风荷载设计值 产生 的立杆段弯矩 为 ：M =0 8 51 4 1 0 ： 0 8 5 X 1 4 0 0 25 X 1 5 1 8 2 1 0 = 0 01 4 ( k N m) 。 不考虑风荷载时 ，立杆的轴向压力设计值计算公 式 N =1 2 N c+1 4 N D=1 25 3 4 5+1 4 X 7 2 9= 1 6 6 2 ( k N) 。 考虑风荷载时 ，立杆 的轴 向压力设计值为 N = 1 2 NG十0 8 5 X 1 4 No=1 2 X 5 3 4 5+ 0 8 5 X 1 4 7 2 9=1 5 0 8 9( k N) 。 3 3 2立杆稳定性计算 不考虑风荷载时 ， ( ) 。 立杆的轴向压力设计值 ：N=1 6 6 2 k N。 计算立杆的截面回转半径 ：i =1 5 8 e m。 计算长度附加系数参 照 建筑施工扣件式钢管脚 手架安全技术规范 表 5 3 3得 ： =1 1 5 5 。 计算长度系数参照 建筑施工扣件式钢管脚手架 安全技术规范 表 5 3 3得 ： = 1 5 。 计算长度 ，由公式 f n = x x X h确定：f 0 = 3 1 1 8 m。 长细 比A=L o i =1 9 7 3 7 ；查 建筑施工扣件式 水利水电技术第 4 2卷2 0 1 1 年第 5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 钢管脚手架安全技术规范 得 ： 0 1 8 6 。 查 建筑施丁扣件式钢管脚手架安全技术规范 得 A ： 4 8 9 C l I l ，不考虑风荷载时： ：1 6 6 2 X 1 0 ( o 1 8 6 4 8 9 X 1 0 ) =1 8 2 7 3 ( M P a ) = 2 0 5 M P a 。 考虑风荷载时， ( ( )+ M -厂 。 立杆的轴向压力设计值 ：N： N ：1 5 0 8 9 k N。 立杆 的截面模量 W= 5 0 8 C m 。 考虑风荷载时，o r =1 5 0 8 9 x 1 0 ( n 1 8 64 8 9 1 0 ) + 1 4 0 0 0 5 0 8 9=1 6 8 6 5 ( M P a ) 厂 = 2 0 5 M P a 。 可以看的出来 ，考虑风荷载和不考虑风荷载的情 况下 ，立杆的稳定性都满足要求 。 3 4 扣件抗滑力的计算 根据 建筑施T扣件式钢管脚手架安全技术规范 的 规定，直角扣件、旋转扣件的承载力设计值为 8 0 0 k N。 该_ 程实际的旋转单扣件承载力取值为 8 0 0 k N 。 纵向或横向水平杆 与立杆连接时，扣件的抗滑承 载力按照下式计算 ( 规范 5 2 5 ) R 式中，尺 为扣件抗滑承载力设计值，取 8 0 0 k N；R为 纵向或横向水平杆传给立杆的竖 向作用力设计值 ；纵 向水平 杆 的 自重 标准值 ：P =0 0 3 81 52 2= 0 0 5 7 ( k N) ；横 向水平杆 的 自重标 准值 ：P = 0 0 3 8 1 0 8=0 0 4 1 ( k N) ；脚手 板的 自重标 准值 ：P = 0 3 5 x 1 0 8 X 1 5 2=0 2 8 4 ( k N) ；活荷载 的标准值 ： Q= 31 0 81 5 2=2 4 3 ( k N) ；荷载 的设计值 ：R =1 2( 0 0 5 7+0 0 41+1 5 7 5)+1 42 4 3=5 41 ( k N)8 0 0 k N扣件抗滑承载力 的设计计算满足要 求 。此处计算的是横向水平杆与立杆连接处扣件的抗 滑承载力 ，对于架体内 、外纵向水平杆因其荷载比其 下方的横向水平杆小 ，故不重复计算。 刘利， 等梨园水电站左岸混凝土生产场平系统高边坡支护排架的安全设计及计算 4 结 语 在水利水 电工 程 及其 他 工 程 高边 坡 施T 项 目 中，边坡排架 的设计至关重要 ，关系着排架 本身及 作用人员 、设备 的安全 ，应结合施工现场 实际进行 设 计 。 ( 1 ) 本例未进行脚手架立杆地基承载力计算 ，主 要是因为基础开挖后岩层整体性及硬度较好 ，远远大 于立杆地基承载力的设计值。 ( 2 ) 本例未进行脚手架连墙件稳定性 的计算 ，主 要 因为边坡最大坡度为 7 5 。 ，连墙件为 西 2 5 m m钢筋 ， 用钢筋将脚手架钢管及边坡中的预设锚杆焊接，按照 斜角焊缝计算 ，其焊缝抗剪力远远大于风荷载及外力 对排架产生的轴力。 ( 3 ) 立杆横距对于排架尺寸的设计起非常重要的 作用 ，特别是 在横向水平杆 的验算 中，开 始设计为 1 6 n l 、1 2 13 1- ，均不能满足要求 ，最后设计 为 1 0 8 I l l 才满足要求。 ( 4 ) 施工过程中，考虑作业层钻机 自重较 大，在 钻机就位前 ，对脚手架作业层小横杆加密设置 ，同时 按照技术人员 的要求设置纵横向剪刀撑 ，以提高脚手 架的整体和局部刚度 ，本例中未考虑剪刀撑对脚手架 的安全作用。 参考文献 ： 1 J G J 1 3 O 一2 0 0 l ，建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 S 2 GB 5 0 0 0 9 -2 0 0 1 ，建筑结构荷载规范 f S 3 建 筑施工 手册 ( 第 四版 ) S 4 J G J 5 9- 9 9，建筑施T安全技术标准 S 5 J G J 8 O 9 1 ，建筑施 工高处 作业安 全技术规范 s ( 责任编辑于尧尧) ( 上 接 第 6 4 页) 3 5 充分发挥审计监督职能 水电施T的材料审计有 自身的特点，审计过程不 可能每样材料都查，根据施T的特点，要重点审查大 宗材料。对采购过程和采购物资要严格地审计。采购 价格审计不仅仅是对价格这个数据进行审计，而是要 对 获得价格 的全 过 程进 行 审计 ， 包 括 对 采购 政 策 、采 购计划 、采购程序以及采购管理等各个方面进行审计 。 在审计中要以施工预算用量为依据 ，分别查材料部门 帐 、财务部 门帐 ，看其购入 、耗用 、结存 是否一致 ， 其实际耗用量与施工预算用量是否配比、真实。要引 起注重的是业主供主材，如主材超用而业主方未签认， 那超用主材最终业主方要从工程款中扣除。这就需要 水利水 电技术第 4 2 卷2 0 l 1 年 第 5期 项 目部加强材料发放手续 的控制 ，材料 出库必须要有 领料单 ，施T过程 中的二次调配，分包 队伍要签字确 认 ，以便在与分包队伍结算中扣回超用的业主供材。 3 6 发挥集团优势 ，探索现代材料管理模式 在公司范围内，建立物资采购信息平台。借鉴协 作单位黑名单的模式 ，引入供货单位黑名单制度 ，将 信誉不高 、售后服务不好 、以次充好 、弄虚作假的供 应商列入总公司的黑名单 ，确保材料质量 ；依托集团 优势 ，逐步推行通用材料 ( 如钢筋 、模板等 ) 的招标 公开采购 ，然后价拨到各分公司的材料采购制度 ，采 取厂家直销 、依托现代化物流保障手段 ，减少 中间环 节 ，确保材料质量 ，努力降低采购成本。 ( 责任编 辑聂建平 ) 8 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m