沙湾水电站右坝肩边坡超高脚手架的设计
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[摘 要]根据《扣件式脚手架的施工规范》的规定脚手架的搭设高度一般不超过50m，但是在水工建筑物的施工中我们往往会遇到一些高、陡边坡的支护，支护高度远远大于50m；特别是一些边坡支护工程由于受到地势条件的限制，马道设置非常困难。沙湾水电站右坝肩高边坡支护工程，边坡高差达220m只设置了一级道马道，其中有187m高度没有马道，本文介绍了该边坡脚手架的设计情况，可供类似工程设计参考。
中图分类号：TV223.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0343-02
1、工程概况
大渡河沙湾水电站右坝肩高边支护工程，边坡顶部高程为638m，河床大面高程约418m，高差达220m。边坡陡峭，自然坡角700～800，570m以下成直立状。根据设计要求整个边坡均不进行削坡，只对坡面的崩落堆积层进行清除，整个边坡只在605m处设置一级马道，从605m到418m高差达到187m，没有马道。
支护范围：0-72m～0+168m，共计240m；440m～638m。
支护形式：570m以下预应力锚索、锚杆、挂网、喷砼支护，锚索L=42m、1000KN，间排距8m×8m，锚墩为C30砼；锚杆为Φ25中空注浆锚杆，L=9m，间排距为3m×3m，菱型布置；挂网钢筋为φ8，间排距20cm；喷混凝土标号为C20，厚10cm。
570m以上：锚网喷支护，锚杆为Φ25中空注浆锚杆，L=6m，间排距为1.5m×1.5m，菱型布置；挂网钢筋为φ8，间排距20cm；喷混凝土标号为C20，厚10cm；
坡面设置φ46mm排水孔，孔深>5m，间排距8m，菱型布置。
对现场的实际情况进行仔细分析后，工程建设各方均认为采用从下向上搭设脚手架形成施工平台是最优的施工方案。
2、脚手架的设计
根据现场的实际情况结合以往的施工经验对脚手架的初步设计如下：
（1）立杆设计参数
立杆主要承担喷砼、锚杆、人员及设备等的重量，属于主受力杆，设计间、排距为100×150cm；570m以下排架设计为3排立杆，570m以上排架设计为2排立杆。
（2）大横杆设计参数
570m以下，固定步高1.5m，排距1.0m，单杆传力；570m以上，固定步高1.5m，排距1.5m，单杆传力；
（3）小横杆设计参数
570m以下，固定步高1.5m，排距1.0m，单杆传力；570m以上，固定步高1.5m，排距1.0m，单杆传力；
（4）横向剪刀撑设计参数
横向剪刀撑主要增加排架的横向刚度并承担部分荷载，排距按5.0m布置，要求底部的剪刀撑必须支撑在坚固的基础上。
（5）纵向剪刀撑设计参数
纵向剪刀撑主要增加排架的纵向刚度，纵向剪刀撑与水平面的夹角为45°，彼此平行，间距8.0m。
（6）连墙件的设计参数
连墙件主要承受风荷载，根据现场的实际情况连墙件的间排距为：2步3跨，即3.0m×4.5m。
（7）“之”字形马道设计
排架搭设过程中随排架上升设置“之”字形马道作为工作人员通道，“之”字形马道设计参数：宽1.20m，坡度20°。斜道均设置栏杆及挡脚板，栏杆高度为1.2m，两侧挡板高度为30cm（由竹马道板绑扎形成）。
（7）材料运输通道的设计
①、570m以上的材料采用从上向下的运输方式进行垂直运输：在638m和570m，桩号0-20、0+40、0+100处各设置3个操作平台，在每组操作平台之间设置缆绳，所有材料通过缆绳运输到相应的工作面。
②、570m以下的材料采用从下向上提升的方式进行垂直运输：在桩号0-20、0+40、0+100处设置3组提升滑道，滑道的导轨采用10mm宽的槽钢制作。
（8）休息平台的设置
当工作人员在垂直高度上爬高到一定的距离时便需要一定的时间和场地进行休息以便恢复体力，在脚手架设计时设置了专门的休息平台。在“之”字形马道和大横向通道的交叉处设置休息平台，四周设置栏杆及挡脚板，栏杆高度为1.2m，两侧挡板高度为30cm（由竹马道板绑扎形成）。
（9）连墙锚杆和斜拉钢丝绳的设计参数
连墙锚杆和斜拉钢丝绳的设计参数主要防止脚手架在受到外力作用下发生向外的倒塌，同时在一定的程度上起到卸荷的作用。间排距为：2步3跨，即3.0m×4.5m，钢丝绳在空间上成450夹角与连墙件呈梅花型错开布置。
3、脚手架的计算
根据相关规范的规定脚手架的搭设高度一般不超过50m，因此到手的搭设高度按照50m进行控制，超过过50m的必须设置卸荷平台。
3.1 脚手架钢管的强度设计值
Q235钢的屈服强度240N/mm2为钢材强度的标准值，但是脚手架钢管的结构尺寸已经符合冷弯薄壁型钢材的规定，所以要按照相关规范的规定，在实际运用要乘以一定的分项系数，通过计算脚手架钢管材料的强度设计值为：
=205N/mm2
3.2 立杆稳定性计算公式
=
=（已经考虑风荷的叠加）
3.2.1 值计算
=1.2（NG1k+ NG2k）+0.85×1.4∑
1、值计算
①立杆计算
= 3h×自重=0.1728KN。
②大横杆计算
= 3×自重=0.1728KN。
③小横杆计算
=（0.1+2b+0.5）×自重=0.12288KN。
④扣件计算
= [6+（）] ×0.015=0.105KN。
⑤合计每步距的值为：
=0.1728+0.1728+0.12288+0.105=0.57348KN。
⑥脚手架的计算高度为50m，折合步
所以 =34×0.57348=19.49832KN。该力由3根立杆共同承重的，因此NG1k的最终取值为：
=。
2、值计算
① 马道板计算
为了确保施工进度，施工平台的搭设将不占用直线工期，即在前一层施工时，下一层的施工平台已经形成，同时兼做为施工的安全防护平台，因此在本工程的脚手架计算时按照3层马道板进行计算，一层为施工平台，一层为安全防护平台，一层为“之”型通道。
=3×2b××0.35=4.095KN。
② 小横杆及扣件计算
=3×（0.1+2b+0.5）×0.0384+3×3×0.015=0.50364KN
③ 护拦及扣件计算
=2×1.5×0.0384+2×0.015=0.1452KN。
④ 挡脚板计算
=2×1.5×0.08KN/m=0.24KN。
⑤剪刀撑计算
=2××1.5××0.0384+2××1.3××0.0384+2×5××0.015=2.357KN。
⑥ 安全网计算
本工程采用的安全网为，1.8m×6m的密目网，每片重3Kg。
1.8×6=10.8O
3×10÷10.8=0.003KN/O
=50×1.5×0.003=0.225KN
⑦ 将以上的计算值代如公式得：
=4.095+0.50364+0.1452+0.24+2.357+0.225=7.565KN
7.565KN是由3根立杆共同承重的，因此的最终取值为：
=7.565KN÷3=2.52KN
3、值计算
为了提高排架的安全系数，施工荷载按照结构排架计算，即=3KN/O（实际施工时锚束钻机的重量加上施工人员的重量
2bh×=11.7KN
施工荷载11.7KN，是由3根立杆共同承重的，因此的最终取值为：
11.7KN÷3=3.9KN
将各计算结果代入公式求得值：
1.2（NG1k+ NG2k）+0.85×1.4∑=15.46KN=15460N
3.2.2 值计算
=单根立杆截面面积（Ф48mm，壁厚3.5mm脚手架管）=4.89cm2
3.2.3 值计算
要计算值，必须先计算值
==
=1.155×1.55×150=269（cm）
==
==129.04N/mm2
3.2.4 值计算
=0.85×1.4
==
=0.85×1.4==0.02699KN・m=26990N・mm
将以上计算出的值代入公式可得：
==5.31N/mm2
将以上计算出的、值代入公式可得：
+=129.04N/mm2+5.31N/mm2
134.35N/mm2205N/mm2（因此脚手架是安全的）
3.3 验算搭设高度
[]=
=
=142.91m
[]==
=125.36m>50m（满足要求）
通过以上的计算结果可以看出，本工程设计的脚手架，无论是在承载力，还是在搭设高度上均满足相关规范的要求，所搭设的脚手架是稳定的。
3.4 卸荷平台的设计
采用I14工字钢形成卸荷平台，工字钢深入岩面内3.5m，外露3.5m；工字钢的间距为1.5m，工字钢下部采用脚手架管设置三道斜撑，上部采用钢丝绳斜拉。
在计算按照悬臂梁进行计算，
3.5 地基的承载力计算
脚手架要求坐落在岩石基础上，局部采用钢筋混凝土进行换填。通过计算可知每根立杆传给基础的压强为：P=N/S
4、结束语
在脚手架设计完成后特邀请四川大学对该脚手架在16种不同的工况下进行稳定性验算，验算结果证明该脚手架在16种工况下均是稳定的。目前大渡河沙湾水电站右坝肩高边支护工程的施工已基本完成，在整个的施工过程脚手架没有出现任何的异常情况，质量、安全均处于受控状态。在超高脚手架施工时要注意以下几点：
（1）施工前要对现场的实际情况进行认真分析，脚手架的设置要具有针对性；
（2）在脚手架计算时要多考虑不利因素的影响；
（3）在施工过程中要严格按照施工措施进行，加强现场的质量监督和控制；
（4）对脚手架要随时进行变形监测，发现异常情况必须立即进行处理；
（5）在编制施工措施的同时要编制相应的应急措施以及特殊情况的处理措施。