高邊坡深淺層支護(hù)施工腳手架設(shè)計(jì)與計(jì)算.doc

1、高邊坡深淺層支護(hù)施工腳手架設(shè)計(jì)與計(jì)算摘要：扣件式鋼管腳手架工程是高邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工中常用的且十分重要的臨時(shí)設(shè)施，這項(xiàng)工作的優(yōu)劣將直接影響工程的安全、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度、文明施工、效率等?？奂戒摴苣_手架的搭建安裝，拆卸轉(zhuǎn)移在地形和場(chǎng)地條件復(fù)雜的高邊坡環(huán)境下比較方便,在荷載作用下穩(wěn)定性較好?，F(xiàn)以2008年四川錦屏一級(jí)水電站大壩左岸1885m以下邊坡開(kāi)挖支護(hù)工程施工腳手架設(shè)計(jì)與施工為例，淺述一下我們的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：高邊坡 深淺層支護(hù) 腳手架施工 設(shè)計(jì) 穩(wěn)定性計(jì)算1 概述錦屏一級(jí)水電站混凝土雙曲拱壩壩頂高程1885m，建基面高程1580m，最大壩高305m。大壩左岸EL1885.0EL1730。0m拱肩槽邊

2、坡分設(shè)11級(jí)馬道，每級(jí)馬道間高差15m，馬道寬2m，拱肩槽上、下游邊坡坡比10.310.5，拱肩槽部位邊坡坡比10.1510.35。大壩左岸1885m高程以下邊坡支護(hù)工程項(xiàng)目繁多、支護(hù)工程量大，包含了預(yù)應(yīng)力錨索、錨噴支護(hù)、混凝土梁、面板混凝土、排水孔等施工項(xiàng)目,各類施工項(xiàng)目布置形式及參數(shù)差異較大.施工腳手架作為上述施工項(xiàng)目作業(yè)的載體，在邊坡支護(hù)臨時(shí)設(shè)施中占有極高的地位,涉及施工安全、進(jìn)度及文明施工，需要按要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、審批,并嚴(yán)格按要求施工.2 設(shè)計(jì)參數(shù)(1）按照1：0.15坡比進(jìn)行腳手架設(shè)計(jì)。(2）腳手板為5cm厚木腳手板，其自重標(biāo)準(zhǔn)值為0。35kN/m2.(3）鋼管尺寸均為48mm

3、5;3。5mm，其質(zhì)量符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)碳素結(jié)構(gòu)鋼(GB/T700中）Q235-A級(jí)鋼的規(guī)定(Q235鋼抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值=205N/mm2，彈性模量E=2。06×105N/mm2）。（4）施工荷載按照縱向30m、高程方向15m腳手架范圍鋪設(shè)4層木腳手板，同時(shí)作業(yè)2層，每層布置4臺(tái)鉆機(jī)，最多布置8臺(tái)鉆機(jī)進(jìn)行考慮（連續(xù)5跨內(nèi)布置1臺(tái)鉆機(jī)作業(yè))，單臺(tái)YXZ70A鉆機(jī)主機(jī)重0.85t，施工人員3人,重225kg，計(jì)算荷載按照5跨內(nèi)布置1臺(tái)YXZ70A鉆機(jī),同時(shí)配置3名施工人員，即,施工荷載,計(jì)算時(shí)，荷載按照2.30KN/m2考慮.（5）腳手架連壁鎖腳錨桿采用25mm螺紋鋼筋，按照1步

4、2跨（1h×2L）進(jìn)行設(shè)置；地面設(shè)橫向、縱向掃地桿，貼坡面亦設(shè)掃地桿，掃地桿均離地面（坡面）30cm；并布置必要的斜撐、橫向支撐與剪刀撐進(jìn)行加固。同時(shí)在每級(jí)馬道上沿腳手架縱向,每?jī)煽缭O(shè)置水平內(nèi)拉連墻件，防止腳手架整體向外傾翻。（6）錨索施工腳手架設(shè)計(jì)尺寸錨索施工腳手架采用鋼管扣件式綜合爬坡腳手架體系，腳手架間排距結(jié)合坡面錨索布置形式以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、其立桿橫距=1.40m，橫桿間距=1。40m，作業(yè)層0。45/0。50m，立桿縱距=1.40m,橫桿步距=1.80m,最大搭建高度15m。見(jiàn)圖1圖2。錨索施工腳手架按間距1.8m×2.8m設(shè)置錨桿、插筋（插筋垂直坡面搭設(shè)），并通過(guò)

5、拉條焊接與腳手架連接作為腳手架連墻加固桿件。（7)腳手架馬道基礎(chǔ)鎖腳錨桿采用25mm螺紋鋼筋進(jìn)行錨固.圖1 錨索施工腳手架布置立面示意圖（四層錨索） 圖2 施工腳手架坡面典型剖面圖3 設(shè)計(jì)計(jì)算作用于橫向水平桿的線荷載設(shè)計(jì)值;-腳手板自重，0.35KN/m2；-施工均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值，2.30kN/m2；作用于橫向水平桿的線荷載標(biāo)準(zhǔn)值；-小橫桿間距，0.45m、0.50m(計(jì)算時(shí)取大值);立桿橫距，0.60m、1.40m（計(jì)算時(shí)取大值）;-立桿縱距，1.40m-橫桿步距，1。80m-由橫向水平桿傳給縱向水平桿的集中力設(shè)計(jì)值 由橫向水平桿傳給縱向水平桿的集中力標(biāo)準(zhǔn)值。4 錨索施工腳手架4。1 腳手架縱

6、、橫水平桿計(jì)算（見(jiàn)圖3圖4)圖3橫向水平桿計(jì)算簡(jiǎn)圖（單位：cm)（按3跨連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算）圖4 縱向水平桿計(jì)算簡(jiǎn)圖(單位：cm)（按6跨連續(xù)梁計(jì)算）4。1.1 橫向水平桿的抗彎強(qiáng)度和撓度計(jì)算（按3跨連續(xù)梁計(jì)算見(jiàn)圖5圖6）=1。2×0。35×0。50+1。4×2。30×0.50=1。82KN/m=(0。35+2。30）×0.50=1.325KN/m 圖5 橫向水平桿彎矩圖(單位:KN·m） 圖6 橫向水平桿剪力圖(單位：KN）按照3跨連續(xù)梁計(jì)算可知(圖5 橫向水平桿彎矩圖），跨中最大彎矩：M1=0.25KN·m；支座最大負(fù)彎矩：

7、M2=0。39KN·m.=0。25×106÷5.08×103=76。77N/mm2205N/mm2，滿足要求。=5×1。325×(1。4×103）4/384×2。06×105×12.19×104=2.64mmV=150=9.3mm.4.1。2 縱向水平桿的抗彎強(qiáng)度和撓度計(jì)算（按6跨連續(xù)梁計(jì)算見(jiàn)圖7圖）由上圖6可知：橫向水平桿傳給縱向水平桿的集中力設(shè)計(jì)值，F(xiàn)max=1.53（1.42）=2。95kN按照6跨連續(xù)梁計(jì)算可知(圖7縱向水平桿彎矩圖），跨中最大彎矩:M1=0。96KN·

8、;m；支座最大彎矩:M2=1。14KN·m。=0。96×106÷5。08×103=188.97N/mm2205N/mm2，滿足要求. =1.146×（2。95÷1.2)×（1.4×103)3100×2.06×105×12.19×104 =3.1mmV=150=9.3mm圖7 縱向水平桿計(jì)算簡(jiǎn)圖圖8 縱向水平桿彎矩圖（單位：KN·m) 圖 縱向水平桿剪力圖（單位：KN）經(jīng)計(jì)算知,在采用全液壓錨固鉆機(jī)YXZ70A錨索鉆孔施工時(shí),考慮鉆機(jī)自重較大，縱向橫桿與立桿處的負(fù)彎矩

9、較大，鉆機(jī)就位前，對(duì)其鉆機(jī)部位腳手架進(jìn)行局部加固,在確保安全可靠的情況下再進(jìn)行鉆機(jī)安放，加固方式主要采用在大橫桿中間加斜撐以提高大橫桿的抗彎強(qiáng)度，斜撐結(jié)合巖面系統(tǒng)錨桿進(jìn)行設(shè)置。4。2 扣件抗滑力計(jì)算 根據(jù)建筑施工扣件鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范JGJ1302001中5.2。5規(guī)定，縱向或橫向水平桿與立桿連接時(shí)，其扣件的抗滑承載力應(yīng)符合下式規(guī)定：式中R縱向、橫向水平桿傳給立桿的豎向作用力設(shè)計(jì)值； Rc-扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值.直角扣件、旋轉(zhuǎn)扣件抗滑承載力設(shè)計(jì)值按JGJ130-2001中表5.1。7取Rc=8KN。由上圖縱向水平桿剪力圖（圖)可知，縱向水平桿通過(guò)扣件傳給立桿豎向力設(shè)計(jì)值：，,滿足要求.4.

10、3 立桿穩(wěn)定性計(jì)算(按照15m搭建高度進(jìn)行計(jì)算)（1)施工荷載作用下，單根立桿的最大軸向力設(shè)計(jì)值(據(jù)上圖縱向水平桿剪力圖（圖）：（2）按實(shí)際計(jì)算腳手架立桿承載的自重小橫桿:9×3×1.4×0。038KN/m=1。436KN大橫桿：9×1。4×0.038KN/m=0.479KN立桿：15×0.038KN/m=0。57KN扣件：（9×4+15）×0。015KN=0.765KN剪刀撐：（15。3+6。3×4)×0.038KN/m=1。539KN腳手架自重作用下單根立桿產(chǎn)生的軸向力標(biāo)準(zhǔn)值為：F2k=1。

11、436+0.479+0.57+0。765+1。539=4.024KN腳手架自重作用下單根立桿產(chǎn)生的軸向力設(shè)計(jì)值為:F2=4。024KN×1.2=4。829KN（3）立桿軸向力設(shè)計(jì)值（4）驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比長(zhǎng)細(xì)比，驗(yàn)算長(zhǎng)細(xì)比時(shí)，應(yīng)取k=1。計(jì)算立桿穩(wěn)定系數(shù)時(shí),應(yīng)取k=1.155。長(zhǎng)度系數(shù)取=1.75。k=1時(shí)，,滿足要求。k=1。155時(shí),，則,。組合風(fēng)荷載時(shí)： 計(jì)算Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=0。7s·z·Wo式中:0.7-折減系數(shù),（臨時(shí)性，最多按5年考慮，一般3年）；Wo基本風(fēng)壓；查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001。西昌地區(qū) Wo=0.2KN/m2（10年一遇）；

12、s體型系數(shù)；s=1。0;-腳手架擋風(fēng)系數(shù)；近視取=0。8計(jì)算；z-風(fēng)壓高度變化系數(shù)（建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB500092001）；取z=3。12Wk=0。7s·z·Wo =0.7×1.0×0。8×3.12×0。2=0.35KN/m2. 計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的彎矩 立桿穩(wěn)定驗(yàn)算，滿足要求.由于腳手架為邊坡深淺層支護(hù)的主要載體，安全問(wèn)題尤為重要，為了安全期間,腳手架設(shè)計(jì)過(guò)程中采用以下措施加強(qiáng)腳手架整體穩(wěn)定性，具體如下：（1）沿縱向每4跨設(shè)置一道橫向剪刀撐,剪刀撐沿高程方向連續(xù)設(shè)置；沿橫向每2跨設(shè)置一道縱向剪刀撐,剪刀撐沿高程方向連續(xù)設(shè)置，以確

13、保腳手架整體穩(wěn)定;（2）沿腳手架全高采用柔性拉錨系統(tǒng)分段向上斜拉，斜拉方向上傾45度,柔性鋼繩拉錨系統(tǒng)按照5。4m×5.6m間距進(jìn)行布置。同時(shí)，每級(jí)馬道臨邊設(shè)置一排地錨插筋與腳手架水平小橫桿連接牢固，地錨間距與腳手架縱向間距一致，按照2。8m間距進(jìn)行設(shè)置。通過(guò)以上局部加固,以起到分段卸荷和防止腳手架在鉆機(jī)沖擊反力作用下向外傾翻，確保高腳手架整體安全穩(wěn)定。4。4 腳手架與結(jié)構(gòu)的連接計(jì)算（連墻桿計(jì)算）連墻桿件穩(wěn)定計(jì)算分析條件，按照力的平衡原理，及插筋錨固力(Nak）大于等于連墻桿外荷載作用下的軸向力（Nl）時(shí)，則腳手架不會(huì)發(fā)生向外傾翻現(xiàn)象。故可知：式中:單根錨筋錨固力設(shè)計(jì)值.4.5.1關(guān)

14、于施工荷載（包含風(fēng)荷載)作用下連墻插筋軸向作用力計(jì)算（1）風(fēng)荷載作用下連墻桿產(chǎn)生的軸向力計(jì)算:連墻桿軸向力設(shè)計(jì)值計(jì)算公式：式中：連墻桿軸向力設(shè)計(jì)值（KN）;風(fēng)荷載產(chǎn)生的連墻桿軸向力設(shè)計(jì)值；（每個(gè)連墻桿負(fù)責(zé)的面積-連墻桿約束腳手架平面外變形所產(chǎn)生的軸向力（KN）.計(jì)算公式: 計(jì)算Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：式中：0。7-折減系數(shù)，（臨時(shí)性，最多按5年考慮，一般3年);基本風(fēng)壓；查建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB500092001.西昌地區(qū) Wo=0.2KN/m2(10年一遇）-體型系數(shù)；腳手架擋風(fēng)系數(shù);近視取計(jì)算；風(fēng)壓高度變化系數(shù)（建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB500092001）；取=0。7×1。0×0.

15、8×3。12×0.2=0.35KN/m2。 計(jì)算每個(gè)連墻桿負(fù)責(zé)的面積Aw-及連墻桿插筋水平間距乘以垂直間距=1h×2L=1×1.8×2×1。4=5。04m2 單個(gè)連墻桿風(fēng)荷載產(chǎn)生的軸向力：=1。4×0。35×5.04=2.47KN(2）外荷載作用下連墻桿產(chǎn)生的軸向力計(jì)算:施工荷載按照作業(yè)平臺(tái)連續(xù)6跨全高15m范圍內(nèi)布置（兩層作業(yè)平臺(tái)，每層作業(yè)平臺(tái)2臺(tái)鉆機(jī)）4臺(tái)XYZ70A鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算（XYZ70A鉆機(jī)動(dòng)力頭最大給進(jìn)力30KN），同時(shí)作業(yè)是產(chǎn)生的總體水平力=30×4=120KN。風(fēng)荷載產(chǎn)生的單根

16、連墻桿的軸向力=2。47KN。四臺(tái)鉆機(jī)施工平面內(nèi)（連續(xù)5跨全高15m范圍作業(yè)平臺(tái)內(nèi)）連墻插筋數(shù)量:n=（15×1.4×5）÷（1×1。8×2×1。4）+1=22（根）（連墻桿布置按照1步2跨（1h×2L）及單個(gè)插筋水平軸向力.鉆機(jī)自重：G=0。85t=0.85×4=3.4t=34KN.則，鉆機(jī)自重在單根連墻插筋軸向的分力為:G1=G·cos84.÷22=34×cos84。÷22=0.16KN=120÷22=5.45KN（3）作用在連墻桿上的軸向力計(jì)算：=5.45&#

17、215;cos2.+2。47×cos6.0。16=7.74KN。（考慮了10年一遇西昌地區(qū)風(fēng)荷載,鉆孔角度取本標(biāo)段錨索下傾最小角度8.進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算）4.5.2關(guān)于單根插筋錨固力設(shè)計(jì)值的計(jì)算（1）按錨固體表面與周圍巖體間的粘結(jié)強(qiáng)度計(jì)算，所得到的錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為： (1)式中：-錨固端長(zhǎng)度,設(shè)為1。5m；D-錨固體直徑，取0。025m；-巖層與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值,按2類巖石取120KPa(適用于注漿強(qiáng)度M30）。（GB 50330-2002)-工作條件系數(shù)，取0.75。則，(2）按錨筋與錨固砂漿間的粘結(jié)力來(lái)計(jì)算，確定的錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值為： （2）式中：-錨固端長(zhǎng)度，設(shè)為1。5m；

18、d錨索直徑，0.025m;-鋼筋與錨固砂漿間的粘結(jié)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，按M20水泥漿強(qiáng)度等級(jí)取值1.95MPa；（GB 503302002）n-插筋數(shù)量，n=1;-工作條件系數(shù)，取0.60。-重要性系數(shù),取4。0。從偏于安全考慮，按上述計(jì)算值取小值,即錨固長(zhǎng)度1。5m，直徑25mm插筋，巖石條件按2類巖石考慮，單根插筋錨固力計(jì)算值得Nak =10。60KN。經(jīng)過(guò)上述計(jì)算：=7.74KNNak=10。60KN故，可知(連墻桿插筋布置按照1步2跨（1h×2L），巖石類型2時(shí),搭設(shè)插筋錨固長(zhǎng)度1。8m，滿足安全穩(wěn)定要求。同理(計(jì)算方法同前），根據(jù)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）巖石與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度特征值（適用于注漿強(qiáng)度M30），通過(guò)計(jì)算各種巖石條件下，腳手架連墻插筋錨固長(zhǎng)度分別如下:巖石類別Frb值（kpa)插筋入巖深度巖石類別Frb值(kpa)插筋入巖深度及軟巖1351.4m較硬巖5500。4m軟巖1801.0m堅(jiān)硬巖9000.3m較軟巖3800。5m備注連墻插筋直徑25mm(表中插筋入巖深度按照規(guī)范要求取小值進(jìn)行設(shè)計(jì)，表中數(shù)據(jù)適用于注漿強(qiáng)度等級(jí)為M3