由“牛腿”施工安全技術論證淺談“3E”對策之技術

□李 朵（河南省水利第一工程局）

1. 認知“3E”

預防事故發(fā)生以及控制事故發(fā)展到更壞的狀態(tài)，即事故的預防與控制，是安全工作的最終目的，對于事故的預防與控制，應從安全技術、安全教育、安全管理3方面入手，采取相應措施。因為技術(Engineering)、教育（Education）和管理（Enforcement）3個英文單詞的第一個字母均為E，也有人稱之為“3E”對策。

安全技術對策——物的不安全狀態(tài);安全教育對策——使人知道應怎么做;安全管理對策——要求人必須怎么做。

安全技術對策是以工程技術手段解決安全問題，預防事故的發(fā)生及減少事故造成的傷害和損失，是三者中預防和控制事故的最佳安全措施。

預防事故的安全技術對策包括7個方面：控制能量；危險最小化設計；隔離；閉鎖、鎖定和連鎖；故障-安全設計；故障最小化；告警。而我們要優(yōu)先考慮的就是前兩項，根除或控制危險因素，以實現(xiàn)“本質安全”。特別是對于風險較大的，僅僅依賴于管理措施或者在操作說明中予以敘述和強調，而不采取可行的技術手段，是絕對不可取的。比如在混凝土澆筑“牛腿”施工過程中，依靠自身的安全設計，通過施工方法的驗證確認，消除危險或使危險最小化，進行本質方面的改善來避免事故發(fā)生，是最理想的方法。

2. “牛腿”施工概況

大壩工程中存在大量“牛腿”工程，需要運用大量懸挑架承載所有施工荷載，眾多經驗支持是施工順利進展的關鍵之一，上升為理論技術、數字驗證，達到科技施工、節(jié)約成本、增大效益，卻是現(xiàn)今施工技術不斷發(fā)展的更高要求。充分利用工程技術手段解決安全問題，保證施工安全，是我們首選的方式。

禹門河水庫工程0+125.75～0+144.97排沙孔壩段共長19.22m，上游▽422.34～▽424.18m為1個1：1斜坡“牛腿”結構，進行泵送混凝土澆筑。上游搭設懸空三角架支撐結構，共用18根三角架，平均分布，六排工字鋼及木板作為平臺，方木支撐豎向傳力。

3. 荷載分析

假設一次性澆筑高度為h。

新澆混凝土自重：1/2h2×24×19.22/18＝12.8h2kN，混凝土重力密度為24kN/m3

混凝土對模板側壓力的豎向分荷載：

內部振搗側壓力F=10.6kN（代入公式計算得）

每m2模板承受豎向荷載為：(Pm+F)×0.707＝9.4kN

澆筑過程中總側壓力產生的豎向分荷載為：

振搗豎向荷載：2kN/m2×h×19.22×sin45°/18＝2.1hkN

導管傾倒豎向荷載：2kN/m2×h×19.22×sin45°/18＝2.1hkN

鋼管自重：200m/18×3.84kg/m=768kg＝0.43kN

工字鋼100m/18×12kg/m=1200kg=0.67kN

木材：斜面模板為木模和方木支撐共用松木3m3,1.5T/m3×3m3/18＝0.25T＝2.5kN

看作均布載荷，則每根支架上承受的荷載為：

Q＝12.8h2＋14.2h＋2.1h+2.1h+0.43+0.67+2.5＝（12.8 h2＋18.4h+3.6）kN

4. 受力分析

如圖1所示3 個紅點處ABC3個支座為受力點，受力示意圖如圖2所示：

圖1 “牛腿”結構簡化示意圖

圖2 構件受力簡圖

這是一個超靜定結構，B為預留鋼筋固定端，A、C為支座膠結點，本次排沙孔段“牛腿”施工，特增設BD段拉筋。為方便計算，同時為了給以后施工提供驗證依據，本次驗算忽略拉筋的作用，以ACD構件（靜定結構）為研究對象：

4.1 支座作用力

4.2 作彎應力M圖（如圖3）：

根據實際情況，三腳支架結構穩(wěn)定，不用分析校核彎應力。

圖3 彎應力M圖

圖4 剪力Q圖

4.3 作剪力Q圖（如圖4）：

5. 強度校核

5.1 剪力校核

由剪力圖圖4知，A點剪力最大，校核受力點A的抗剪強度：

支點A為高強螺栓，型號為M24，抗剪連接，每個高強螺栓容許承載能力計算公式為：

式中：P－高強螺栓的預拉力，取225kN；μ－摩擦系數，取0.30；n－傳力面摩擦數目，取1；K－安全系數，取1.7。

代入得：[NL]=39.7kN

實際高強螺栓承受剪力為Q，需滿足條件Q≤39.7kN，即：12.8h2＋18.4h+3.6≤39.7

解二次方程得h≤1.11m

5.2 抗拉能力校核

因鋼架結構支點A受力為FAx，方向向左，所以，預埋鋼筋受力方向向右，為拉力，由爬型錐和高強螺栓連接。預埋鋼筋為φ22A3鋼材，允許軸向應力[σ]＝140MPa。

安全系數取n=1.7

解方程2.6（12.8h2＋18.4h+3.6）≤82.35

得h≤0.93m

6. 結論

不考慮拉筋的加固作用，最多可澆筑0.93m。

但是，實際施工過程中，我們會增設加固措施，三角架、模板上都會有拉筋來減輕水平作用力，使校核點A所受軸向拉伸作用力大大減小，同時減小剪力作用。所以，一次性可澆筑高度不僅限于此數值。本次驗算過程僅供參考，結合工程需要、人員機械配備及工程進度等，再做具體計算，將各項拉筋考慮在內，適當調整一次澆筑高度，以達到最大效益。

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