溢流陡坡面搭設高大閘墩除險加固作業平臺搭建技術

黃志寧，劉忠干，謝志杰，陳永兵

(1.惠州市白盆珠水庫工程管理局，廣東 惠州 516341；2.廣東省源天工程有限公司，廣東 增城 511340)

1 概述

水庫是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發電、改善航運及生態水環境等綜合利用的水利工程。近年來國家經濟快速發展，水利工程加固已成共識，而水庫加固需在原壩體構筑物基礎上進行，需要搭設作業平臺確保施工的安全性，但溢洪道坡面陡及高差大等復雜條件，安全隱患較大。

以白盆珠水庫加固工程為例，主壩加固需要對左側邊墩、中墩及右側邊墩進行預應力錨索加固，閘墩下游側上半部分為斜面，錨索加固是由閘墩下游面水平向上游面鉆孔施工，鉆孔采用3臺鉆機作業，每臺鉆機重約800 kg，作業面在溢洪道陡坡面上，作業條件復雜。為此，閘墩加固施工前，必須在溢洪道陡坡面上搭設較大的作業平臺來滿足施工要求。由于溢洪道陡坡面上搭設的作業平臺，需要克服在陡坡面上搭設、滿堂支撐作業平臺自重、作業人員荷載、材料荷載、設備荷載、設備震動及后座力等復雜條件，通過先在溢洪道陡坡面上采用化學錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎，然后在泄洪道緩坡面采用階梯退臺式滿堂腳手架，最后在閘墩側面采用化學錨栓連墻的方式搭設滿堂腳手架支撐作業平臺的施工技術，從而提高作業平臺的安全性及穩定性，順利施工白盆珠水庫加固工程保駕護航。

2 工程概況

白盆珠水庫位于東江一級支流西枝江上游惠東縣境內，工程規模為大(1)型；工程等別為I等。主要建筑物級別為1級；次要建筑物級別為3級。設計洪水標準為500年一遇，校核洪水標準為保壩洪水10 000年一遇洪水+20%的安全保證值，相應水庫最大庫容為11.9億m3。2019年4—9月進行了第3次大壩安全鑒定工作，評定為三類壩。對大壩除險加固刻不容緩，閘墩加固依次采用錨索+化學灌漿+粘鋼法綜合加固處理[1]，而閘墩加固作業區在溢洪道陡坡面上，需搭設滿堂支撐作業腳手架，創造安全穩定的操作平臺，以滿足作業需求。白盆珠主壩現場示意見圖1。

圖1 白盆珠主壩現場示意

3 腳手架搭設方案

根據現場實際情況，河床溢流壩段跨②～④壩段布置，兩孔開敞式溢流壩型，堰面采用WES曲線，堰頂高程為73.0 m，每孔凈寬為12.0 m，中墩厚為3.0 m，邊墩厚為1.5 m，總寬度為30.0 m[2]。現場施工面高差大，坡面陡，不能按照常規腳手架的方法搭設，需要考慮腳手架在陡坡面的穩定性，經研究在溢洪道陡坡面上采用化學錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎及閘墩面采用化學錨栓連墻的方式搭設滿堂支撐作業平臺腳手架的施工技術，從而達到防止立桿下滑、傾斜及受力要求。架體分成兩部分：第1部分在泄洪道緩坡面起，開始采用階梯退臺式滿堂腳手架；第2部分在作業受力區采用滿堂支撐作業腳手架的形式。

3.1 搭設尺寸

泄洪道中間閘墩的搭設最大高度為34.0 m，壩體兩側閘墩的搭設最大高度為25.5 m；壩體兩側閘墩、泄洪道中間閘墩的預應力錨索加固搭設總長度為35.4 m；搭設最大寬度壩體頂部為16.2 m。

3.2 立桿與基礎的連接

1) 在原有壩體、泄洪道斜坡面，進行M20化學錨栓植筋；垂直原有壩體、泄洪道陡坡面進行鉆孔，化學錨栓橫向間距為1.5 m，豎向間距為0.6 m；每個M20化學錨栓長度260 mm，鉆孔寬度D=25 mm，深度200mm。

① 利用沖擊鉆鉆孔，鉆孔完成要清理干凈，可以利用專用氣筒、毛刷或壓縮空氣機清理鉆孔中的灰塵，建議重復進行不少于3次，孔內不應有灰塵與明水。

② 錨栓進孔前，表面潔凈、干燥、無油圬、無破損，將其圓頭朝內放入錨固孔并推至孔底，可以使用電鉆及專用安裝夾具，將錨索強力旋轉插入直至孔底，不應采用沖擊方式。

③ 化學膠粘劑(含乙烯基樹脂、石英顆粒、固化劑)使用前，應檢查是否破損、藥劑是否凝固等異常現象；然后將化學膠粘劑均勻的加入孔中，利用化學膠粘劑的膠結作用，通過粘膠劑把錨栓與混凝土孔壁的粘結，實現對錨索連接件與壩體混凝土的錨固。

④ 依據滿堂支撐作業腳手架立桿的穩定性驗算，立桿底部荷載為4.5 kN，每個化學錨栓承受的立桿平均約為3根，化學錨栓設計拉力20.0 kN，設計剪力9.0 kN，并通過拉拔實驗檢測設計拉力是否滿足[3]。

2) 在M20化學錨栓套上鋼板(規格為150 mm×150 mm×8 mm)，鋼板提前穿好D=25 mm的孔，鋼板平貼陡坡面，并用螺母擰緊，10#槽鋼一側水平焊接在平貼陡坡面的鋼板上，槽鋼底面保持水平，10#槽鋼懸空的一側用鋼板(規格為150 mm×100 mm×8 mm)焊接支撐。架體基礎示意見圖2。

圖2 架體基礎示意

3.3 滿堂支撐作業腳手架立桿、橫桿的設置

1) 在化學錨栓10#槽鋼上按滿堂支撐作業腳手架立桿的間距600 mm×600 mm，立桿立在槽鋼底面上。

2) 架體掃地桿距離原有壩體、泄洪道陡坡面為200 mm，按立桿步距≤1 200 mm設置橫桿，當接近錨索施工作業面時，按立柱頂步距≤900 mm設置橫桿[4]。滿堂腳手架架設現場及剖面示意見圖3。

圖3 滿堂腳手架架設現場及剖面示意

3) 壩體兩側閘墩橫桿的一側為壩體側面，橫桿與壩體側面頂緊。

4) 泄洪道中間閘墩滿堂支撐作業腳手架橫桿的兩側為泄洪道的混凝土面，橫桿與泄洪道的混凝土面頂緊。

5) 焊接按T型接頭的施工質量要求進行控制。

3.4 滿堂支撐作業腳手架的連墻件設置

1) 壩體兩側閘墩的一側為壩體的陡坡面，泄洪道中間閘墩的兩側面為混凝土面。

2) 連墻件設置采用Φ48×3.25 mm扣件式鋼管，按3.0 m×3.0 m間距設置[5]。

3) 泄洪道中間閘墩，可以利用泄洪道兩側混凝土墻，加設M20化學錨栓，連墻件的鋼管與M20化學錨栓進行焊接。

4) 焊接按T型接頭的施工質量要求進行控制。

3.5 滿堂支撐作業腳手架的剪刀撐設置

1) 剪刀撐設置采用Φ48×3.25 mm扣件式鋼管[6]。

2) 滿堂支撐作業腳手架立桿縱、橫間距為0.6 m×0.6 m，在架體外側周邊及內部縱、橫向每5跨(且不小于3m)，由底至頂設置連續豎向剪刀撐，剪刀撐寬度為5跨[7]。

3) 在豎向剪刀撐頂部交點平面設置水平剪刀撐，水平剪刀撐至架體底平面距離與水平剪刀撐間距不宜超過6 m，剪刀撐寬度為3～5 m。

4) 豎向剪刀撐斜桿與地面的傾角為45°～60°，水平剪刀撐與支架縱(或橫)向夾角為45°～60°[8]。剪刀撐構造布置見圖4所示。

1—水平剪刀撐；2—豎向剪刀撐；3—掃地桿設置層。

3.6 滿堂支撐作業腳手架操作平臺設置

1) 考慮到錨索施工需要，在錨索所在標高的位置，滿堂支撐作業腳手架必須設置操作平臺，左、右邊墩和中墩范圍內搭設6 m×6 m操作平臺，操作平臺的腳手板采用8 mm厚鋼板，縱橫向主次梁桿件采用10#槽鋼，操作平臺之間搭設1 m寬的通道，滿堂支撐作業腳手架與操作平臺的連接。

2) 滿堂支撐作業架與操作平臺的連接:為了平整度需要，采用可調頂撐，立桿可調頂撐與頂層水平桿的距離不得高于500 mm，絲桿外露不應大于300 mm，托座承載力容許值按40 kN，頂層水平桿與支撐點距離不大于200 mm[9]。錨索機作業平臺布置見圖5所示。

圖5 錨索機作業平臺布置示意(單位：cm)

4 滿堂支撐腳手架的計算

4.1 腳手架驗算參數

1) 架體參數

原有壩體、泄洪道的基礎為斜坡面，滿堂支撐作業腳手架驗算參數按受力最不利因素考慮(架體參數見表1)。

表1 架體參數

2) 荷載參數

① 現場擬采用XY-1型錨索鉆機，依據XY-1型錨索鉆機廠家參數，結合現場施工條件，擬搭設滿堂支撐作業腳手架操作平臺，滿堂支撐作業腳手架操作平臺采用8 mm厚鋼板[10]，縱橫向主次梁桿件采用10#槽鋼，自重標準值如下:

a.8 mm鋼板:6×6×62.8×3=6 782.4 kg。

b.鋼板下、立桿頂縱橫向支撐桿件10#槽鋼:6×54×10=3 240 kg。

② 操作平臺鋼板自重標準值:

(6 782.4g×9.8/1 000)/(6×6×3)=0.62 kN/m3。

③ 欄桿、擋腳板自重標準值:0.17 kN/m3[11]。

④ 安全網自重標準值:0.01 kN/m3。

⑤ 操作平臺上的荷載參數:

a.臨時材料堆放荷載:1.0 kN/m3。

b.施工均布荷載(主要考慮施工人員、錨索自重及其他輔助設備等的荷載):取3.0 kN/m3。

c.錨索機堆放操作平臺均布荷載(主要考慮錨索機的均布荷載):(800×9.8/1 000)/(2.5×0.8)=3.9 kN/m3。

d.錨索機堆放操作平臺集中力(主要考慮錨索機的單點集中荷載，含錨索機施工作用時的側向荷載):取4.5 kN。具體結構荷載參數見表2。

表2 結構荷載參數

3) 地面粗糙度取值按惠州市惠東縣B類，基本風壓按0.5 kN/m3，面板、主梁、立桿驗算按3等跨連續梁，剪刀撐采用加強型設置[12](風荷載參數見表3)。

表3 風荷載參數

4) 承載能力極限狀態可變荷載調整系數取0.9，結構安全等級1級，結構重要性系數取1.1[13]。

5) 立桿底座面積按0.1×3/5=0.06 mm2、壩體及泄洪道基礎混凝土按500 mm厚、C30計算。

4.2 驗算及結果

針對工程實際情況，對滿堂腳手架支撐作業平臺進行了操作平臺面板驗算、板底縱向支撐次梁驗算、橫向主梁驗算、可調托座驗算、立桿的穩定性驗算、抗傾覆驗算及立桿支承面承載力驗算等，均滿足要求，作業平臺安全穩定。

5 應用效果

白盆珠水庫溢流陡坡面搭設的滿堂腳手架支撐作業平臺，在工程實際應用中克服了陡坡面搭設、滿堂支撐作業平臺自重、作業人員荷載、材料荷載、設備荷載、設備震動及后座力等復雜條件，為加固施工提供了安全穩定的作業平臺，保證了施工質量和人員安全，在工期緊的情況下按汛期前要求完成了閘墩加固施工，產生了較好的經濟和社會效益，得到了監理、業主等單位的好評。

6 結語

本項目針對白盆珠水庫閘墩加固工程施工，施工作業條件在溢洪道陡坡面上，施工難度大，為確保施工安全，通過先在溢洪道陡坡面上采用化學錨栓+鋼板+槽鋼的底座基礎，然后在泄洪道緩坡面采用階梯退臺式滿堂腳手架，最后在閘墩側面采用化學錨栓連墻的方式搭設滿堂腳手架支撐作業平臺的施工技術，從而滿足作業條件，目前，白盆珠溢洪道閘墩加固工作已完成，腳手架已拆除，實踐表明滿堂支撐腳手架未出現任何問題，滿足作業要求，保證了施工質量和人員安全，為今后同類工程提供借鑒。