李明輝

(中建電力建設(shè)有限公司,廣東深圳518034)

1 工程概述

近年來多起在建工程混凝土坍塌的工程事故留給我們深刻的教訓[1-3]。臺山核電廠一期循環(huán)水管溝B6段由斜坡段和水平段構(gòu)成。斜坡段長度約6 m,與水平面夾角14°,斜坡段混凝土方量約79 m3。由于坡度較大,防止斜坡段混凝土的整體滑移受到了項目部及業(yè)主領(lǐng)導的高度重視。本文通過受力分析,介紹一種簡單、實用、經(jīng)濟的施工措施,以供類似工程參考和借鑒。

2 斜坡段混凝土受力分析

將斜坡段混凝土重力分解為沿斜面方向的力P1和垂直于斜面方向的力P,則沿斜面方向的分力P1為斜坡段混凝土的下滑力(見圖1)。

圖1 斜坡段混凝土受力示意圖

經(jīng)計算斜坡段混凝土共計79 m3,混凝土重力密度按25 kN/m3進行計算,則斜坡段混凝土總重力為:G=79×25=1 975 kN。

由力的分解法,采用圖形法解得:重力 G沿斜坡方向的分力P1=463 kN。根據(jù)斜坡段端頭混凝土截面面積 12.76 m2,得端頭平均壓力為:463 kN/12.76 m2=36.29 kN/m2。

3 斜坡段混凝土防滑移措施

鋼管桁架強度、剛度、受力性能均較好[4]。為了防止斜坡段混凝土整體滑移,經(jīng)討論分析決定采用鋼管桁架進行加固,單榀鋼管桁架立面詳見圖2。

圖2 鋼管桁架立面示意圖

斜坡段端頭截面寬度6.4 m,壁厚1 m,洞口寬度4.4 m。共設(shè)置9榀鋼管桁架并列排布,鋼管桁架最小間距500 mm(循環(huán)水管溝側(cè)壁位置),鋼管桁架最大間距1 100 mm(循環(huán)水管溝洞口位置)(見圖3)。共設(shè)置9榀桁架,桁架節(jié)點處用水平鋼管連接,形成一個整體。鋼管桁架橫向每隔兩跨設(shè)置剪刀撐,剪刀撐斜桿與地面夾角控制在45°～60°之間[5],剪刀撐鋼管接長采用搭接,搭接長度大于1 000mm,并使用3個旋轉(zhuǎn)扣件進行連接。

9榀鋼管桁架形成一個整體,共同受力。

混凝土重力G沿斜坡方向的分力P1通過頂托鋼管傳遞給鋼管桁架,頂托鋼管與鋼管桁架的連接采用雙扣件進行連接,單個頂托抗滑承載力12 kN,9榀鋼管桁架共57個頂托(兩側(cè)6榀桁架48個頂托,中間3榀桁架9個頂托),扣件抗滑承載力12 kN×57=684 kN＞1.4P1=1.4×463 kN=648.2 kN,滿足要求。

為了防止鋼管桁架整體滑移和傾覆破壞,在鋼管桁架立桿位置預(yù)埋措施鋼筋,措施鋼筋采用直徑20 mm的二級鋼,埋入替代混凝土深度大于200mm,露出混凝土面的長度同樣大于200 mm。鋼管桁架立桿與預(yù)埋措施鋼筋連接牢固(見圖4)。

圖3 鋼管桁架排列示意圖

圖4 鋼管桁架立桿底部連接示意圖

4 鋼管桁架受力分析

斜坡段混凝土下滑力通過頂托傳遞給鋼管桁架,鋼管桁架整體性較好,其自身不會破壞或有大的變形。鋼管桁架可能整體向下滑移或傾覆。

通過預(yù)埋措施鋼筋的抗剪強度抵抗鋼管桁架的下滑力,通過預(yù)埋措施鋼筋抗拉強度(或立桿與預(yù)埋措施鋼筋連接扣件的抗滑承載力)抵抗鋼管桁架的傾覆力矩。

鋼管桁架受力見圖5,其外力有混凝土重力沿斜坡方向的分力P1,預(yù)埋措施鋼筋拉力N,預(yù)埋措施鋼筋剪力 V。當 P1＞V時,鋼管桁架會向下滑移;當力P1對A點的力矩＞力N對A點的力矩時,鋼管桁架會繞A點傾覆。

鋼管桁架不發(fā)生整體滑移和傾覆時,這3個外力共同作用下鋼管桁架受力平衡。

由力的平衡條件得:

每榀桁架與9根預(yù)埋措施鋼筋連接,9榀桁架共與81根預(yù)埋措施鋼筋連接。

圖5 鋼管桁架受力示意圖

預(yù)埋措施鋼筋的抗剪強度按125 N/m2進行計算,則單根預(yù)埋措施鋼筋的抗剪承載力為:125×3.14×10×10=39250 N=39.250 kN。

預(yù)埋措施鋼筋的抗剪強度按300 N/m2進行計算,則單根預(yù)埋措施鋼筋的抗剪承載力為:300×3.14×10×10=94200 N=94.200 kN。

4.1 鋼管桁架抗滑移驗算

81根預(yù)埋措施鋼筋抗剪承載力39.250 kN×81=3179.25 kN＞1.4V=1.4×463=648.2 kN,即預(yù)埋措施鋼筋抗剪承載力滿足要求,即鋼管桁架抗滑移承載力滿足要求。

4.2 鋼管桁架抗傾覆驗算

(1)按預(yù)埋措施鋼筋抗拉強度驗算,81根預(yù)埋措施鋼筋抗拉承載力94.200 kN×81=7630.2 kN＞1.4N=1.4×388=543.2 kN,即預(yù)埋措施鋼筋抗拉承載力滿足要求;

(2)按扣件抗滑移承載力驗算,81根預(yù)埋措施鋼筋抗拉承載力8 kN×81=648 kN＞1.4N=1.4×388=543.2 kN,即扣件抗滑移承載力滿足要求。

由(1)、(2)鋼管桁架抗傾覆承載力滿足要求。

5 施工注意事項

(1)鋼管、扣件需進行嚴格驗收,嚴禁使用不合格的鋼管、扣件;

(2)澆筑替代混凝土時,需在指定位置預(yù)埋措施鋼筋,預(yù)埋措施鋼筋的規(guī)格型號、及埋入混凝土中的深度需滿足要求;

(3)盡量使用整根鋼管,鋼管需接長時,立桿接長采用對接扣件連接,斜桿及水平桿接長采用搭接連接,搭接長度不小于1 m,并用不少于3個旋轉(zhuǎn)扣件進行連接;

(4)鋼管桁架立桿與預(yù)埋措施鋼筋連接牢固,并作為重點進行驗收;

(5)在鋼管桁架各主節(jié)點處,用水平桿將9榀鋼管桁架連接,水平桿伸出兩側(cè)鋼管桁架并與外操作架連成整體;

(6)距離鋼管桁架立桿底部200 mm處,設(shè)置縱橫方向的掃地桿;

(7)本支撐用鋼管桁架嚴禁作為操作架使用;

(8)斜坡段端頭模板強度、剛度需滿足設(shè)計要求;

(9)混凝土澆筑采用分層澆筑,分層厚度控制在400 mm;

(10)嚴格控制混凝土澆筑速度,混凝土澆筑速度應(yīng)控制在1 m/h以內(nèi);

(11)在混凝土澆筑過程中安排專人對模板及鋼管桁架進行監(jiān)控;

(12)在混凝土強度達到設(shè)計強度50%以上時,方可拆除鋼管桁架。

6 結(jié) 語

通過實踐驗證鋼管桁架整體性好,在混凝土澆筑過程中幾乎沒有變形,混凝土外觀質(zhì)量良好。鋼管桁架受力性能良好,不需使用型鋼及特殊材料,不需在車間進行加工,鋼管還可周轉(zhuǎn)使用,施工極為方便。

[1] 譚 遙.工地樓板垮塌,拔出5個“泥人”.重慶晨報.2010-05-27.第 18版 .

[2] 黃 欣.廣珠鐵路跨海大水閘坍塌,1死1傷1失蹤(圖).中國廣播網(wǎng).2011-01-12.http://www.cnr.cn/zhfw/xwzx/zhxw/201101/t20110112_507573767.html.

[3] 周亮.福建壽寧一在建混凝土結(jié)構(gòu)天橋突然坍塌,已知2人被埋.中國新聞網(wǎng).2011-01-18.http://www.cnr.cn/china/gdgg/201101/t20110118_507597990.html.

[4] 馮鄭紅.鋼管桁架屋蓋結(jié)構(gòu)的靜力性能分析[J].國外建材科技,2007,28(5):89-91.

[5] 中華人民共和國建設(shè)部.JGJ130-2001.建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)程(2002版)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002:30.