張 延， 劉 雯， 夏 珊， 曲恒緒

（1．安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，合肥 231603；2．安徽建筑大學(xué)，合肥 230022）

人工擴(kuò)底灌注樁是一種可靠的基礎(chǔ)形式，被廣泛的應(yīng)用于各類樁基施工中。相對于機(jī)械成（擴(kuò)）孔灌注樁來說具有成本低、無環(huán)境污染、場地適應(yīng)性強(qiáng)、孔徑與孔型不受限制、操作簡便、樁身垂直度及成樁質(zhì)量容易保障等優(yōu)點(diǎn)，符合我國綠色施工、節(jié)能降耗的環(huán)保政策。

該方法一般采用人工操作，利用手搖轆轤提升土體，完成樁孔施工。但施工過程中，由于工人的疏忽大意，常出現(xiàn)裝土桶自高處墜下［1－4］，砸傷井下施工人員，例如下面這些案例。

1997年2月17日上午9:20，山東臨淄齊魯石化高層住宅樓樁基工地，當(dāng)某民工在慌忙中松開轱轆的搖把手，裝土提桶自3m高墜下，正好砸到孔底施工工作人員，該民工當(dāng)場死亡［5］。

云南某工地，同樣由于工人疏忽，松開轱轆的搖把手，已升至孔口下2m處的吊桶高速落入20m深的孔內(nèi)，砸斷孔底工人的鎖骨及3根肋骨，造成傷人事故［6］。

1995年3月10日12時(shí)30分，上海市東海工地［7］以及2002年3月8日下午14:30，廣東省黃洲大橋施工工地上［5］，同樣的事故再次上演。

如果為手搖轆轤這種簡易提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)止回裝置（剎閘系統(tǒng)），這些悲劇可能避免。到目前為止，現(xiàn)有止回裝置，原理較復(fù)雜，無法應(yīng)用到手搖轆轤上。本文在多年施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，找到一種簡單的止回裝置，工程應(yīng)用結(jié)果表明該裝置實(shí)用、可靠，得到施工技術(shù)人員和專家的認(rèn)可，大大地降低了這類工程事故的發(fā)生。

1 止回裝置的基本構(gòu)造與工作原理

圖1a給出了手搖轱轆提升系統(tǒng)的示意圖，同時(shí)也標(biāo)出了止回裝置的安放位置；圖1b給出了止回裝置的詳細(xì)構(gòu)造。在轉(zhuǎn)軸上焊四根長度為100 mm的φ25鋼筋，同時(shí)在鋼支架上焊兩根與轉(zhuǎn)軸平行的φ25鋼筋，長約200mm，一根作銷釘，另一根作為擋桿，把一個(gè)10mm厚的Q235鋼板的端部彎成圓管（環(huán)），套入銷釘中，使鋼板能繞銷釘轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1b所示。

圖1 止回裝置示意圖

當(dāng)往孔內(nèi)放吊桶時(shí)，把鋼板掀開，如圖1b虛線所示，此時(shí)鋼板對搖桿無約束作用；當(dāng)?shù)跬把b滿重物往上提時(shí)，先把鋼板掀回，工人逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)搖桿提升重物，焊在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的鋼筋將鋼板頂起——落下——再頂起，不會(huì)對搖桿的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生影響；當(dāng)松開搖桿或意外脫手時(shí)，搖桿（轉(zhuǎn)軸）將帶動(dòng)鋼筋在重力作用下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，但將迅速受到鋼板的阻擋止住重物下落，起到止回效應(yīng)?？紤]到止回轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)鋼筋擊打鋼板會(huì)產(chǎn)生沖擊作用，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生刺耳噪音，在鋼板上綁上厚膠布以減弱沖擊作用并降噪。

3 止回裝置最大承載力確定

為了確保止回裝置的安全運(yùn)用，必須確定該裝置的最大承載力，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)主要有鋼板屈服、焊縫斷裂以及擋桿屈服三個(gè)控制因素，下面分別討論。

3．1 根據(jù)鋼板強(qiáng)度確定

采用長300mm，寬200mm，厚為10mm的Q235鋼板，確定作用在鋼板上的最大的力而不使其發(fā)生屈服。計(jì)算簡圖如圖2所示。

圖2 鋼板計(jì)算簡圖

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范［8］:

式中，Mmax為圖2中的彎矩最大值；f為鋼板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；γx為截面塑性發(fā)展系數(shù)，偏于安全考慮，γx取值為1．0；Wx為x軸的凈截面模量，由下式確定:

其中，b為板寬；h為板厚。

代入數(shù)據(jù)得:

整理得:

即當(dāng)作用在鋼板端的力大于3．58kN后，鋼板屈服，止回裝置失效。

3．2 根據(jù)焊縫強(qiáng)度確定

有三處焊縫需要考慮:① 轉(zhuǎn)軸上的鋼筋和轉(zhuǎn)軸焊接處；② 擋桿和鋼支架焊接處；③ 銷釘和鋼支架焊接處。如圖3所示。

通過靜力分析，擋桿與鋼支架焊接處的環(huán)形角焊縫承擔(dān)的彎矩最大（分別是① 處和③ 處的3倍和1．5倍）。故計(jì)算② 處焊縫強(qiáng)度。

圖3 焊縫計(jì)算簡圖

根部采用環(huán)形角焊縫，焊縫尺寸hf＝10mm構(gòu)件承受彎矩和剪力兩種應(yīng)力共同作用。

焊縫計(jì)算長度lw＝πd＝π×25＝78．5mm環(huán)形焊縫有效截面的慣性矩為:

焊縫承受的正應(yīng)力與剪應(yīng)力分別為:

由于此種受力狀態(tài)較為少見，可略偏安全的取βf＝1．0，得:

整理得:

即當(dāng)作用在鋼筋端的力大于1．83kN后，焊縫破壞，止回裝置失效。

3．3 根據(jù)擋桿強(qiáng)度確定

擋桿在承受鋼板傳來的荷載作用下，也可能自身在焊縫連接處發(fā)生屈服，計(jì)算簡圖如圖4所示。

圖4 擋桿計(jì)算簡圖

由鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范［4］得:

則由式（1）得:

整理得:

則，結(jié)合圖2得最大承載力為:

即當(dāng)作用在鋼板上的力大于1．05kN時(shí)，擋桿開始屈服破壞。

3．4 最大承載力及最大提升重量的確定

綜合上述分析得到止回裝置的最大承載力為:

據(jù)此，可以確定止回裝置能夠控制的提升能力。考慮止回時(shí)的沖擊作用等因素，采取3倍的安全儲(chǔ)備，得:

故提升重物的最大質(zhì)量約為35kg。

4 工程應(yīng)用前景及效益分析

該項(xiàng)裝置成本低廉，只需要焊接幾根鋼筋，就能消除一項(xiàng)安全隱患，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益非常明顯?，F(xiàn)場多次試驗(yàn)表明在最大承重范圍內(nèi)，止回效果非常明顯，未出現(xiàn)失效現(xiàn)象；多項(xiàng)實(shí)際工程應(yīng)用顯示，該項(xiàng)裝置不但能降低此類安全事故的發(fā)生率，而且井下施工人員從心理上有了安全感，提高了工作效率，值得大面積推廣。

5 結(jié)束語

針對人工挖孔樁施工中的垂直提升設(shè)備常出現(xiàn)由于工人疏忽造成吊桶墜入孔中傷人的安全隱患，提出了一種止回裝置。該裝置幾乎零成本，止回效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益非常明顯，值得大面積推廣。

1 涂福生．人工挖孔樁工程安全事故的原因及預(yù)防［J］．科技資訊，2011（1）:45－46．

2 張純蘭．對一起人工挖孔樁作業(yè)墜落事故的剖析［J］．地質(zhì)勘探安全，1999，（4）:28－30．

3 唐學(xué)潮．一起塌孔事故談人工挖孔樁的安全施工［J］．建筑安全，2000，15（7）:7－8．

4 李秋琳．人工挖孔樁安全技術(shù)措施［J］．山西建筑，2007，33（5）:100－101．

5 黃騰霄，谷林濤，林偉雄．人工挖孔樁安全事故實(shí)例及預(yù)防［J］．安全，2003，（5）:16－18．

6 金 永，王立花，唐紹琴．人工挖孔抗滑樁施 工常見安全事故及其預(yù)防［J］．西部探礦工程，2006，126（10）:302－303．

7 劉國華．“3．10”事故的啟示［J］．地質(zhì)勘察安全，1997，（1）:23－43．

8 計(jì)劃出版社，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017－2003）［S］．北京:中國