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标题 南水北调中线工程大型渡槽槽身支撑架方案设计与安全分析
范文 张文虎+王树新+刘剑锋


摘要：南水北调中线干线工程在石家庄以南分布有20多座渡槽，槽身支承结构施工方案的制定和实施，是整个渡槽工程施工的核心技术，渡槽上部结构施工过程的稳定问题对工程质量和安全产生巨大的影响。也是槽身施工的重点和工作量最大的工作。其方案必须安全可靠、经济实用，需要根据实际地质情况和上部结构详细进行分析研究确定。本文以泜河渡槽为例进行了叙述。
关键词：中图分类号：TU74文献标志码：A文章编号：
1672-1683（2015）001-0176-04
The Middle Route of South-to-Nouth Water Transfer Project with supporting frame design and safety analysis for large aqueduct
ZHANG Wen-hu1，WANG Shu-xin2，LIU Jian-feng3
（（1.Hebei Prov incial Bureau of Constructi on & Administration for the South-to-North Water Diversion Project，Shijiazhuang 050035，China；2.Hebei Water Conservancy Engineering Bureau，Shijiazhuang 050021，China；3 Construction Administration Bureau of Middle Route Project in South-to-North Water Division，Shijiazhuang 050053，China）
）
Abstract：There are more than 20 aqueducts of the Central Line Project of South-to-North Water Diversion distributed in the south of Shijiazhuang.How to formulate and implement the construction scheme of the aqueduct body supporting structure is the core technology of the whole aqueduct project construction.The stability of the upper structure construction process of the aqueduct has a great impact on the quality of the project and the safety.And it is also the key point of construction of the aqueduct body，which needs a lot of work.The scheme of the aqueduct body supporting structure must be safe and reliable，economical and practical and determined according to the practical geological conditions and the upper structure.This thesis gives a full account of the Zhi River aqueduct.
Key words：
1槽身结构与工程量
泜河渡槽由进出口渐变段、进出口检修闸段、进出口连接段和槽身段组成，起点桩号150+541，终点桩号150+999。其中：槽身段起点桩号150+621 m，终点桩号150+891 m，共分9跨，单跨长30 m，全长270 m。
渡槽上部槽身为三槽一联带拉杆预力钢筋混凝土梁式矩形槽，槽身宽度243 m，上部翼缘外侧宽度255 m。
槽身过水断面尺寸70 m（宽）×67 m（高）×3槽，槽内设计水深558 m，加大水深598m，渡槽纵坡i=1/4100。30 m跨单槽断面尺寸为70×67 m，边墙厚06 m，顶部设27 m宽人行道板；中墙厚07 m，顶部设30 m宽的人行道板。
经计算，槽身现浇混凝土10 6645 m3，钢筋制安1 0688 t，预力钢筋制安3802 t，预力钢绞线制安2187 t。单跨槽身混凝土1 1575 m3，各类钢筋钢绞线178 t。
2槽身施工支撑系统方案
21支撑方案比选
根据工程的特点，本工程采取公路桥涵土牛法施工和满堂红排架法施工方案均可满足要求。对两种方案进行了比较，其优缺点如下。
（1）土牛法。
采取土牛法施工，是将槽身下部全部采用土石方夯填到槽身下部。优点是：技术简单成熟、稳定性好、周转性材料投入小，施工简单便于控制；缺点是：土石方回填量大，回填料难于解决；由于回填高度大，占用时间周期长。受汛期河道行洪安全影响施工期局限性大。
（2）满堂红排架法。
满堂红排架法是利用满堂红排架作为槽身支撑结构。优点是：技术成熟、施工时间安拆方便，周转性材料可以周转使用，可采取流水作业有利工期；缺点是：周转性材料投入大，稳定性受架设高度影响较大。
上述两种方案均有一定的局限性，但满堂红排架法优于土牛法。为降低满堂红排架法因架设高度带来的影响，将槽
身支撑地面通过回填抬高，即可降低满堂红排架架设高度增加稳定性，又可减少周转性材料投入量，是施工简便，安全可靠，经济实用的方法。故本工程采用基础回填处理与满堂红排架相结合的支撑方案。
22排架高度与基础回填高程的确定
由于泜河渡槽各跨底面高程不同，需确定合理地排架高度与基础回填高度，使支撑系统即经济又安全。经实测并计算各跨排架假设高度见表1。
表1各跨槽身架设高度m
槽身号1号2号3号4号5号6号7号8号9号
排架顶高程745474537452745274517450744974487448
地面高程687164286336630363216369676567756850
架设高度5831025111611491131081684673582
23支撑基础处理
地基的不均匀沉陷是引起排架变形和结构混凝土开裂的重要原因之一，因此地基处理工作至关重要。本工程确定采用回填砂砾石处理。压实相对实度不小于075。含水量8%～12%，砂石含泥量不大于5%，石料粒径不大于200 mm。相邻两跨在墩身两侧回填高差不大于18 m。填筑前进行砂卵石碾压试验，采用YZT-20振动平碾压实，砂砾石松铺厚度50 cm，作业时先静压一遍、弱振二遍、强振6到8遍；振动行驶速度不超过2 km/h。墩身两侧部位采用3台手扶式振动夯配合压实，分层厚度控制在30 cm以内。在施工过程中，每碾压一层后，用人工或机械（反铲）将表面拉毛，以利接合。施工中加强压实检测频率，满足压实标准。
在碾压好的地基表面上浇筑混凝土盖板，厚度为15 cm，强度等级为C20；当垫层混凝土达到一定强度后，按设计的排架间距铺设 [18槽钢，以便把上部荷载较均匀地分散到地基上。
24支撑架设计
241支撑架结构形式
本工程支撑架采用碗扣式满堂脚手架，主梁下立杆间距为06 m×03 m（横向06 m，纵向03 m），次梁下立杆间距03 m×12 m，（横向03 m，纵向12 m），板下立杆间距为06 m×12 m（横向06 m，纵向12 m）。主、次梁及板下支撑架按475m和675 m两种基准高度设计。其中1、7、8、9号四段槽身纵梁中部使用40 m标准立杆，2、3、4、5、6号五段槽身纵梁中部使用60 m标准立杆，纵梁、横梁、槽底板等部位均根据纵梁中部高度调整立杆高度，高差小于30 cm时采用顶托及托座调整。支撑架杆结构见图1-图3。
图1槽身施工支架立面图
（1） 1、7、8、9号四段槽身架管布置详见表2。
剪刀撑/m纵向每道主梁两侧立柱设置一组竖向通高斜杆、横向每隔4 m一道设置一组竖向通高斜杆，竖直方向每隔3 m设置一道水平剪支撑。斜杆对称设置。
（2） 2、3、4、5、6号五段槽身架管布置详见表3。
表32、3、4、5、6号槽身架管布置
图2槽身施工支架剖面图
图3槽身施工支架平面图
（3）实施过程注意事项。
①底座和顶托丝杆伸出钢管高度不超过200 mm，调整高度根据实际尺寸确定；②纵向剪刀撑布置在梁外侧立面，每梁设置2道，两主梁中间也设置1道纵向剪刀撑；竖直方向每隔3 m布置1道水平剪刀撑，顺河流方向每隔3～4 m设一道横向剪刀撑；③立杆底部设置底托解决地面平整度以及槽身底部坡降底问题，底座下设置[18槽钢使立杆荷载均匀分布到承载地基上；④立杆顶部设置顶托解决立杆高差不足问题；⑤顶托上沿纵、横向设置钢梁作为托架支撑上部模板。纵向钢梁采用Ⅰ10工字钢，横向钢梁采用Ⅰ10工字钢或者[10槽钢，钢梁横向间距小于10 m；⑥槽身端横梁与槽身间用方木支撑，底模下用工字钢做横梁架立模板。
242架杆稳定计算
支撑架碗扣件全部采用标准件，不做验算。只对立杆稳定进行验算。单肢立杆轴向力按采用建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范JGJ 166-2008式（532-2）计算：
N=[12Q1+14（Q3+Q4+Wk）]LXLY+12Q2V
式中：Lx、Ly为单肢立杆纵向及横向间距（m）；V为Lx、Ly 段的混凝土体积（m3），其中LX、LY所围的混凝土体积：中梁为73×03÷4=0547 5 m3，边梁为842×03÷4=0631 5 m3，其中73为中梁及墙身断面面积，842为边梁及墙身断面面积，03为立杆纵向间距，4为每道梁横向4根立杆。Q1模板支撑架的自重标准值，取075 kN/m2；Q2新浇筑混凝土自重（包括钢筋）标准值，取25 kN/m3；Q3振捣混凝土时产生的荷载标准值取075 kN/m2；Q4施工人员及设备荷载标准值按均布活荷载取10 kN/m2；Wk为风荷载忽略不计。
经计算：中梁下立杆间距03 m，宽度15 m，单肢立杆轴向力168 kN；边梁下立杆间距03 m，宽度13 m，单肢立杆轴向力1902 kN；次梁下立杆间距12 m，宽度045 m，单肢立杆轴向力6471 kN；板下立杆间距12 m，宽度185 m，单肢立杆轴向力47 kN；采用建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范JGJ 166-2008式（531—2）计算单肢立杆稳定。
N≤φAf
式中：A为立杆横截面积，壁厚35 mm时A=489 cm2；壁厚30 mm时A=333 cm2。φ为轴心受压杆件稳定系数，取φ=0858；φ由细长比（λ=l/i=483）确定，其中l=1271倍步距=1271×60 cm=7626 cm，i为回转半径，158 cm。f为钢材强度设计值，f=205 N/mm2。以最大单肢立杆轴向力中梁1902 kN验算：①钢管壁厚35 mm时，1902 kN<0858×489×205=8601 kN，满足要求；②钢管壁厚30 mm时，1902 kN<0858×333×205=5857 kN，满足要求；通过上述验算，各梁、板立杆间排距设置均满足施工荷载要求。
243围护架（作业平台）结构形式
①槽身侧面外围采用48×35 mm钢管双排落地式外脚手架。立杆横距Lb=12 m，纵距La=15 m。高度与槽身顶部高度齐平。②横杆步距h=15 m。横杆挑出b=030 m，水平间距与脚手板长度相同。③维护架与槽身支撑架设置连接杆，纵向间距L0=4 m。④脚手板采用木板，其自重标准值035 kN/m2。脚手板随施工需要铺设。施工期间采用单层作业。⑤围档材料采用普通安全网，全高封闭。
244支撑架材料
（1）材料要求。
本工程支撑架全部采用碗扣式脚手架，选用48×35 mm的直缝电焊钢管。①碗扣式脚手架用钢管采用符合现行国家标准《直缝电焊钢管》（GB/T 13793-92）或《低压流体输送用焊接钢管》（GB/T3092）中的Q235A 级普通钢管，其材质性能符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）的规定。碗扣架用钢管规格为48×35 mm，钢管壁厚不得小于35-0025 mm。②使用的钢管不得有弯曲、变形、开焊、裂纹等缺陷，并涂防锈漆作防腐处理，不合格的钢管决不允许使用。③扣件采用碗扣件，使用合格生产厂家的产品，并持有产品合格证，扣件锻铸铁的技术性能符合《建筑施工碗扣式脚手架安全技术规范》（JGJ 166-2008）的要求。使用的扣件要全数进行检查，不得有气孔、砂眼、裂纹、滑丝等缺陷。扣件与钢管的贴合面要严格整形，保证与钢管扣紧的接触良好，扣件夹紧钢管时，开口处的最小距离不小于5 mm，扣件的活动部位转动灵活，旋转扣件的两旋转面间隙要小于1 mm，扣件螺栓的拧紧力距达60 N·M时扣件不得损坏。
（2）材料使用量。
材料用量根据施工进度计划，本工程施工配置三套槽身支撑材料。
3支撑架施工
31施工工艺
①脚手架在拼架前根据整架自重和荷载验算立杆底座的地基承载力，对经过处理的基础经验收合格后，按支撑布置的要求放线定位，放线后从槽跨中向四周搭设。严格按照支撑设计图纸的排距、间距和步距搭设，搭设的排架要求横杆水平、立杆铅直，尽量减小钢管的偏心。②脚手架搭设按立杆、横杆、斜撑杆的顺序逐层搭设。立杆准确地放置在定位线上，立杆的轴心线与地面垂直。立杆同横杆的连接靠碗扣接头锁定；当逐层施工到设计高程后，再安装顶托，最后安装底模纵横钢梁。③拼装过程中要求随时检查横杆水平和立杆垂直外，还该随时注意水平框的直角度，不致使脚手架偏扭。排架搭设完后，按要求设置纵、横向斜撑和浪风绳，保证排架的整体稳定。④排架上部的模板和模板支撑在承重平台上搭设
32施工技术要求
①地基处理范围：顺渡槽水流方向槽墩至槽墩，横向从轴线两侧各15 m（支架搭设宽度为243 m），243 m外两侧为施工作业面；②基础采用砂砾料填筑。回填碾压过程中现场试验室需进行取样检测，确保碾压密实；由于碗扣架为标准件，高度差仅靠顶托调整且调整范围有限，回填高程关系到支撑是否顺利进行。因此回填高程必须严格控制，允许误差为+10 mm。③在施工过程中根据地基沉降量对主梁进行预拱，预拱度根据现场测定值确定。④根据施工组织设计中有关脚手架的要求向架设和使用人员进行技术交底，并按规范有关规定和施工组织设计的要求对碗扣式脚手架进行检查验收，不合格产品不得使用。经检查合格的构配件按品种、规格分类堆放整齐平稳，堆放场地不得有积水，槽身下搭设场地要求排水通畅。⑤碗扣式脚手架搭设时每搭完一步脚手架后必须校正步距、纵距、横距及立杆的垂直度，最后验证垂直度，垂直度小于L/500；最大允许偏差小于100 mm。。底托均准确地放在定位线上，并安放稳固。⑥碗扣式支撑架搭设需从中间向两侧进行（即横向从中主梁到两侧边主梁，纵向从跨中向上下游方向进行），以减少杆件误差向一侧累计。⑦脚手架拼接完成时，用测量仪器检查横杆水平度和立杆垂直度，并在无荷载情况下逐个检查立杆下是否浮地松动或悬空。如有不平可用薄铁板垫实。⑧靠近槽墩处需用Φ48钢管将水平横杆用扣件延伸与槽墩面相抵。⑨当立杆达到设计高度后在铺设槽底模板前，必须完成纵横剪刀撑搭设。⑩混凝土输送管、布料杆及塔架拉结缆风绳不得固定在脚手架上。
3.3支撑架检查与验收
（1）构配件进场质量检查重点。
碗扣件质量、钢管管壁厚度、焊接质量、外观质量、可调底座和可调托撑丝杆直径、与螺母配合间隙材质。
（2）支撑架整体检查重点。
①基础是否有不均匀沉降，立杆底座与基础面的接触有无松动或悬空情况；②立杆上碗扣是否可靠锁紧；③剪刀撑搭设是否符合要求，扣件拧紧程度；④纵向横杆是否延伸至墩体；⑤支撑架搭设完成后，组织工程、技术、质检、安全、测量等各部门对承重排架进行联合验收。
4安全措施
①脚手架搭设人员必须是经过现行国家标准《特种作业人员安全技术考核管理规则》GB5036考核合格后的专业架子工；上岗人员定期体检，合格后方可持证上岗；②搭设人员必须戴安全帽、系安全带、穿防滑鞋，遵守安全操作规程；③当有六级及六级以上大风和雾、雨、雪天气时停止脚手架搭设和拆除工作；雨雪后上架作业后有防滑措施，并扫除积雪；④施工过程中边搭边铺脚手板，并将脚手板用铁丝绑扎稳固，以防滑脱，安全有效的围护网同步跟上；⑤脚手架搭设尽量不安排晚上作业。如需时，设置足够数量的碘钨灯，且照明度适中，不得有阴影死角，以防操作人员与脚手架上某些杆件碰撞；⑥脚手架的搭设与拆除，均不得上，下步同时作业；⑦施工中若发生安全设施隐患或缺陷，务必及时处理或停工，并向上级汇报，班前，班后均检查已施工部分的质量，安全情况，并按查验情况逐项记录；⑧各种电线不得直接在钢管脚手架上缠绕，电线和电动机具必须与脚手架接触时，当有可靠的绝缘措施；⑨不得在脚手架基础及邻近处进行挖掘作业，否则采取安全措施，在脚手架周围必须安设安全防护网，地面设安全围栏和警戒标志，并派专人看守，严禁非操作人员入内；严禁将管件向下抛丢以免砸伤他人；⑩由于采用脚手板，尼龙安全网等易燃物，设置足够数量的灭火器，电焊操作时，必须有专人看守，且在焊接下方放置接火装置，防止火星点燃，不得在脚手架上吸烟，或从室内向脚手架上扔烟头。
5 结语
通过渡槽上部结构支撑排架安全分析计算，确定了经济合理的排架支撑方案，在施工过程中严格按安全技术要求，汦河渡槽上部结构顺利实施完成，期间未发生任何安全不利因素，本工程渡槽支撑架方案设计与实施可以为类似渡槽工程或其它大型承重工程支撑架的设计与实施提供一定的参考。参考文献：
[1]JGJ 166-2008，碗扣式脚手架安全技术规范[S].
[2]国务院南水北调工程建设委员会办公室建管司.南水北调工程建设安全生产管理工作指南[Z].
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更新时间：2025/3/10 16:07:17