斜坡处混凝土加固措施

李明辉

(中建电力建设有限公司,广东深圳518034)

1 工程概述

近年来多起在建工程混凝土坍塌的工程事故留给我们深刻的教训[1-3]。台山核电厂一期循环水管沟B6段由斜坡段和水平段构成。斜坡段长度约6 m,与水平面夹角14°,斜坡段混凝土方量约79 m3。由于坡度较大,防止斜坡段混凝土的整体滑移受到了项目部及业主领导的高度重视。本文通过受力分析,介绍一种简单、实用、经济的施工措施,以供类似工程参考和借鉴。

2 斜坡段混凝土受力分析

将斜坡段混凝土重力分解为沿斜面方向的力P1和垂直于斜面方向的力P,则沿斜面方向的分力P1为斜坡段混凝土的下滑力(见图1)。

图1 斜坡段混凝土受力示意图

经计算斜坡段混凝土共计79 m3,混凝土重力密度按25 kN/m3进行计算,则斜坡段混凝土总重力为:G=79×25=1 975 kN。

由力的分解法,采用图形法解得:重力 G沿斜坡方向的分力P1=463 kN。根据斜坡段端头混凝土截面面积 12.76 m2,得端头平均压力为:463 kN/12.76 m2=36.29 kN/m2。

3 斜坡段混凝土防滑移措施

钢管桁架强度、刚度、受力性能均较好[4]。为了防止斜坡段混凝土整体滑移,经讨论分析决定采用钢管桁架进行加固,单榀钢管桁架立面详见图2。

图2 钢管桁架立面示意图

斜坡段端头截面宽度6.4 m,壁厚1 m,洞口宽度4.4 m。共设置9榀钢管桁架并列排布,钢管桁架最小间距500 mm(循环水管沟侧壁位置),钢管桁架最大间距1 100 mm(循环水管沟洞口位置)(见图3)。共设置9榀桁架,桁架节点处用水平钢管连接,形成一个整体。钢管桁架横向每隔两跨设置剪刀撑,剪刀撑斜杆与地面夹角控制在45°～60°之间[5],剪刀撑钢管接长采用搭接,搭接长度大于1 000mm,并使用3个旋转扣件进行连接。

9榀钢管桁架形成一个整体,共同受力。

混凝土重力G沿斜坡方向的分力P1通过顶托钢管传递给钢管桁架,顶托钢管与钢管桁架的连接采用双扣件进行连接,单个顶托抗滑承载力12 kN,9榀钢管桁架共57个顶托(两侧6榀桁架48个顶托,中间3榀桁架9个顶托),扣件抗滑承载力12 kN×57=684 kN＞1.4P1=1.4×463 kN=648.2 kN,满足要求。

为了防止钢管桁架整体滑移和倾覆破坏,在钢管桁架立杆位置预埋措施钢筋,措施钢筋采用直径20 mm的二级钢,埋入替代混凝土深度大于200mm,露出混凝土面的长度同样大于200 mm。钢管桁架立杆与预埋措施钢筋连接牢固(见图4)。

图3 钢管桁架排列示意图

图4 钢管桁架立杆底部连接示意图

4 钢管桁架受力分析

斜坡段混凝土下滑力通过顶托传递给钢管桁架,钢管桁架整体性较好,其自身不会破坏或有大的变形。钢管桁架可能整体向下滑移或倾覆。

通过预埋措施钢筋的抗剪强度抵抗钢管桁架的下滑力,通过预埋措施钢筋抗拉强度(或立杆与预埋措施钢筋连接扣件的抗滑承载力)抵抗钢管桁架的倾覆力矩。

钢管桁架受力见图5,其外力有混凝土重力沿斜坡方向的分力P1,预埋措施钢筋拉力N,预埋措施钢筋剪力 V。当 P1＞V时,钢管桁架会向下滑移;当力P1对A点的力矩＞力N对A点的力矩时,钢管桁架会绕A点倾覆。

钢管桁架不发生整体滑移和倾覆时,这3个外力共同作用下钢管桁架受力平衡。

由力的平衡条件得:

每榀桁架与9根预埋措施钢筋连接,9榀桁架共与81根预埋措施钢筋连接。

图5 钢管桁架受力示意图

预埋措施钢筋的抗剪强度按125 N/m2进行计算,则单根预埋措施钢筋的抗剪承载力为:125×3.14×10×10=39250 N=39.250 kN。

预埋措施钢筋的抗剪强度按300 N/m2进行计算,则单根预埋措施钢筋的抗剪承载力为:300×3.14×10×10=94200 N=94.200 kN。

4.1 钢管桁架抗滑移验算

81根预埋措施钢筋抗剪承载力39.250 kN×81=3179.25 kN＞1.4V=1.4×463=648.2 kN,即预埋措施钢筋抗剪承载力满足要求,即钢管桁架抗滑移承载力满足要求。

4.2 钢管桁架抗倾覆验算

(1)按预埋措施钢筋抗拉强度验算,81根预埋措施钢筋抗拉承载力94.200 kN×81=7630.2 kN＞1.4N=1.4×388=543.2 kN,即预埋措施钢筋抗拉承载力满足要求;

(2)按扣件抗滑移承载力验算,81根预埋措施钢筋抗拉承载力8 kN×81=648 kN＞1.4N=1.4×388=543.2 kN,即扣件抗滑移承载力满足要求。

由(1)、(2)钢管桁架抗倾覆承载力满足要求。

5 施工注意事项

(1)钢管、扣件需进行严格验收,严禁使用不合格的钢管、扣件;

(2)浇筑替代混凝土时,需在指定位置预埋措施钢筋,预埋措施钢筋的规格型号、及埋入混凝土中的深度需满足要求;

(3)尽量使用整根钢管,钢管需接长时,立杆接长采用对接扣件连接,斜杆及水平杆接长采用搭接连接,搭接长度不小于1 m,并用不少于3个旋转扣件进行连接;

(4)钢管桁架立杆与预埋措施钢筋连接牢固,并作为重点进行验收;

(5)在钢管桁架各主节点处,用水平杆将9榀钢管桁架连接,水平杆伸出两侧钢管桁架并与外操作架连成整体;

(6)距离钢管桁架立杆底部200 mm处,设置纵横方向的扫地杆;

(7)本支撑用钢管桁架严禁作为操作架使用;

(8)斜坡段端头模板强度、刚度需满足设计要求;

(9)混凝土浇筑采用分层浇筑,分层厚度控制在400 mm;

(10)严格控制混凝土浇筑速度,混凝土浇筑速度应控制在1 m/h以内;

(11)在混凝土浇筑过程中安排专人对模板及钢管桁架进行监控;

(12)在混凝土强度达到设计强度50%以上时,方可拆除钢管桁架。

6 结 语

通过实践验证钢管桁架整体性好,在混凝土浇筑过程中几乎没有变形,混凝土外观质量良好。钢管桁架受力性能良好,不需使用型钢及特殊材料,不需在车间进行加工,钢管还可周转使用,施工极为方便。

[1] 谭 遥.工地楼板垮塌,拔出5个“泥人”.重庆晨报.2010-05-27.第 18版 .

[2] 黄 欣.广珠铁路跨海大水闸坍塌,1死1伤1失踪(图).中国广播网.2011-01-12.http://www.cnr.cn/zhfw/xwzx/zhxw/201101/t20110112_507573767.html.

[3] 周亮.福建寿宁一在建混凝土结构天桥突然坍塌,已知2人被埋.中国新闻网.2011-01-18.http://www.cnr.cn/china/gdgg/201101/t20110118_507597990.html.

[4] 冯郑红.钢管桁架屋盖结构的静力性能分析[J].国外建材科技,2007,28(5):89-91.

[5] 中华人民共和国建设部.JGJ130-2001.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规程(2002版)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002:30.