溢流陡坡面搭设高大闸墩除险加固作业平台搭建技术

黄志宁，刘忠干，谢志杰，陈永兵

(1.惠州市白盆珠水库工程管理局，广东 惠州 516341；2.广东省源天工程有限公司，广东 增城 511340)

1 概述

水库是以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电、改善航运及生态水环境等综合利用的水利工程。近年来国家经济快速发展，水利工程加固已成共识，而水库加固需在原坝体构筑物基础上进行，需要搭设作业平台确保施工的安全性，但溢洪道坡面陡及高差大等复杂条件，安全隐患较大。

以白盆珠水库加固工程为例，主坝加固需要对左侧边墩、中墩及右侧边墩进行预应力锚索加固，闸墩下游侧上半部分为斜面，锚索加固是由闸墩下游面水平向上游面钻孔施工，钻孔采用3台钻机作业，每台钻机重约800 kg，作业面在溢洪道陡坡面上，作业条件复杂。为此，闸墩加固施工前，必须在溢洪道陡坡面上搭设较大的作业平台来满足施工要求。由于溢洪道陡坡面上搭设的作业平台，需要克服在陡坡面上搭设、满堂支撑作业平台自重、作业人员荷载、材料荷载、设备荷载、设备震动及后座力等复杂条件，通过先在溢洪道陡坡面上采用化学锚栓+钢板+槽钢的底座基础，然后在泄洪道缓坡面采用阶梯退台式满堂脚手架，最后在闸墩侧面采用化学锚栓连墙的方式搭设满堂脚手架支撑作业平台的施工技术，从而提高作业平台的安全性及稳定性，顺利施工白盆珠水库加固工程保驾护航。

2 工程概况

白盆珠水库位于东江一级支流西枝江上游惠东县境内，工程规模为大(1)型；工程等别为I等。主要建筑物级别为1级；次要建筑物级别为3级。设计洪水标准为500年一遇，校核洪水标准为保坝洪水10 000年一遇洪水+20%的安全保证值，相应水库最大库容为11.9亿m3。2019年4—9月进行了第3次大坝安全鉴定工作，评定为三类坝。对大坝除险加固刻不容缓，闸墩加固依次采用锚索+化学灌浆+粘钢法综合加固处理[1]，而闸墩加固作业区在溢洪道陡坡面上，需搭设满堂支撑作业脚手架，创造安全稳定的操作平台，以满足作业需求。白盆珠主坝现场示意见图1。

图1 白盆珠主坝现场示意

3 脚手架搭设方案

根据现场实际情况，河床溢流坝段跨②～④坝段布置，两孔开敞式溢流坝型，堰面采用WES曲线，堰顶高程为73.0 m，每孔净宽为12.0 m，中墩厚为3.0 m，边墩厚为1.5 m，总宽度为30.0 m[2]。现场施工面高差大，坡面陡，不能按照常规脚手架的方法搭设，需要考虑脚手架在陡坡面的稳定性，经研究在溢洪道陡坡面上采用化学锚栓+钢板+槽钢的底座基础及闸墩面采用化学锚栓连墙的方式搭设满堂支撑作业平台脚手架的施工技术，从而达到防止立杆下滑、倾斜及受力要求。架体分成两部分：第1部分在泄洪道缓坡面起，开始采用阶梯退台式满堂脚手架；第2部分在作业受力区采用满堂支撑作业脚手架的形式。

3.1 搭设尺寸

泄洪道中间闸墩的搭设最大高度为34.0 m，坝体两侧闸墩的搭设最大高度为25.5 m；坝体两侧闸墩、泄洪道中间闸墩的预应力锚索加固搭设总长度为35.4 m；搭设最大宽度坝体顶部为16.2 m。

3.2 立杆与基础的连接

1) 在原有坝体、泄洪道斜坡面，进行M20化学锚栓植筋；垂直原有坝体、泄洪道陡坡面进行钻孔，化学锚栓横向间距为1.5 m，竖向间距为0.6 m；每个M20化学锚栓长度260 mm，钻孔宽度D=25 mm，深度200mm。

① 利用冲击钻钻孔，钻孔完成要清理干净，可以利用专用气筒、毛刷或压缩空气机清理钻孔中的灰尘，建议重复进行不少于3次，孔内不应有灰尘与明水。

② 锚栓进孔前，表面洁净、干燥、无油圬、无破损，将其圆头朝内放入锚固孔并推至孔底，可以使用电钻及专用安装夹具，将锚索强力旋转插入直至孔底，不应采用冲击方式。

③ 化学胶粘剂(含乙烯基树脂、石英颗粒、固化剂)使用前，应检查是否破损、药剂是否凝固等异常现象；然后将化学胶粘剂均匀的加入孔中，利用化学胶粘剂的胶结作用，通过粘胶剂把锚栓与混凝土孔壁的粘结，实现对锚索连接件与坝体混凝土的锚固。

④ 依据满堂支撑作业脚手架立杆的稳定性验算，立杆底部荷载为4.5 kN，每个化学锚栓承受的立杆平均约为3根，化学锚栓设计拉力20.0 kN，设计剪力9.0 kN，并通过拉拔实验检测设计拉力是否满足[3]。

2) 在M20化学锚栓套上钢板(规格为150 mm×150 mm×8 mm)，钢板提前穿好D=25 mm的孔，钢板平贴陡坡面，并用螺母拧紧，10#槽钢一侧水平焊接在平贴陡坡面的钢板上，槽钢底面保持水平，10#槽钢悬空的一侧用钢板(规格为150 mm×100 mm×8 mm)焊接支撑。架体基础示意见图2。

图2 架体基础示意

3.3 满堂支撑作业脚手架立杆、横杆的设置

1) 在化学锚栓10#槽钢上按满堂支撑作业脚手架立杆的间距600 mm×600 mm，立杆立在槽钢底面上。

2) 架体扫地杆距离原有坝体、泄洪道陡坡面为200 mm，按立杆步距≤1 200 mm设置横杆，当接近锚索施工作业面时，按立柱顶步距≤900 mm设置横杆[4]。满堂脚手架架设现场及剖面示意见图3。

图3 满堂脚手架架设现场及剖面示意

3) 坝体两侧闸墩横杆的一侧为坝体侧面，横杆与坝体侧面顶紧。

4) 泄洪道中间闸墩满堂支撑作业脚手架横杆的两侧为泄洪道的混凝土面，横杆与泄洪道的混凝土面顶紧。

5) 焊接按T型接头的施工质量要求进行控制。

3.4 满堂支撑作业脚手架的连墙件设置

1) 坝体两侧闸墩的一侧为坝体的陡坡面，泄洪道中间闸墩的两侧面为混凝土面。

2) 连墙件设置采用Φ48×3.25 mm扣件式钢管，按3.0 m×3.0 m间距设置[5]。

3) 泄洪道中间闸墩，可以利用泄洪道两侧混凝土墙，加设M20化学锚栓，连墙件的钢管与M20化学锚栓进行焊接。

4) 焊接按T型接头的施工质量要求进行控制。

3.5 满堂支撑作业脚手架的剪刀撑设置

1) 剪刀撑设置采用Φ48×3.25 mm扣件式钢管[6]。

2) 满堂支撑作业脚手架立杆纵、横间距为0.6 m×0.6 m，在架体外侧周边及内部纵、横向每5跨(且不小于3m)，由底至顶设置连续竖向剪刀撑，剪刀撑宽度为5跨[7]。

3) 在竖向剪刀撑顶部交点平面设置水平剪刀撑，水平剪刀撑至架体底平面距离与水平剪刀撑间距不宜超过6 m，剪刀撑宽度为3～5 m。

4) 竖向剪刀撑斜杆与地面的倾角为45°～60°，水平剪刀撑与支架纵(或横)向夹角为45°～60°[8]。剪刀撑构造布置见图4所示。

1—水平剪刀撑；2—竖向剪刀撑；3—扫地杆设置层。

3.6 满堂支撑作业脚手架操作平台设置

1) 考虑到锚索施工需要，在锚索所在标高的位置，满堂支撑作业脚手架必须设置操作平台，左、右边墩和中墩范围内搭设6 m×6 m操作平台，操作平台的脚手板采用8 mm厚钢板，纵横向主次梁杆件采用10#槽钢，操作平台之间搭设1 m宽的通道，满堂支撑作业脚手架与操作平台的连接。

2) 满堂支撑作业架与操作平台的连接:为了平整度需要，采用可调顶撑，立杆可调顶撑与顶层水平杆的距离不得高于500 mm，丝杆外露不应大于300 mm，托座承载力容许值按40 kN，顶层水平杆与支撑点距离不大于200 mm[9]。锚索机作业平台布置见图5所示。

图5 锚索机作业平台布置示意(单位：cm)

4 满堂支撑脚手架的计算

4.1 脚手架验算参数

1) 架体参数

原有坝体、泄洪道的基础为斜坡面，满堂支撑作业脚手架验算参数按受力最不利因素考虑(架体参数见表1)。

表1 架体参数

2) 荷载参数

① 现场拟采用XY-1型锚索钻机，依据XY-1型锚索钻机厂家参数，结合现场施工条件，拟搭设满堂支撑作业脚手架操作平台，满堂支撑作业脚手架操作平台采用8 mm厚钢板[10]，纵横向主次梁杆件采用10#槽钢，自重标准值如下:

a.8 mm钢板:6×6×62.8×3=6 782.4 kg。

b.钢板下、立杆顶纵横向支撑杆件10#槽钢:6×54×10=3 240 kg。

② 操作平台钢板自重标准值:

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

③ 栏杆、挡脚板自重标准值:0.17 kN/m3[11]。

④ 安全网自重标准值:0.01 kN/m3。

⑤ 操作平台上的荷载参数:

a.临时材料堆放荷载:1.0 kN/m3。

b.施工均布荷载(主要考虑施工人员、锚索自重及其他辅助设备等的荷载):取3.0 kN/m3。

c.锚索机堆放操作平台均布荷载(主要考虑锚索机的均布荷载):(800×9.8/1 000)/(2.5×0.8)=3.9 kN/m3。

d.锚索机堆放操作平台集中力(主要考虑锚索机的单点集中荷载，含锚索机施工作用时的侧向荷载):取4.5 kN。具体结构荷载参数见表2。

表2 结构荷载参数

3) 地面粗糙度取值按惠州市惠东县B类，基本风压按0.5 kN/m3，面板、主梁、立杆验算按3等跨连续梁，剪刀撑采用加强型设置[12](风荷载参数见表3)。

表3 风荷载参数

4) 承载能力极限状态可变荷载调整系数取0.9，结构安全等级1级，结构重要性系数取1.1[13]。

5) 立杆底座面积按0.1×3/5=0.06 mm2、坝体及泄洪道基础混凝土按500 mm厚、C30计算。

4.2 验算及结果

针对工程实际情况，对满堂脚手架支撑作业平台进行了操作平台面板验算、板底纵向支撑次梁验算、横向主梁验算、可调托座验算、立杆的稳定性验算、抗倾覆验算及立杆支承面承载力验算等，均满足要求，作业平台安全稳定。

5 应用效果

白盆珠水库溢流陡坡面搭设的满堂脚手架支撑作业平台，在工程实际应用中克服了陡坡面搭设、满堂支撑作业平台自重、作业人员荷载、材料荷载、设备荷载、设备震动及后座力等复杂条件，为加固施工提供了安全稳定的作业平台，保证了施工质量和人员安全，在工期紧的情况下按汛期前要求完成了闸墩加固施工，产生了较好的经济和社会效益，得到了监理、业主等单位的好评。

6 结语

本项目针对白盆珠水库闸墩加固工程施工，施工作业条件在溢洪道陡坡面上，施工难度大，为确保施工安全，通过先在溢洪道陡坡面上采用化学锚栓+钢板+槽钢的底座基础，然后在泄洪道缓坡面采用阶梯退台式满堂脚手架，最后在闸墩侧面采用化学锚栓连墙的方式搭设满堂脚手架支撑作业平台的施工技术，从而满足作业条件，目前，白盆珠溢洪道闸墩加固工作已完成，脚手架已拆除，实践表明满堂支撑脚手架未出现任何问题，满足作业要求，保证了施工质量和人员安全，为今后同类工程提供借鉴。