蜀河水电站厂房坝顶悬跨结构施工技术

1、蜀河水电站厂房坝顶悬跨结构施工技术金风清 呼争涛 张燕摘 要 蜀河水电站厂房坝段坝顶设计有上下游悬挑牛腿、坝顶安装间及厂房现浇梁、坝顶门机轨道预制梁等结构，这些悬跨结构都具有是跨度大，悬空高的特点。施工中悬臂牛腿采用了 “内拉外撑”吊模、预制梁采用了“倒T型”叠合梁、大跨度现浇梁采用了“K”字形钢排架支撑等施工工艺，大大降低了施工难度。关键词 悬跨结构 内拉外撑吊模 叠合梁 “K”字形钢排架1 概述蜀河水电站工程位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，工程规模为二等大（2）型，电站设计为左岸厂房，右岸泄洪闸布置的河床式电站。电站厂房内布置有6台贯流机组，单机容量46MW，总装机容量276MW。电

2、站厂房坝段8孔溢流表孔共设9个闸墩，每个表孔闸墩坝顶上、下游均设外挑钢筋混凝土牛腿。其中上游侧牛腿挑出长度4.5m，牛腿下部反坡坡比为1：1，总高度7.5m。下游侧牛腿挑出长度2.0m，牛腿下部反坡坡比为1：1，总高度5.0m。坝顶上、下游牛腿结构尺寸及分层示意见图1所示。图1 坝顶上下游牛腿结构尺寸及浇筑分层示意图厂房坝段8孔溢洪道深34m，其中左侧2孔溢洪道坝顶以上为安装间，右侧6孔溢洪道坝顶以上为机组段主厂房。安装间及主厂房在坝顶EL230高程设计为现浇钢筋混凝土梁板结构，其梁板结构净跨12m。现浇梁板结构形式见图2。另外厂房坝段上游坝顶门机和下游坝顶尾水门机的轨道下方还设计有断面为1.

3、5m×0.9m的连接表孔溢洪道闸墩的钢筋混凝土轨道梁。图2 坝顶现浇梁板结构示意图2 施工特点上述悬跨结构的共同特点是：(1)悬空高度大，无法采用正常的钢管架支撑支模施工；(2设计断面大，从单件重量考虑不可能采用预制吊装法施工；(3)结构跨度大、整体性要求高，施工质量较难控制。3 主要施工方法3.1 悬臂牛腿坝顶悬挑牛腿模板加固以内拉为主，外撑为辅，外撑主要作用为便于施工人员操作并支撑模板及钢筋自重。3.1.1 模板施工牛腿外撑为型钢三角架支撑，三角支撑排架间距80cm。上游闸墩在EL218及EL220高程设三角支撑预埋钢板，下游闸墩在EL221.5及EL223高程设三角支撑预埋钢板

4、埋件，钢板厚度1cm，尺寸均为30cm×50cm。上下游外撑三角架支撑水平梁为20槽钢，斜撑为16槽钢，其中上游牛腿三角架支撑悬挑2.5m，下游悬挑2m。三角架水平梁表面采用2根10槽钢纵向连成整体。三角支撑上部搭设钢管脚手架，外脚手架除为施工人作业提供作业平台外，并承担模板及钢筋初期的安装重量。外撑支架共需1cm钢板33m2，20槽钢312m，16槽钢353m，10槽钢220m。3.1.2 模板内拉吊模施工牛腿混凝土重量主要靠内拉拉杆承受。在浇筑下层混凝土时，在模板内侧50cm处按60cm间距预埋I22a型工字钢立柱，立柱埋入下一层混凝土50cm，高出拟浇层混凝土表面100cm。立

5、柱外侧按60cm×60cm间距焊接Ø16拉筋吊拉模板，另一侧按50cm间距焊接Ø16锚固拉筋与下一层混凝土面预埋的锚筋焊接。牛腿坡面模板采用1.2cm厚竹胶板面板。面板下设5cm×10cm刨面方木竖带，间距15cm。方木竖带后设双钢管横向围柃，围柃通过蝶形卡与Ø16拉筋焊接。共需I22a型工字钢立柱945m。悬臂牛腿混凝土“外撑内拉”模板支撑方案见图3所示。图3 厂房坝顶悬挑牛腿混凝土模板支撑示意图3.1.3 支撑受力计算由于外撑承受较小施工荷载、内撑立柱两侧对称受拉，故本文不对其进行稳定验算，仅对斜拉钢筋进行受力验算。（1）荷载分析牛腿底模主

6、要承混凝土自重及施工荷载，混凝土容重23.52kN/m3，施工荷载取1.2kN/m3，按单元宽0.6m组合后，q=（1.2×23.52×0.5+1.4×1.2）×0.6（1.2×23.52×3.0+1.4×1.2）×0.6=9.4751.81kN/m。混凝土厚度应为3m，除非是只用一根工字钢立柱一次浇筑完成。 图4 悬臂牛腿计算简图（2）取牛腿底部最大受力单元进行分析：G=51.81×0.6=31.086kNN1=31.086×0.707=21.978KN=21978N<f×A=

7、235×3.14×82=47226N，故受力满足。3.2 倒“T”形预制叠合梁厂房坝顶门机轨道梁断面尺寸为1.5m×0.9m长，梁长13.8m，单梁重46.6T。桥机轨道如采用整体现浇法施工需搭设34m高的模板承重支架，不但支架搭设工程量大，而且施工周期长、施工费用高； 如采用整体预制吊装方案需采用100T吊车方吊装到位。综合考虑，为降低施工作业难度系数，采用了倒“T”型叠合梁施工方案。倒“T”型叠合梁方案原理是：首先将梁体下部预制后进行吊装，上部剩余梁体混凝土利用下部 图5 叠合梁断面示意图一期梁底混凝土作为底模进行二期浇筑。该方案减小了预制构件的吊装重量，减小

8、了施工难度。蜀河水电站厂房坝顶门机轨道梁采用了叠合梁施工方案，下部预制构件重量仅为12.2T，叠合梁断面示意图5所示。 3.3 现浇梁“K”字形钢排架支撑蜀河水电站厂房坝顶主、副厂房EL230以下是34m深表孔流道，厂房基础梁板横跨在表孔闸墩上，如采用常规搭设钢管承重架作为模板支架的施工方法，每孔需搭设钢管架300余吨，不但会占用较长的直线工期用于钢管架搭拆施工，而且会影响溢洪道施工期间行洪渡汛。因此，蜀河水电站厂房坝顶主、副厂房基础梁板均采用了“K”字形型钢排架作为模板支撑方案。3.3.1 排架支撑方案介绍排架钢支撑采用I55b型工字钢作为水平梁、I32b型工字钢作为两侧45°斜撑

9、，排架间距为0.71.0m。其中钢排架I55b型工字钢水平梁长12m，两端闸墩混凝土埋件焊接。I32b型工字钢长斜撑长4.5m，一榀排架设两根斜撑。排架水平梁上焊接3道10a槽钢作为联系梁。经计算，安装间表孔溢洪道内需布设53榀排架，机组段表孔溢洪道内需布设46榀排架。厂房排架钢支撑共需使用各种钢材686.224t。排架钢支撑具体安装位置见图6所示。3.3.2 排架支撑受力验算已知钢桁架采用55b工字钢，桁架间距80cm，桁架上方混凝土厚2.4m，钢筋混凝土容重，钢桁架跨度为12m。钢的容许正应力，容许切应力，弹性模量，梁的容许挠度 查得55b工字钢参数如下 图6 厂房坝顶现混凝土浇梁模板“K

10、”字形排架支撑安装示意图计算得沿桁架跨度方向的均布线荷载 经计算得：< 故该桁架的强度刚度均满足要求。3.3.3 “K”字形排架支撑制作及安装（1）埋件安装排架钢支撑埋件钢板在加工厂采用气割下料切割，并在加工厂进行锚筋焊接。在表孔闸墩混凝土施工至相应高程后紧贴模板表面安装，要求埋件锚固筋与埋件钢板满焊牢靠，安装位置严格按方案图纸进行控制，偏差不得超过5mm。（2）支撑安装支撑梁水平梁与斜撑在加工厂下料，并进行拼装组焊。梁体焊接时，要在加工厂内搭设足够平整的工作平台，要求定位准确，不得偏斜。每榀排架组焊完成后要求对应专用胎具进行尺寸校核，不符合要求的排架及时予以修正，要求排架尺寸比流道尺寸

11、小8mm，最大加工偏差不得超过5mm。排架焊接采用J506型结构钢焊条。排架支撑安装前首先进行水平梁支承托架安装，然后采用现场门、塔机逐榀进行吊装、点焊定位。为便于操作人员进行施工操作，在排架两侧的上下层埋件处各设一组吊篮，每组吊篮仅限一人操作，吊篮使用前要经验收合格后方可使用。排架支撑梁未焊接固定牢靠吊车不得松钩，起员就位时操作人员不得在梁正下方操作。水平梁及斜撑首先通过连接角钢与埋件钢板焊接，然后再与托架支撑和埋件钢板焊接。3.3.4 “K”字形排架支撑拆除在上部混凝土达到拆模强度后，开始进行排架支撑拆除。首先拆除排架支撑上部的钢管架及模板，然后由一端逐个拆除钢梁。钢梁拆除先采气割将下部斜

12、撑与埋件连接割开，再进上部钢梁切割。钢梁切割时首先用钢丝绳与混凝土顶板下部预埋的锚环拉结，待完全割开后用卷扬机放至EL196高程的溢流面上。最后采采用门塔机吊出工作区。每榀钢梁对应的顶板上预埋两个20拉环。闸墩遗留埋件钢板割除表面剩余毛刺用磨光机打磨平整后涂刷两道红丹防锈漆和两道灰色面漆。4 安全技术措施（1）悬臂牛腿外撑三角架采用吊篮安装，安装时要有专人指挥，吊篮可靠性要及时进行检查，吊蓝内只准一人施工，施工人员必须挂安全绳；（2）外撑三角架拆除时，先用吊车吊稳后，再用气割逐个割除；（3）牛腿下部支撑脚手架外侧必须设安护栏和行走通道，下部悬挂安全网；（4）悬臂牛腿模板安装要严格按照先外撑后内

13、拉的施工顺序进行施工；（5）“K”字形排架支撑安装、拆除前对作业人员进行安全技术交底，作业时严格遵守吊装作业安全规程；（6）作业人员临空操作必须有安全的作业平台或吊篮，采用吊篮作业人员必须单独悬挂安全绳；（7）施工所用起重机具及吊篮在每次作业前均需进行安全检查；（8）钢梁吊装时两端用长绳牵引，防止就位时大副度摇摆，碰伤作业人员。5 质量保证措施（1）保证斜拉拉杆间排距0.6×0.6m，拉杆外安装双螺帽以防螺帽滑脱；（2）保证内撑立柱垂直度及两侧斜拉杆和锚固拉杆对称均匀；（3）拉杆各焊点要求紧密可靠，施工严格控制焊缝质量；（5）由于斜拉模板一部分分力传至下部新浇混凝土中，要求必须控制混凝土浇筑速度不得大于6