水電站廠房大跨度預制吊車梁安裝技術探析

王建慧

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000)

1 概 述

1.1 工程概況

布桑加(Busanga)水電站位于剛果(金)南部地區盧阿拉巴(Lualaba)河上，雙曲碾壓混凝土拱壩，壩高141.5m。地面廠房，安裝4臺60MW機組，總容量240MW。廠房長度為60.5m，安裝間長度為21.6m，共計82.1m，主機間寬度為18.7m。

1.2 排架柱及軌道梁

發電廠房安裝間高程為EL755.1m，排架柱牛腿高程為EL764.97m(距離安裝間平臺9.87m)，排架柱頂高EL773.03m，高度18m。

吊車梁采用預制結構，高1.6m，底寬0.6m，為不等邊梯形梁，共計24根，最短長度為5.48m，最長長度為8.45m，最小重量為18.7t，最大重量為28.8t。

2 吊裝方案

2.1 現場情況

吊裝配備一臺STC800汽車吊，最大起重量80t；主廠房上游為副廠房，右側為河道，上游副廠房要同時進行混凝土施工，現場位置狹小，吊車梁不具備直接吊裝條件。

2.2 吊裝方案

在相鄰排架柱的梁底鋪設梁支撐系統及運輸軌道，在運輸軌道上布置運輸臺車、牽引和就位系統；吊車將軌道梁吊至右側端頭的軌道運輸臺車上，牽引就位，后退法逐根頂推到位[1]。

3 預制梁吊裝方法

3.1 吊裝位置

布置在主機間右岸側EL746.1河道擋墻內側平臺上。

吊車吊距8.5m，吊高28.2m，最大吊重30t。回轉中心要偏離吊車梁中心線向下游2m。采用頂推法從右向左依次頂推到位。主機間上、下游梁吊裝位置圖如圖1所示。

圖1 主機間上、下游梁吊裝位置圖

3.2 吊裝準備

3.2.1 吊索布置

每榀梁都布置有四個吊耳，吊耳位于梁兩端1/4處，采用4點起吊，為便于調整梁的平衡，采用2根鋼絲繩和2根10t倒鏈起吊，鋼絲繩與梁的夾角為60°，吊索與吊鉤采用卡環連接。

3.2.2 卡環、繩卡

卡環采用20t卡環，配套繩卡，繩卡采用6個，間距250mm。

3.2.3 頂推平臺搭設

排架柱間安裝2根Q235I32a工字鋼預制梁支撐滑移平臺，工字鋼支撐梁中點位置設置I20工字鋼立柱作為支撐，工字鋼支撐梁單獨受預制梁安裝荷載。在工字鋼支撐上焊接固定[10槽鋼作為預制梁滑移軌道，使用軌道輪加工負載小車放置于軌道負荷預制梁滑移，按順序將預制梁吊裝至平臺后，軌道梁自右向左側推進，后退就位。

3.3 起吊計算

1)起重高度驗算：

根據《建筑施工起重吊裝工程安全技術規范》，起重吊裝作業時吊車的起升高度H應符合：

h1+h2+h3+h4≤H

(1)

式中：H為吊車的起升高度，m；h1為從停機面算起至安裝支座表面的高度，m；h2為安裝間隙(≥0.2m)；h3為構件吊起后底面至綁扎點的距離；m；h4為索具高度，m。

廠房橋機預制梁吊裝作業中：

安裝間預制梁吊裝：h1=764.97-755=9.97m，h2=0.3m，h3=1.6m，h4=8.45*0.25*tan45+1=3.11m(取該段最長梁)。

h1+h2+h3+h4=13.98m。故安裝間吊裝吊車起重高度應滿足H≥13.98m。

主機間預制梁吊裝：h1=764.97-746.2=18.77m，h2=0.3m，h3=1.6m，h4=8.38*0.25*tan45+1=3.1m(取該段最長梁)。

h1+h2+h3+h4=23.77m。故主機間吊裝吊車起重高度應滿足H≥23.77m。

2)工作半徑計算：

安裝間吊裝吊車起重高度H≥13.98m，根據吊車參數，取最大起重量28.8T，吊車工作半徑d≤10m。

主機間吊裝吊車起重高度H≥23.77m，根據吊車參數，取最大起重量28.5T，吊車工作半徑d≤9m。

3.4 平臺布置

根據吊車梁架設牛腿與底部支撐平臺的高度情況，結合吊車梁吊放平臺在落梁、調整滾動滑移位置時的瞬間穩定性，利用安裝間平臺和排架柱搭設腳手架支撐系統，在其支撐系統上部設計滾動滑移平臺。該區域的滑移平臺支撐系統采用型鋼結構。

3.4.1 支撐梁設計

牛腿結構混凝土施工時，在牛腿凈跨側埋設長×寬×厚=400mm×200mm×20mm鋼板，作為平臺支撐系統結構焊接區。

在兩個牛腿內預埋連接鋼板，采用2根32a工字鋼焊接，在兩跨梁中間用2根I20工字鋼作為立柱，兩根工字鋼間每隔2m采用工字鋼連接，形成桁架結構，作為支撐平臺。

3.4.2 支撐梁計算

預制梁使用頂推法吊裝時，在排架柱間安裝2根Q235I32a工字鋼作為預制梁支撐滑移平臺，工字鋼中點位置設置2根I20工字鋼立柱作為支撐。

1)支撐梁核算：

工字鋼支撐梁為等跨連續梁，其受力主要為預制梁安裝時的由軌道傳遞的集中荷載，頂推滑移時滾輪位于梁體兩端端頭位置，對支撐梁受力進行計算，計算時取兩種極限不利受力狀態：①頂推段中部最重梁體(28.5T)經過最長支撐梁(梁長6590mm)時支撐梁受單個集中荷載；②左端最重梁體(23.4T)經過最長支撐梁(梁長6590mm)時支撐梁受兩個集中荷載[2]。

I32a工字鋼截面特征：

截面積A=67.12cm2，截面模量Wx=692.5cm3,彈性模量取E=206×103MPa，截面慣性矩Ⅰ=1.11×104cm4，Q235鋼許用應力235MPa，設工字鋼許用值[σ]=157MPa(留安全系數1.5)，允許彎矩[M]=118KN·m。

工字鋼支撐梁簡化為雙等跨連續梁，預制梁頂推安裝時梁體頂端處通過滑移滾輪向工字鋼支撐梁施以集中荷載。

a)頂推段中部最重梁體(28.5T)經過右段最長支撐梁(梁長6950mm)時支撐梁受單個集中荷載，支撐梁受力計算：

單根工字鋼承受荷載F=285/4=71.25KN,

跨內最大彎矩Mmax=aFl=47.69KN·m<[M]=118KN·m，

支座反力即端頭受剪力Va=β1F=28.93KN, Vb=β2F=49.02KN, Vc=β3F=-6.7KN。

b)頂推段左端最重梁體(23.4T)經過最長支撐梁(梁長6590mm)時支撐梁受兩個集中荷載(取荷載位于梁中位置計算)，支撐梁受力計算：

單根工字鋼支撐梁承受兩個集中荷載F=234/4=58.5KN，單根工字鋼承受荷載F=234/4=58.5KN,

跨內最大彎矩M1max=a2Fl=30.07kN·m，M2max=a3Fl=30.07lN·m<[M]=118kN·m，

支座反力即端頭受剪力Va=β1F=18.31KN, Vb=β2F=80.44KN, Vc=β3F=-18.31KN。

經計算，采用2根I320a工字鋼可以滿足要求。

2)立柱核算(取單根20mm工字鋼立柱計算)：

立柱高：h=764.97-755.1-0.3-0.15=9.42m

立柱截面：20mm工字鋼計算：截面尺寸200mm×100mm×6mm

立柱設計內力：N=80.44kN；

立柱截面特性：A=26.81cm2，慣性矩IX=1840cm4，IY=115cm4回轉半徑ix=8.28cm，iy=2.08cm，截面模數Wx=237cm3。

根據《鋼結構設計規范》，立柱應力σ=N/An=30N/mm2

立柱平面穩定驗算：立柱長細比λ=μh/ix=114<150。

經驗算，型鋼立柱滿足要求。

3.5 梁移動平臺及軌道

1)運輸軌道：

在工字鋼上部左右側各布置一根10#槽鋼，作為平臺運輸軌道，車輪布置在槽鋼內，防止運輸中梁出現偏移，槽鋼固定到工字鋼梁上。

2)運輸平臺：

采用礦車輪及軸承加工運輸平臺，平臺寬度70cm，底部前后各布置1對轉輪，梁放置在平臺上，車軸位于梁兩端，距離端部40cm。

3.6 吊裝及牽引

吊車布置在主機間右端墻與河道擋墻內，吊車將梁吊至右側梁處，放置在運輸平臺上，然后運輸平臺向安裝間方向推進，頂推就位。為保證梁體能緩慢平穩前移，主機間梁采用4個3t手動葫蘆牽引。

3.7 就位

梁頂推到位后，利用4個10t-20T機械千斤頂從梁體兩側工字鋼位置同時頂升1-2cm，抽出梁體底部的行走輪，緩慢落至設計位置，然后同牛腿預埋板臨時固定。調整好梁的中心線及高程后，同預埋板焊接牢固。

3.8 施工平臺搭設

在預制梁外側搭設安裝人工操作平臺，上下通道使用原排架柱施工腳手架平臺，主要由原主機間排架柱澆筑腳手架承重。

3.9 吊裝施工

預制梁頂推到位后，利用4個10t-20T機械千斤頂從梁體兩側預埋槽鋼位置同時頂升1-2cm，抽出梁體底部的行走輪及軌道，緩慢落至設計位置，進行焊接臨時固定。

等所有梁體在設計位置臨時固定完成后，安裝永久結構進行吊車梁結構與上部立柱、牛腿之間的永久焊接處理，以及二期混凝土澆筑工作。

4 主要應用情況

吊車梁吊裝平均每天可以完成一根，上游從支撐系統安裝到就位共計9d，下游吊裝及就位共計7d，采用軌道運輸，安全可靠，效率高。

5 總 結

水電站廠房周邊空間一般都比較狹小，采用預制結構的混凝土吊車梁跨度長，重量大，受到場地、地形、設備等條件限制，大部分不具備直接吊裝條件，吊裝存在較大的技術難度；能直接吊裝時，也往往需要大噸位吊車，現場往往也不具備。“頂推法”吊裝技術是一種可靠、安全、成本較低的吊裝技術，解決了在狹小空間大跨度預制混凝土吊車梁的吊裝難題，具有普遍應用性，在類似工程中可以廣泛應用。