云南大理小灣水電站壩頂門機預(yù)應(yīng)力大梁施工技術(shù)

劉紅德

（中國水利水電第四工程局有限公司，云南 昆明）

1 工程概述

1.1 工程簡介

小灣水電站位于云南省大理州南澗縣與臨滄市鳳慶縣交界的瀾滄江中游河段，大壩壩頂共設(shè)5個溢流表孔，每孔進口處布置2 根預(yù)制軌道大梁，單梁重約60.4 t。 預(yù)制軌道梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土強度等級為C50，梁內(nèi)布置8 根主受力錨索和1 根張拉平衡錨索。 由于門機軌道大梁內(nèi)部鋼筋及埋件密集，因此在施工中保證混凝土振搗密實及外觀質(zhì)量符合設(shè)計標準是施工重點。 由于門機軌道大梁較重，本工程采用自制提梁門架進行抬吊，而保證提梁門架安裝及運行安全是施工難點。

1.2 施工流程

本工程的施工流程是： 門機軌道梁支撐系統(tǒng)、錨索管及其他埋件、鋼筋、模板安裝及驗收→倉號沖洗、 驗收→混凝土澆筑→混凝土等強→錨索張拉、灌漿及封錨→提梁門架安裝、 驗收→軌道梁起吊，底模及施工平臺拆除→軌道梁吊裝就位。

2 門機大梁預(yù)制

2.1 支撐平臺搭設(shè)

在交通橋梁安裝就位后，對壩頂門機軌道梁進行原位預(yù)制吊裝。 預(yù)制支撐平臺搭設(shè)在交通橋梁上方，其具體形式如圖1 所示。

2.2 支撐平臺設(shè)計

壩頂門機軌道大梁荷載由橫跨在交通橋梁間的[20a 槽鋼承擔，[20a 槽鋼的布置間距根據(jù)門機軌道梁自重、施工荷載等確定。

圖1 支撐平臺搭設(shè)示意圖Fig.1 Erection of supporting platform

1）[20a 槽鋼梁的抗彎承載力計算[1]。

[20a 槽鋼梁的抗彎承載力計算式為

式中：Mu為[20a 槽鋼梁的抗彎承載力，kN·m；Wx為彎曲截面系數(shù)，cm3，查表[2]得Wx=178cm3；[σ]為彎曲許用應(yīng)力，N/mm2，查表得[σ]=170N/mm2。

經(jīng)計算，Mu=30.3 kN·m。

2）單位長預(yù)制軌道梁對下方[20a 槽鋼梁產(chǎn)生的彎矩[3]。

（1）荷載取值。 壩頂門機軌道梁自重G1為44.6 kN，模板及支撐系統(tǒng)自重G2為6 kN，施工人員及設(shè)備自重G3為4.08 kN，振搗荷載G4為6.12 kN，下料沖擊荷載G5為4.08 kN。

（2）荷載組合。 指門機軌道梁澆筑時的荷載組合，其值F=1.2×(44.6+6)+1.4×(4.08+4.08+6.12)=80.7 kN。

（3）彎矩計算。 槽鋼梁荷載分布情況如圖2 所示。由圖2 可知，單位長壩頂門機軌道梁對其下[20a槽鋼梁產(chǎn)生的彎矩計算式為

圖2 [20a槽鋼梁受力圖（單位：mm）Fig.2 20a steel channel beam force diagram (Unit: mm)

（5）[20a 槽鋼梁的跨中撓度驗算。 本支撐平臺設(shè)計槽鋼梁間距為500 mm，則每根[20a 槽鋼梁跨中均布荷載q=115/(1/0.5)=57.5 kN/m，所以，

2.3 模板配置、支撐及加固

（1）門機軌道大梁模板主要采用厚1.8 cm 的覆膜木膠合板，底模肋帶采用80 mm×100 mm 方木，側(cè)模肋帶采用50 mm×80 mm 的方木，兩端堵頭模板采用厚2.5 cm 的木板。

（2）模板支撐采用鋼托架，托架由∠50×5 mm 的角鋼制作，制作尺寸允許偏差為±2 mm。各構(gòu)件間通過焊接連接，焊縫高度不小于4 mm。

2.4 鋼筋、埋件制作安裝

2.4.1 鋼筋制作安裝

鋼筋按照設(shè)計圖紙在后方下料加工完成后,用載重汽車運至施工面。 鋼筋安裝保護層厚度、安裝偏差應(yīng)滿足設(shè)計要求，鋼筋接頭、錨固長度滿足小灣電站現(xiàn)行 《拱壩混凝土施工技術(shù)要求》（第B 版）（XW.TJ17B-2007）中的相關(guān)規(guī)定。

圖3 模板支撐配置示意圖（單位：mm）Fig.3 Template support configuration (Unit: mm)

2.4.2 埋件制作安裝

門機軌道梁埋件主要包括兩端底部底座、梁系間連接預(yù)埋鋼板、φ80 波紋管及吊環(huán)。 要求所有埋件嚴格按照設(shè)計圖紙下料制作，波紋管加固牢靠，混凝土澆筑時由專人看護，避免澆筑時移位。

2.5 混凝土輸送方案

2.5.1 混凝土拌制與運輸

門機軌道預(yù)制梁混凝土由左岸的拌和系統(tǒng)供料，水平運輸采用自卸車，垂直運輸由纜機吊運至料斗中，然后通過人工鏟料入倉。

2.5.2 混凝土澆筑、收面及養(yǎng)護

預(yù)制軌道梁混凝土強度等級為C50，級配為Ⅰ級配和Ⅱ級配。 澆筑時，從兩端向中間平鋪進行，坯層厚度按30cm 控制。

混凝土入倉后，主要采用φ50 型軟軸振搗器振搗。 在模板周邊、下料點接茬處、埋件及鋼筋密集處，適當延長振搗時間。 在大梁腹板斷面有凹進段，當用φ50 型軟軸振搗器無法伸入振搗時，須用φ80振搗器在側(cè)模外側(cè)輔助振搗。

澆筑前，在倉內(nèi)四周模板上標注收倉線。 收面時，嚴格按收倉線收面，并要求收面光滑、平整。 拆模后，對混凝土表面及時進行灑水養(yǎng)護，并覆蓋濕麻袋片，以便養(yǎng)護期間保持混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)。 混凝土灑水養(yǎng)護時間為14 d。

3 錨索施工

在單根門機軌道梁中，布置了9 根預(yù)應(yīng)力錨索，其中主受力錨索8 根，每根由10 股7φ5 的高強度低松弛粘結(jié)鋼絞線組成，設(shè)計張拉力為1 700 kN；張拉平衡錨索1 根，由6 股7A5 的高強度低松弛粘結(jié)型鋼絞線組成，設(shè)計張拉力為1 000 kN。 錨索采用后張法施工，先在大梁內(nèi)預(yù)埋波紋管，混凝土達到設(shè)計強度的90%后，穿索張拉（直線型錨索采用一端張拉，曲線型錨索采用兩端張拉）。

3.1 施工程序

錨索的施工程序為： 預(yù)埋波紋管→混凝土澆筑→清洗預(yù)埋管道→（材料進場檢驗、 驗收→錨束制作→錨束驗收）下索→張拉→鎖定→錨索鎖定荷載檢查→合格后灌漿→驗收→封錨

3.2 錨索安裝

錨索制作完成并經(jīng)驗收合格后，待混凝土達到設(shè)計強度的90%以上，在預(yù)留孔中穿入錨索，依次安裝工作錨具、工作夾片和限位板等，做張拉前準備。

3.3 錨索張拉

錨索張拉均采用超張拉持荷穩(wěn)壓、超載安裝的施工方法，超張力系數(shù)為1.05。 本軌道梁錨索采用整體張拉，在整體張拉前，須對單股鋼絞線進行預(yù)緊。 單股鋼絞線預(yù)緊程序為：安裝預(yù)緊千斤頂→0→30 kN/股停留5 min→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂→將千斤頂安裝在另一根鋼絞線上→重復(fù)施工。整束分級張拉程序為：安裝整體張拉千斤頂→加載至預(yù)緊荷載（穩(wěn)壓5min）→50%P（穩(wěn)壓5min）→105%P→穩(wěn)壓10min 鎖定。

在進行本軌道梁錨索張拉時，應(yīng)注意以下事項：（1）張拉各級穩(wěn)壓前后，均應(yīng)量測鋼絞線的伸長值和回縮值。 實測伸長值與理論伸長值相差不得超過±6%，否則應(yīng)停止張拉，待查明原因并采取措施后，方可恢復(fù)張拉。 （2）加載、卸荷速率應(yīng)保持平穩(wěn)。張拉時，升荷速率按1min 不超過設(shè)計張拉力的10%控制，卸荷速率按1min 不超過設(shè)計張拉力的20%控制。

3.4 灌漿及封錨

錨索張拉錨固全部完成后，進行錨索孔灌漿。 灌漿施工在錨索張拉完成后3 d 內(nèi)完成。 錨索灌漿漿液強度等級為M50，漿液水灰比為0.4。 直線型錨索從錨索孔的一端進漿，從另一端排氣回漿；曲線型錨索從最低處設(shè)置的進漿管進漿，從錨索兩端排氣回漿管排氣回漿。

4 門機大梁吊裝

壩頂單根門機軌道梁自重60.4 t，單臺纜機無法起吊，若配置平衡梁進行抬吊，平衡梁重約5 t，總重為65.4 t，已超出兩臺30 t 纜機額定起吊荷載之和。另外，因場地限制，大型吊車無法進入施工現(xiàn)場進行吊裝作業(yè)。 鑒于此，項目部采用兩臺自制提梁門架進行提梁吊裝，單臺提梁門架設(shè)計整機自重為12.9 t（包括卷揚設(shè)備），起重容量不小于40 t，起升揚程為3.34 m，提升速度約0.9 m/min，門架跨距為3.25×4 m，高度約8 m。 在門機軌道梁錨索張拉施工等齡期間，在單根軌道梁兩端吊點部位，拼裝提梁門架并安裝就位，提梁門機支腳處墊8 mm 厚扁鐵。 門機結(jié)構(gòu)布置圖及安裝位置詳見圖4。

提梁門架安裝調(diào)整完成后，待大梁錨索施工項目全部完成，并對大梁進行表面缺陷檢查和處理完之后，對大梁進行吊裝。 起吊前，先排查預(yù)制梁底板是否存在焊接或綁扎的部位，再通過聯(lián)動裝置，同時啟動梁兩端提梁門架的卷揚機，將梁提起約40 cm時固定。 然后，迅速將底模及支撐施工平臺拆除，對承梁部位進行清理，給支座接觸面及齒板涂抹黃油，最后將預(yù)制梁緩緩下放至承梁平臺上。 下放過程中，須對大梁進行微調(diào)，以保證下放位置準確。 大梁安裝施工應(yīng)在白天進行，以確保施工安全順利進行。

壩頂門機軌道預(yù)制梁吊裝調(diào)整完成后，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，采用12 mm 厚鋼板在預(yù)制梁隔板部位將相鄰的梁焊接起來，進行加固，確保門機大梁和交通橋梁連接成整體。

圖4 門機軌道預(yù)應(yīng)力大梁吊裝Fig.4 Portal crane tack prestressing force crossbeam hoisting

5 結(jié)語

小灣水電站壩頂門機軌道大梁預(yù)制及吊裝施工，根據(jù)結(jié)構(gòu)自身特點及現(xiàn)場施工環(huán)境，采取上述施工措施和方法，形成了一套成熟的施工工藝。 此項施工工藝保證了門機軌道梁的施工進度和質(zhì)量，解決了大件吊裝的施工難題，為后期施工奠定了基礎(chǔ)，并為同類工程積累了一定的經(jīng)驗。

[1] 武漢大學，大連理工學院，河海大學.水工鋼結(jié)構(gòu)[M]. 北京：中國水利水電出版社，1995.

[2] 聞邦椿. 機械設(shè)計手冊[M]. 5 版.北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3] 畢謙，程培基. 材料力學 [M]. 重慶： 重慶水學出版社，1994.