水電站尾水渠吊模施工技術(shù)研究

周躍

（安徽海博建設(shè)工程有限公司 安徽合肥 230000）

水電站尾水渠吊模施工技術(shù)研究

周躍

（安徽海博建設(shè)工程有限公司 安徽合肥 230000）

水電站尾水渠指的是尾水從發(fā)電站廠房排泄到下游河床的渠道。經(jīng)過水輪機(jī)后，水流所攜帶的水能為水輪機(jī)吸收利用，成為尾水。尾水渠是水電站重要的組成部分，關(guān)系到水電站運(yùn)轉(zhuǎn)的流暢性。因水流原因，尾水渠的施工往往采用吊模的方式進(jìn)行施工。因?yàn)樗娬臼┕さ奶厥庑?，吊模施工技術(shù)對尾水渠的質(zhì)量具有決定性的影響。所以本文對吊模施工技術(shù)進(jìn)行了探討，以提高尾水渠的施工質(zhì)量。

水電站尾水渠；吊模施工；技術(shù)研究

前言

吊模是指不由部支撐固定而由支架等懸在空中的模板，可用多種方式進(jìn)行固定，如止水拉桿擔(dān)住等。隨吊模施工技術(shù)的發(fā)展，以廣泛應(yīng)用在水電站的施工中。水電站施工中，尾水渠施工空間相對較小，同時(shí)因水文、河流等原因可能會(huì)涉及到不同標(biāo)高的結(jié)構(gòu)需同時(shí)施工，所以，吊模施工較為常見。隨著吊模施工技術(shù)在水電站施工中的廣泛應(yīng)用，越來越成為影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，所以需要對這一技術(shù)加強(qiáng)研究。

1 水電站尾水渠結(jié)構(gòu)和吊模設(shè)計(jì)因素

水電站尾水渠吊模的設(shè)計(jì)需要根據(jù)水電站的局地結(jié)構(gòu)進(jìn)行，需要收集水電站樞紐長度、壩頂高度、最大壩高、設(shè)計(jì)蓄水位、發(fā)電機(jī)功率、總裝機(jī)容量、總庫容方面的情況。只有對上述信息了解詳細(xì)，才能根據(jù)各變量設(shè)計(jì)尾水渠，才能決定尾水渠吊模[1]。樞紐長度、總裝機(jī)容量、蓄水位等相互影響，直接關(guān)系到尾水渠的設(shè)計(jì)。為方便計(jì)算，表達(dá)更為詳盡，本文以筆者參與建造的水電站為模型。筆者參建水電站樞紐全長305m，壩頂高程2765.0m，最大壩高78.3m。設(shè)計(jì)正常蓄水位為2770.0m，水電站安裝3臺(tái)軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)，總裝機(jī)容量為360MW，總庫容在1540萬m3上下。這一水電站進(jìn)口擋水壩段設(shè)有3臺(tái)機(jī)組，因水流關(guān)系，流道孔設(shè)計(jì)為9孔，流道底板高程定為2708m。過流道孔采用長、寬、高為400×493×100的混凝土聯(lián)系板進(jìn)行連接，有4層。第1層連系板底部高程為EL2733m，進(jìn)水口胸墻封頂設(shè)計(jì)最大高度在EL2705～EL2733m之間。水電站3臺(tái)機(jī)組尾水閘墩部位設(shè)有6個(gè)出水流道孔，閘墩孔間距897.1cm，底板高程EL2691.26m，封頂?shù)撞扛叱虨镋L2726.74m，封頂最大凈空為37.45m。根據(jù)工期、高度、工作量等因素，決定采用吊模施工。

2 水電站尾水渠吊模結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）進(jìn)水口吊模分析水電站尾水渠進(jìn)水口和出水口是尾水渠的關(guān)鍵部分，在設(shè)計(jì)施工過程中要嚴(yán)格按照工程結(jié)構(gòu)及《水電水利工程模板施工規(guī)范》等相關(guān)文件進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。本次施工模板采用木模板，樓板模板及梁模板自重為N1=0.53kN/m3，鋼筋混凝土自重為25.79kN/m2，N2=1.00m25.79kN/m2。在施工中，還需要考量的因素包括施工人員自重、設(shè)備荷載等因素。根據(jù)施工概況，如2.5kN集中荷載作用于木模板，則模板產(chǎn)生的彎矩值M1= gl/4=2.5kN×4.93m/4=3.08kN·m，如2.5kN/m2擴(kuò)散平均荷載作用于模板上，模板產(chǎn)生彎矩值應(yīng)計(jì)算為 M2=gl2/8=2.5kN/m2× 4.932m/8=7.6kN·m[2]。本次施工M2＞M1，所以施工荷載單位重量N3=2.5kN/m2。同時(shí)還應(yīng)考量混凝土澆筑時(shí)的重量單位，混凝土入倉工藝為6m3混凝土吊罐，澆筑過程中會(huì)對模板產(chǎn)生的N4= 10kN/m2沖擊力?；炷猎谶M(jìn)行振搗時(shí)，對水平模板會(huì)產(chǎn)生混凝土在進(jìn)行振搗時(shí)，對水平模板會(huì)產(chǎn)生N5=2.0kN/m2的導(dǎo)震力。所以計(jì)算N=40.99kN/m2。

（2）拉桿承載力及三角眼桁架計(jì)算

以φ20拉桿為例，在本次施工中拉桿凈直徑為17.29mm，1級鋼筋強(qiáng)度測定值為210N/mm2，規(guī)定安全系數(shù)在k=1.2～1.4之間，如取k=1.29，則可的拉桿間隔距離為60mm×90mm，拉桿數(shù)量應(yīng)為7×9=63根，拉桿的承重可計(jì)算為63×38.2kN，整體為2406.6kN。具上式可算得架構(gòu)總重為808.52kN。根據(jù)演算，這一數(shù)據(jù)完全滿足結(jié)構(gòu)承重要求。

在三角桁架方面，如圖1所示。

圖1 三角桁架結(jié)構(gòu)示意圖

將桁架峽部承載、抗形變力、自身穩(wěn)定性等都納入到考量的范圍內(nèi)，以桁架整體撓度為計(jì)算對象，將鋼桁架中鋼結(jié)點(diǎn)計(jì)算為為鉸結(jié)點(diǎn)，桁架所受荷載計(jì)算為為均布荷載，取單位長度進(jìn)行計(jì)算，則計(jì)算公式應(yīng)為f=NK×NP×LI/（AI×E）=桁架長度/500。

（3）支柱穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)上述結(jié)論，當(dāng)f=1.286cm時(shí)，支柱滿足穩(wěn)定性需求。如采用3.2m20#的工字立柱，則全部截面積應(yīng)為39.5cm2。同時(shí)根據(jù)立柱安放方案、施工工藝等，立柱應(yīng)為兩端固定，在這一情況下，立柱應(yīng)為小柔度壓桿。

為確定拉桿穩(wěn)定性，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行演算，工程設(shè)計(jì)采用φ20拉桿，由N=Af，據(jù)凈直徑為17.29mm計(jì)算拉桿截面積，測定f為鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值并以按1進(jìn)行計(jì)算，則f=210N/mm2、N=

f=3.14×（17.29mm）2×210N/mm2/4=49.28kNN=49.28/1.3=38.2kN可算得，拉桿間排距應(yīng)設(shè)計(jì)為60mm×60mm，拉桿數(shù)量應(yīng)為16×6= 96根，可適當(dāng)增加。拉桿承重N=96×38.2kN=3667kN；結(jié)構(gòu)總重= 80kN/m2×8.97m×3.36m=2411kN；在N＞1.4=3375kN的情況下，拉桿承載力完全可滿足施工及運(yùn)行要求。

在桁架穩(wěn)定性方面，桁架鋼節(jié)點(diǎn)可轉(zhuǎn)化為均布荷載，按標(biāo)準(zhǔn)單位長度進(jìn)行驗(yàn)算。撓度計(jì)算公式為f=Nkie×NPb×La/（Ai×E）≤[f]=桁架長度/500。將NPb定位由荷載引起的桿件內(nèi)力；Nkie為在撓度最大的結(jié)點(diǎn)處沿?fù)隙确较蚣訂挝涣λ鸬臈U件內(nèi)力，L是桿件的幾何長度和截面面積，A是桿件的截面面積；E為鋼材的彈性模量；[f]代表容許撓度值。內(nèi)力、撓度計(jì)算數(shù)值：f=∑fi= 0.169cm＜1.994cm，桁架在穩(wěn)定性方面完全滿足施工要求。支柱采用工字鋼立柱，截面積為39.5cm2，I=2500cm4，由i=7.96cm，立柱按兩端固定進(jìn)行計(jì)算，可查得為0.5，L=3m，由公式λ=18.84＜100，對于Q325鋼，取E=206GPa，P=200MPa，λ＜λp，則當(dāng)立柱選用小柔度壓桿時(shí)，立柱的穩(wěn)定性達(dá)到最佳[3]。

3 水電站尾水渠吊模施工

本次施工整體機(jī)構(gòu)如圖2。

圖2 常規(guī)水電站施工結(jié)構(gòu)圖

由圖2及本文施工介紹可知，在水電站尾水渠吊模的施工中，主要難度在于保證封頂孔能滿足要求，并協(xié)調(diào)當(dāng)時(shí)的天氣、氣溫等方面的情況。同時(shí)應(yīng)以最大經(jīng)濟(jì)效益為施工目標(biāo)，在最短的時(shí)間內(nèi)完成工程。傳統(tǒng)搭設(shè)腳手架的施工方案具有較多的施工工序，同時(shí)本廠時(shí)間長，各種人力、物力將浪費(fèi)在腳手架的安裝、拆除等方面，所以應(yīng)推廣吊模施工技術(shù)。

首先應(yīng)根據(jù)工程需要及施工要求等進(jìn)行吊模系統(tǒng)構(gòu)件的制作，這一工序可直接由工廠定制完成，具有極高的效率及質(zhì)量保證。從結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和受力性和安裝工序等方面，應(yīng)將桁架設(shè)計(jì)為三角屋架式。

根據(jù)上文中的演算，選材方面桁架上弦桿可選用16號槽鋼，腹桿可選用14號槽鋼，在工廠中一次組合焊制。節(jié)點(diǎn)部位承重明顯，采用δ=2cm的鋼板連接。單榀桁架最大重量為900kg。桁架下部水平方向的承重梁選用20號工字鋼。支撐吊模的立柱采用20號工字鋼。

在高度方面，應(yīng)將施工空間、人員操作、材料運(yùn)輸?shù)纫蛩剡M(jìn)行考量。立柱底部預(yù)埋件采用30×30×2cm鋼板，后帶抓筋φ10圓鋼，將焊制成形的吊模構(gòu)件運(yùn)至施工現(xiàn)場。吊模模板采用δ=2cm厚的木膠板，人工在倉外按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行模板的制作（包括底部圍檁系統(tǒng)的加固），圍檁采用φ48×3.5mm鋼管，拉桿采用φ20圓鋼，間距為60cm×60cm，拉桿與圍檁直接在倉外焊接牢固，拉桿露出模板頂部約30cm，方便下一步模板頂部結(jié)構(gòu)施工，在上部桁架系統(tǒng)完善后，將該拉桿接長至頂部拉桿背帶處。整個(gè)施工工序?yàn)椋侯A(yù)埋件預(yù)埋→模板系統(tǒng)吊裝→封頂鋼筋制安→立柱固定→承重梁安裝→桁架安裝→拉桿固定。

施工時(shí)，可先將立柱固定，澆筑并焊接主要構(gòu)件，然后安裝模板系統(tǒng)，最后進(jìn)行加固。

4 結(jié)語

本文介紹了吊模施工的主要計(jì)算方法、材料的選用及施工整體流程。在實(shí)際的施工中，應(yīng)根據(jù)施工要求、施工地理結(jié)構(gòu)、人員工藝等多方面進(jìn)行合理的安排。本文提供了施工的主要方法與流程，實(shí)際施工可依本文提供的步驟進(jìn)行安排。同時(shí)施工條件各有不同，應(yīng)按照實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。

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2015-11-2

周躍（1983-），男，工程師。