周躍

（安徽海博建設工程有限公司 安徽合肥 230000）

水電站尾水渠吊模施工技術研究

周躍

（安徽海博建設工程有限公司 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)過水輪機后，水流所攜帶的水能為水輪機吸收利用，成為尾水。尾水渠是水電站重要的組成部分，關系到水電站運轉的流暢性。因水流原因，尾水渠的施工往往采用吊模的方式進行施工。因為水電站施工的特殊性，吊模施工技術對尾水渠的質量具有決定性的影響。所以本文對吊模施工技術進行了探討，以提高尾水渠的施工質量。

水電站尾水渠；吊模施工；技術研究

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，可用多種方式進行固定，如止水拉桿擔住等。隨吊模施工技術的發(fā)展，以廣泛應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，同時因水文、河流等原因可能會涉及到不同標高的結構需同時施工，所以，吊模施工較為常見。隨著吊模施工技術在水電站施工中的廣泛應用，越來越成為影響施工質量的關鍵因素，所以需要對這一技術加強研究。

1 水電站尾水渠結構和吊模設計因素

水電站尾水渠吊模的設計需要根據(jù)水電站的局地結構進行，需要收集水電站樞紐長度、壩頂高度、最大壩高、設計蓄水位、發(fā)電機功率、總裝機容量、總庫容方面的情況。只有對上述信息了解詳細，才能根據(jù)各變量設計尾水渠，才能決定尾水渠吊模[1]。樞紐長度、總裝機容量、蓄水位等相互影響，直接關系到尾水渠的設計。為方便計算，表達更為詳盡，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。設計正常蓄水位為2770.0m，水電站安裝3臺軸流轉漿式水輪發(fā)電機，總裝機容量為360MW，總庫容在1540萬m3上下。這一水電站進口擋水壩段設有3臺機組，因水流關系，流道孔設計為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)系板進行連接，有4層。第1層連系板底部高程為EL2733m，進水口胸墻封頂設計最大高度在EL2705～EL2733m之間。水電站3臺機組尾水閘墩部位設有6個出水流道孔，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構計算

（1）進水口吊模分析水電站尾水渠進水口和出水口是尾水渠的關鍵部分，在設計施工過程中要嚴格按照工程結構及《水電水利工程模板施工規(guī)范》等相關文件進行設計與施工。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擴散平均荷載作用于模板上，模板產(chǎn)生彎矩值應計算為 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。同時還應考量混凝土澆筑時的重量單位，混凝土入倉工藝為6m3混凝土吊罐，澆筑過程中會對模板產(chǎn)生的N4= 10kN/m2沖擊力?；炷猎谶M行振搗時，對水平模板會產(chǎn)生混凝土在進行振搗時，對水平模板會產(chǎn)生N5=2.0kN/m2的導震力。所以計算N=40.99kN/m2。

（2）拉桿承載力及三角眼桁架計算

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)量應為7×9=63根，拉桿的承重可計算為63×38.2kN，整體為2406.6kN。具上式可算得架構總重為808.52kN。根據(jù)演算，這一數(shù)據(jù)完全滿足結構承重要求。

在三角桁架方面，如圖1所示。

圖1 三角桁架結構示意圖

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算對象，將鋼桁架中鋼結點計算為為鉸結點，桁架所受荷載計算為為均布荷載，取單位長度進行計算，則計算公式應為f=NK×NP×LI/（AI×E）=桁架長度/500。

（3）支柱穩(wěn)定性計算

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

為確定拉桿穩(wěn)定性，對相關數(shù)據(jù)進行演算，工程設計采用φ20拉桿，由N=Af，據(jù)凈直徑為17.29mm計算拉桿截面積，測定f為鋼筋抗拉強度設計值并以按1進行計算，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，拉桿間排距應設計為60mm×60mm，拉桿數(shù)量應為16×6= 96根，可適當增加。拉桿承重N=96×38.2kN=3667kN；結構總重= 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行要求。

在桁架穩(wěn)定性方面，桁架鋼節(jié)點可轉化為均布荷載，按標準單位長度進行驗算。撓度計算公式為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為在撓度最大的結點處沿撓度方向加單位力所引起的桿件內(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，立柱按兩端固定進行計算，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，則當立柱選用小柔度壓桿時，立柱的穩(wěn)定性達到最佳[3]。

3 水電站尾水渠吊模施工

本次施工整體機構如圖2。

圖2 常規(guī)水電站施工結構圖

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)當時的天氣、氣溫等方面的情況。同時應以最大經(jīng)濟效益為施工目標，在最短的時間內(nèi)完成工程。傳統(tǒng)搭設腳手架的施工方案具有較多的施工工序，同時本廠時間長，各種人力、物力將浪費在腳手架的安裝、拆除等方面，所以應推廣吊模施工技術。

首先應根據(jù)工程需要及施工要求等進行吊模系統(tǒng)構件的制作，這一工序可直接由工廠定制完成，具有極高的效率及質量保證。從結構整體穩(wěn)定性和受力性和安裝工序等方面，應將桁架設計為三角屋架式。

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，應將施工空間、人員操作、材料運輸?shù)纫蛩剡M行考量。立柱底部預埋件采用30×30×2cm鋼板，后帶抓筋φ10圓鋼，將焊制成形的吊模構件運至施工現(xiàn)場。吊模模板采用δ=2cm厚的木膠板，人工在倉外按設計尺寸進行模板的制作（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構施工，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。整個施工工序為：預埋件預埋→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，可先將立柱固定，澆筑并焊接主要構件，然后安裝模板系統(tǒng)，最后進行加固。

4 結語

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

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周躍（1983-），男，工程師。