張 朝，劉建軍

（中國(guó)水利水電第七工程局機(jī)電安裝分局，四川 彭山 620860）

猴子巖水電站廠房頂棚結(jié)構(gòu)施工方案優(yōu)化

張 朝，劉建軍

（中國(guó)水利水電第七工程局機(jī)電安裝分局，四川 彭山 620860）

大渡河猴子巖水電站主副廠房及安裝間頂棚結(jié)構(gòu)采用δ=1.6mm及4mm厚度的鍍鋅壓型鋼模板。論述了頂棚結(jié)構(gòu)制安工作的特點(diǎn)和施工順序，對(duì)比了利用廠房永久橋機(jī)平臺(tái)和搭設(shè)臨時(shí)鋼模施工平臺(tái)兩種施工方案，并介紹了搭設(shè)臨時(shí)鋼模施工平臺(tái)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，分析了優(yōu)化后方案的經(jīng)濟(jì)效益和實(shí)施效果。

頂棚結(jié)構(gòu)；鍍鋅壓型鋼模板；方案優(yōu)化；猴子巖水電站

1 概述

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整推薦22級(jí)開(kāi)發(fā)方案的第9個(gè)梯級(jí)電站，上游為丹巴水電站，下游為長(zhǎng)河壩水電站。從丹巴縣城～瓦斯溝口沿河右岸有省道211公路通過(guò)，并在壩址下游65km處的瓦斯溝口與國(guó)道318線相接。壩址距上游丹巴縣城約47km，距下游瀘定縣城約89km，距成都市約402km。

猴子巖水電站地下洞室主廠房頂拱采用輕型復(fù)合板梁（簡(jiǎn)稱肋拱）吊頂，該肋拱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)，由拱板、肋梁、拱梁3部分組成。拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土一起組成復(fù)合拱板；肋梁擔(dān)負(fù)次梁作用，與拱板一起整體澆注，兩端與拱梁連接；拱梁作為主要承載結(jié)構(gòu)，橫跨主廠房，兩端支承在巖錨梁上。肋拱為輕型結(jié)構(gòu)，自重不大，主要考慮混凝土澆筑施工、通風(fēng)設(shè)備安裝和檢修等荷載。

主廠房肋拱吊頂凈跨27.8m，拱梁內(nèi)半徑為20.0 509m，肋拱拱頂高程1 727.75m，拱腳高程為1 721.60m，縱向總長(zhǎng)為196.50m，拱梁數(shù)量為47榀。肋拱分上、下兩層澆筑，即先澆筑拱梁，后澆筑肋梁和板。拱梁斷面尺寸為400mm×450mm（寬×高），兩端與巖錨梁以上柱柱頂連接；其上部肋梁和拱板整體澆注，拱板厚65mm，肋梁為梯形結(jié)構(gòu)，高為190+65（拱板）mm。

2 施工特點(diǎn)

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖要求，廠房吊頂主要為4mm和1.6mm厚的鍍鋅樓承板組成，根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算，4mm拱梁結(jié)構(gòu)無(wú)法承受混凝土澆筑時(shí)（未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)）的荷載，需在澆筑混凝土?xí)r進(jìn)行加固；

（2）廠房吊頂共47榀拱梁，在拱梁澆筑完成后等強(qiáng)3～7d，拆除支撐用外模板，混凝土自身強(qiáng)度加上4mm厚拱梁永久壓型板承受荷載，可以滿足要求；

（3）吊頂與廠房下部混凝土澆筑及機(jī)電安裝上下交叉施工，且吊頂為高空作業(yè)，施工安全問(wèn)題突出，如何確保施工安全是吊頂混凝土施工的重點(diǎn)；

（4）廠房吊頂施工時(shí)，正值廠房下部混凝土澆筑及機(jī)電安裝施工，吊頂施工移動(dòng)平臺(tái)與廠房永久橋機(jī)運(yùn)行發(fā)生干擾，需做好與機(jī)電安裝的協(xié)調(diào)工作。

3 施工順序

廠房及安裝間吊頂為現(xiàn)澆鋼筋混凝土疊合結(jié)構(gòu)，由拱板、肋梁、拱梁3部分組成。拱板下緣為鍍鋅壓型鋼模板，與上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土板一起組成復(fù)合拱板；肋梁擔(dān)負(fù)次梁作用，與拱板一起整體澆注，兩端與拱梁連接；拱梁作為主要承載結(jié)構(gòu)，橫跨主廠房，兩端支承在巖錨梁以上柱柱頂。

鋼模吊頂施工程序?yàn)椋喉斉锝Y(jié)構(gòu)件制作 施工平臺(tái)就位 外支撐安裝 4mm厚拱梁鍍鋅壓型鋼模板安裝 1.6mm厚肋梁和面板鍍鋅壓型板安裝（達(dá)到頂棚封閉條件） 鋼筋混凝土施工 外支撐拆除。

4 頂棚結(jié)構(gòu)件制作

為減少現(xiàn)場(chǎng)制作，保證工件制作質(zhì)量，本工程所有部件均在工廠預(yù)制，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，分批次運(yùn)輸進(jìn)場(chǎng)。

制作需滿足規(guī)范及圖紙要求，鍍鋅件的厚度及外觀等應(yīng)符合要求。

5 鋼模施工平臺(tái)方案設(shè)計(jì)及分析

5.1 廠房永久橋機(jī)施工平臺(tái)方案

在廠房現(xiàn)有永久橋機(jī)上使用腳手架搭設(shè)吊頂施工平臺(tái)，為保證安全、便于施工且不影響橋機(jī)的行走，結(jié)合橋機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在橋機(jī)的小車上部搭設(shè)腳手架施工平臺(tái)，利用橋機(jī)的移動(dòng)進(jìn)行鋼模吊頂拱梁的施工。

分析：①根據(jù)橋機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，平臺(tái)搭設(shè)后，橋機(jī)上的小車將無(wú)法使用；②橋機(jī)為猴子巖水電站永久機(jī)電設(shè)備，頻繁使用以及施工過(guò)程中可能會(huì)對(duì)橋機(jī)造成損壞；③機(jī)電設(shè)備已開(kāi)始安裝，橋機(jī)使用將會(huì)頻繁，不利于工程整體進(jìn)度。

5.2 自制鋼模施工平臺(tái)方案

鋼模施工平臺(tái)（即自制平臺(tái)車）的行走系統(tǒng)由專業(yè)廠家設(shè)計(jì)和制作。施工平臺(tái)設(shè)置在行走施工平臺(tái)上部，與主廠房橋機(jī)使用同一軌道（軌頂高程EL1 716.60m），采用自行走系統(tǒng)行走，兩端參照橋機(jī)防撞滑線觸頭安裝防撞裝置。

施工平臺(tái)設(shè)計(jì)承受最大荷載為10t（不考慮平臺(tái)自重），平臺(tái)沿廠房縱軸線方向?qū)挾葹?.0m。吊頂平臺(tái)頂部距離吊頂中線最高點(diǎn)為3.6m（平臺(tái)高程為EL1 723.6m）。吊頂施工平臺(tái)設(shè)置3t卷?yè)P(yáng)機(jī)1臺(tái)，可從安裝間底板（EL1 700.6m高程）將拱梁模板及鍍鋅樓承板吊裝至施工平臺(tái)上；施工平臺(tái)上另配置垂直升降機(jī)2臺(tái)，進(jìn)行拱梁鍍鋅壓型鋼模板安裝施工。

分析：①使用自制鋼模施工平臺(tái)可減少對(duì)廠房永久橋機(jī)的使用壓力（僅在最后幾榀拱梁結(jié)構(gòu)因橋機(jī)占位自制平臺(tái)無(wú)法到達(dá)時(shí)才使用橋機(jī)）；②減輕對(duì)永久橋機(jī)的損壞；③在自制施工平臺(tái)施工過(guò)程中，永久橋機(jī)仍可正常進(jìn)行機(jī)電設(shè)備等的吊裝工作，有利于整個(gè)工程施工。

綜上兩種施工平臺(tái)方案分析，采用廠房永久橋機(jī)作為施工平臺(tái)顯然不利于施工，所以采用自制施工平臺(tái)用于本工程頂棚結(jié)構(gòu)施工（見(jiàn)圖1）。

圖1 廠房及安裝間頂棚結(jié)構(gòu)制安施工平臺(tái)

6 拱梁外支撐方案設(shè)計(jì)及分析

根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)4mm鍍鋅樓承板無(wú)法承受混凝土施工過(guò)程中未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前混凝土自重，因此需增加外支撐進(jìn)行加固，以保證混凝土施工安全和頂棚結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)分析可知，拱腳處4mm鍍鋅樓承板內(nèi)力最大，但設(shè)計(jì)已在其與巖錨梁以上柱連接部位增加加腋鋼板補(bǔ)強(qiáng)。故選取內(nèi)力第二大處（拱梁拱頂）4mm厚鍍鋅樓承板下邊緣一點(diǎn)為研究對(duì)象，此點(diǎn)在彎矩作用下受壓，在整個(gè)弧形樓承板內(nèi)壓力作用下受壓，若此點(diǎn)強(qiáng)度滿足要求，則整個(gè)鍍鋅樓承板強(qiáng)度均滿足要求。

6.1 施工平臺(tái)上部搭設(shè)腳手架支撐施工（方案A）

考慮在施工平臺(tái)上部搭設(shè)滿堂紅腳手架作為吊頂拱梁外支撐，一方面由于腳手架支撐從拱梁安裝到完成時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致行走施工平臺(tái)運(yùn)行受到很大的限制；另一方面，采用腳手架施工一次只能施工1根拱梁，施工進(jìn)度緩慢，施工工效低，每榀安裝完成后需等強(qiáng)約3～7d；

若按此方案進(jìn)行施工，則腳手架搭設(shè)3d，每榀安裝2d，澆筑等強(qiáng)3d，腳手架拆除/調(diào)整1d，則每榀需占直線工期：3+2+3+1=9d，47榀拱梁僅安裝時(shí)間長(zhǎng)達(dá)423d；肋梁按照每榀3d計(jì)算，42榀肋梁共需工期：3×42=126d；兩項(xiàng)合計(jì)423+126=549d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足施工進(jìn)度需求。

因此，不宜采用在施工平臺(tái)上面搭設(shè)拱梁外支撐腳手架的施工方案。

6.2 增加拱梁外支撐模板（方案B）

更可惡的是，“新版”《經(jīng)翼》中收錄王應(yīng)麟的《困學(xué)紀(jì)聞》中的論詩(shī)之語(yǔ)，并將書(shū)名篡改為《困學(xué)紀(jì)詩(shī)》，又收集了《玉海》中詩(shī)類一門，將書(shū)名篡改為《玉海紀(jì)詩(shī)》；還收錄了張華的《博物志》等三種小說(shuō)家言，收錄了《禽經(jīng)》《獸經(jīng)》《鼠璞》，根本與史學(xué)沒(méi)有任何關(guān)系。如此之類，不可枚舉。《黃記》校元本《宋提刑洗冤錄》中說(shuō)：“明人喜刻書(shū)而又不肯守其舊，故所刻往往戾于古。即如此書(shū)，能翻刻之，可謂善矣，而必欲改其卷第，添設(shè)條目，何耶？”

6.2.1 拱梁外支撐模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)技術(shù)要求并參照相關(guān)水電站吊頂施工經(jīng)驗(yàn)，采用在鍍鋅拱梁外部增加型鋼加固模板支撐。型鋼模板根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定后在加工廠加工完成再運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝。拱梁安裝完成后，可單獨(dú)承受上部施工荷載，而后行走施工平臺(tái)可隨意移動(dòng)以滿足下部施工需要，可滿足吊頂和下部混凝土及機(jī)電相互穿插施工的要求，施工干擾大大降低。

根據(jù)拱梁尺寸、上部肋板尺寸采用8mm鋼板焊接成槽型的定型模板，型鋼截面尺寸選擇430mm×448mm（寬×高），單榀拱梁凈重2.97t，由8節(jié)型鋼模板拼裝而成：端頭2節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為1.75m，重量165.66kg，中間4節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為4.294m，重量406.26kg，頂拱中部2節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為5.367m，重量507.78kg。相鄰兩節(jié)之間采用10.9s級(jí)高強(qiáng)螺栓連接。在8根吊頂錨桿相對(duì)應(yīng)的型鋼模板底部開(kāi)孔，將吊頂錨桿自由穿過(guò)，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊吊頂拱梁支撐模板示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 吊頂拱梁支撐模板示意圖

（1）8mm厚拱梁型鋼外支撐結(jié)構(gòu)計(jì)算。加固型鋼模板外支撐受力分析：型鋼拱梁模板開(kāi)始單獨(dú)承受上部施工荷載；當(dāng)上部施工荷載增加到一定程度后，型鋼模板出現(xiàn)輕微向下變形，錨桿和型鋼模板共同承擔(dān)上部施工荷載；最后當(dāng)荷載增加至吊頂錨桿被破壞后，型鋼模板將單獨(dú)承受上部施工荷載，直至加固型鋼模板被破壞。

（2）吊頂?28錨桿總體能承受的極限荷載為：N=n×σ×S=8×215×3.14×142=10.58×105N> 吊頂上部總體施工荷載2.456×105N故拱梁施工期間將一直處于錨桿和型鋼模板共同承擔(dān)上部施工荷載的受力狀態(tài)，型鋼模板整體受力穩(wěn)定[1，2]。

（3）型鋼模板局部受力分析。若兩根吊頂錨桿之間的型鋼模板強(qiáng)度滿足施工要求，則型鋼模板局部受力穩(wěn)定。型鋼模板局部受力可簡(jiǎn)化為如下模型，見(jiàn)圖3。

圖3中3.347m為兩根吊頂錨桿間的最遠(yuǎn)距離，將槽型鋼模板視為倒立放置的槽鋼。

經(jīng)計(jì)算，采用8mm厚型鋼外模板可以滿足混凝土澆筑荷載要求。

圖3 型鋼模板局部受力模型

6.2.2 拱梁8mm槽型定型鋼模板施工

廠房吊頂拱梁采用8mm鋼板焊接成槽型的定型模板，截面尺寸選擇430mm×448mm（寬×高），單榀拱梁凈重2.97t，由8節(jié)型鋼模板拼裝而成：端頭2節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為1.75m，重量165.66kg，中間4節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為4.294m，重量406.26kg，頂拱中部2節(jié)單節(jié)長(zhǎng)度為5.367m，重量507.78kg。在8根吊頂錨桿相對(duì)應(yīng)的型鋼模板底部開(kāi)孔，將吊頂錨桿自由穿過(guò)，在拱梁模板外部使用雙螺母擰緊。

增加8榀外支撐模板后可進(jìn)行連續(xù)施工，每4榀頂棚結(jié)構(gòu)拱梁安裝完成后可移交土建進(jìn)行混凝土澆筑、等強(qiáng)；并依此進(jìn)行另外4榀頂棚拱梁結(jié)構(gòu)安裝，互不干擾，每榀拱梁安裝僅需6d，拱梁安裝僅需282d，肋梁安裝需126d，工期合計(jì)：408d。

結(jié)合上述兩種方案綜合分析，方案B能夠在保證施工安全的前提下，滿足連續(xù)施工的要求，此外8mm厚型鋼外模板可重復(fù)使用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，最終選用增加拱梁外支撐加固模板方案。

7 實(shí)施效果及評(píng)價(jià)分析

實(shí)施效果：采用新方案后，頂棚結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝從2014年09月01日開(kāi)始，至2015年09月15日全部完成鍍鋅壓型鋼模板，2015年10月底完成剩余鋼筋混凝土施工，期間未發(fā)生安全事故，施工整體質(zhì)量、進(jìn)度可控可靠。

實(shí)施效果評(píng)價(jià)：

（1）減少滿堂紅腳手架搭設(shè)：27.8m×196m=5 448.8m2；

（2）減少橋機(jī)使用臺(tái)班：549臺(tái)班；

（3）新增施工平臺(tái)制安及拆除：30t；

（4）新增外模板制安及拆除：6.1t×8套=48.8t；

（5）工期：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施期間為2014年09月01日～2015年09月15日，施工過(guò)程中受交叉施工及其他施工干擾如春節(jié)、橋機(jī)負(fù)荷試驗(yàn)等影響約60d，實(shí)際施工工期為320d，較原計(jì)劃縮減了549-320=229d，較優(yōu)化后的計(jì)劃工期縮減408-320=88d（主要為技工經(jīng)過(guò)一兩個(gè)月的摸索，逐漸變?yōu)槭炀毠ぃ试黾樱?/p>

（6）減少人工使用：229×10=2 290工日。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)猴子巖水電站頂棚結(jié)構(gòu)施工方案的優(yōu)化，極大地降低了高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)，有效解決了機(jī)電施工與頂棚安裝的交叉及施工干擾；既解決了頂棚結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)難題，又縮短了安裝工期，降低了施工成本，達(dá)到了預(yù)期目的。希望通過(guò)該項(xiàng)目?jī)?yōu)化的成功實(shí)施，對(duì)今后類似工程提供可靠經(jīng)驗(yàn)和有效幫助。

[1]GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]GB50755-2012，鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Optimization of powerhouse ceiling construction scheme for Houziyan Hydropower Station

ZHANG Chao，LIU Jian-jun
（Mechanical&Electrical Erection Corporation of SINOHYDRO Bureau 7 CO.，LTD，Pengshan 620860，China）

Houziyan Hydropower Station is located on Dadu River.The ceiling structure of its main and auxiliary powerhouse as well as erection bay is designed with galvanized pressed steel formwork of 1.6mm-or 4mm-thick.An introduction was made on the features of ceiling fabrication and erection as well as on the construction proce?dure.Two construction platform schemes were compared，one is temporary steel formwork platform and another is permanent bridge crane platform.The authors also present the optimization of temporary steel platform scheme，and analyze the economic benefits from optimization and implementation effects.

Ceiling structure；galvanized pressed steel formwork；optimization of scheme；Houziyan Hydropower Station

TV731

B

1003-1510（2016）05-0059-04

2016-07-04

張 朝（1982-）男，河南長(zhǎng)葛人，中國(guó)水利水電第七工程局機(jī)電安裝分局，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)、質(zhì)量管理工作。