王建慧

(中國(guó)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(qū)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(tái)60MW機(jī)組，總?cè)萘?40MW。廠房長(zhǎng)度為60.5m，安裝間長(zhǎng)度為21.6m，共計(jì)82.1m，主機(jī)間寬度為18.7m。

1.2 排架柱及軌道梁

發(fā)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(tái)9.87m)，排架柱頂高EL773.03m，高度18m。

吊車梁采用預(yù)制結(jié)構(gòu)，高1.6m，底寬0.6m，為不等邊梯形梁，共計(jì)24根，最短長(zhǎng)度為5.48m，最長(zhǎng)長(zhǎng)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(xiàn)場(chǎng)情況

吊裝配備一臺(tái)STC800汽車吊，最大起重量80t；主廠房上游為副廠房，右側(cè)為河道，上游副廠房要同時(shí)進(jìn)行混凝土施工，現(xiàn)場(chǎng)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(shè)梁支撐系統(tǒng)及運(yùn)輸軌道，在運(yùn)輸軌道上布置運(yùn)輸臺(tái)車、牽引和就位系統(tǒng)；吊車將軌道梁吊至右側(cè)端頭的軌道運(yùn)輸臺(tái)車上，牽引就位，后退法逐根頂推到位[1]。

3 預(yù)制梁吊裝方法

3.1 吊裝位置

布置在主機(jī)間右岸側(cè)EL746.1河道擋墻內(nèi)側(cè)平臺(tái)上。

吊車吊距8.5m，吊高28.2m，最大吊重30t?；剞D(zhuǎn)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(jī)間上、下游梁吊裝位置圖如圖1所示。

圖1 主機(jī)間上、下游梁吊裝位置圖

3.2 吊裝準(zhǔn)備

3.2.1 吊索布置

每榀梁都布置有四個(gè)吊耳，吊耳位于梁兩端1/4處，采用4點(diǎn)起吊，為便于調(diào)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(huán)連接。

3.2.2 卡環(huán)、繩卡

卡環(huán)采用20t卡環(huán)，配套繩卡，繩卡采用6個(gè)，間距250mm。

3.2.3 頂推平臺(tái)搭設(shè)

排架柱間安裝2根Q235I32a工字鋼預(yù)制梁支撐滑移平臺(tái)，工字鋼支撐梁中點(diǎn)位置設(shè)置I20工字鋼立柱作為支撐，工字鋼支撐梁?jiǎn)为?dú)受預(yù)制梁安裝荷載。在工字鋼支撐上焊接固定[10槽鋼作為預(yù)制梁滑移軌道，使用軌道輪加工負(fù)載小車放置于軌道負(fù)荷預(yù)制梁滑移，按順序?qū)㈩A(yù)制梁吊裝至平臺(tái)后，軌道梁自右向左側(cè)推進(jìn)，后退就位。

3.3 起吊計(jì)算

1)起重高度驗(yàn)算：

根據(jù)《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》，起重吊裝作業(yè)時(shí)吊車的起升高度H應(yīng)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(jī)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(gòu)件吊起后底面至綁扎點(diǎn)的距離；m；h4為索具高度，m。

廠房橋機(jī)預(yù)制梁吊裝作業(yè)中：

安裝間預(yù)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(zhǎng)梁)。

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

主機(jī)間預(yù)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(zhǎng)梁)。

h1+h2+h3+h4=23.77m。故主機(jī)間吊裝吊車起重高度應(yīng)滿足H≥23.77m。

2)工作半徑計(jì)算：

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

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

3.4 平臺(tái)布置

根據(jù)吊車梁架設(shè)牛腿與底部支撐平臺(tái)的高度情況，結(jié)合吊車梁吊放平臺(tái)在落梁、調(diào)整滾動(dòng)滑移位置時(shí)的瞬間穩(wěn)定性，利用安裝間平臺(tái)和排架柱搭設(shè)腳手架支撐系統(tǒng)，在其支撐系統(tǒng)上部設(shè)計(jì)滾動(dòng)滑移平臺(tái)。該區(qū)域的滑移平臺(tái)支撐系統(tǒng)采用型鋼結(jié)構(gòu)。

3.4.1 支撐梁設(shè)計(jì)

牛腿結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)，在牛腿凈跨側(cè)埋設(shè)長(zhǎng)×寬×厚=400mm×200mm×20mm鋼板，作為平臺(tái)支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)焊接區(qū)。

在兩個(gè)牛腿內(nèi)預(yù)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(jié)構(gòu)，作為支撐平臺(tái)。

3.4.2 支撐梁計(jì)算

預(yù)制梁使用頂推法吊裝時(shí)，在排架柱間安裝2根Q235I32a工字鋼作為預(yù)制梁支撐滑移平臺(tái)，工字鋼中點(diǎn)位置設(shè)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(xù)梁，其受力主要為預(yù)制梁安裝時(shí)的由軌道傳遞的集中荷載，頂推滑移時(shí)滾輪位于梁體兩端端頭位置，對(duì)支撐梁受力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)取兩種極限不利受力狀態(tài)：①頂推段中部最重梁體(28.5T)經(jīng)過(guò)最長(zhǎng)支撐梁(梁長(zhǎng)6590mm)時(shí)支撐梁受單個(gè)集中荷載；②左端最重梁體(23.4T)經(jīng)過(guò)最長(zhǎng)支撐梁(梁長(zhǎng)6590mm)時(shí)支撐梁受兩個(gè)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(yīng)力235MPa，設(shè)工字鋼許用值[σ]=157MPa(留安全系數(shù)1.5)，允許彎矩[M]=118KN·m。

工字鋼支撐梁簡(jiǎn)化為雙等跨連續(xù)梁，預(yù)制梁頂推安裝時(shí)梁體頂端處通過(guò)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(jīng)過(guò)右段最長(zhǎng)支撐梁(梁長(zhǎng)6950mm)時(shí)支撐梁受單個(gè)集中荷載，支撐梁受力計(jì)算：

單根工字鋼承受荷載F=285/4=71.25KN,

跨內(nèi)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(jīng)過(guò)最長(zhǎng)支撐梁(梁長(zhǎng)6590mm)時(shí)支撐梁受兩個(gè)集中荷載(取荷載位于梁中位置計(jì)算)，支撐梁受力計(jì)算：

單根工字鋼支撐梁承受兩個(gè)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(nèi)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(jīng)計(jì)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(jì)算)：

立柱高：h=764.97-755.1-0.3-0.15=9.42m

立柱截面：20mm工字鋼計(jì)算：截面尺寸200mm×100mm×6mm

立柱設(shè)計(jì)內(nèi)力：N=80.44kN；

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

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，立柱應(yīng)力σ=N/An=30N/mm2

立柱平面穩(wěn)定驗(yàn)算：立柱長(zhǎng)細(xì)比λ=μh/ix=114<150。

經(jīng)驗(yàn)算，型鋼立柱滿足要求。

3.5 梁移動(dòng)平臺(tái)及軌道

1)運(yùn)輸軌道：

在工字鋼上部左右側(cè)各布置一根10#槽鋼，作為平臺(tái)運(yùn)輸軌道，車輪布置在槽鋼內(nèi)，防止運(yùn)輸中梁出現(xiàn)偏移，槽鋼固定到工字鋼梁上。

2)運(yùn)輸平臺(tái)：

采用礦車輪及軸承加工運(yùn)輸平臺(tái)，平臺(tái)寬度70cm，底部前后各布置1對(duì)轉(zhuǎn)輪，梁放置在平臺(tái)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(jī)間右端墻與河道擋墻內(nèi)，吊車將梁吊至右側(cè)梁處，放置在運(yùn)輸平臺(tái)上，然后運(yùn)輸平臺(tái)向安裝間方向推進(jìn)，頂推就位。為保證梁體能緩慢平穩(wěn)前移，主機(jī)間梁采用4個(gè)3t手動(dòng)葫蘆牽引。

3.7 就位

梁頂推到位后，利用4個(gè)10t-20T機(jī)械千斤頂從梁體兩側(cè)工字鋼位置同時(shí)頂升1-2cm，抽出梁體底部的行走輪，緩慢落至設(shè)計(jì)位置，然后同牛腿預(yù)埋板臨時(shí)固定。調(diào)整好梁的中心線及高程后，同預(yù)埋板焊接牢固。

3.8 施工平臺(tái)搭設(shè)

在預(yù)制梁外側(cè)搭設(shè)安裝人工操作平臺(tái)，上下通道使用原排架柱施工腳手架平臺(tái)，主要由原主機(jī)間排架柱澆筑腳手架承重。

3.9 吊裝施工

預(yù)制梁頂推到位后，利用4個(gè)10t-20T機(jī)械千斤頂從梁體兩側(cè)預(yù)埋槽鋼位置同時(shí)頂升1-2cm，抽出梁體底部的行走輪及軌道，緩慢落至設(shè)計(jì)位置，進(jìn)行焊接臨時(shí)固定。

等所有梁體在設(shè)計(jì)位置臨時(shí)固定完成后，安裝永久結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊車梁結(jié)構(gòu)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(yīng)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(tǒng)安裝到就位共計(jì)9d，下游吊裝及就位共計(jì)7d，采用軌道運(yùn)輸，安全可靠，效率高。

5 總 結(jié)

水電站廠房周邊空間一般都比較狹小，采用預(yù)制結(jié)構(gòu)的混凝土吊車梁跨度長(zhǎng)，重量大，受到場(chǎng)地、地形、設(shè)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(shù)難度；能直接吊裝時(shí)，也往往需要大噸位吊車，現(xiàn)場(chǎng)往往也不具備?！绊斖品ā钡跹b技術(shù)是一種可靠、安全、成本較低的吊裝技術(shù)，解決了在狹小空間大跨度預(yù)制混凝土吊車梁的吊裝難題，具有普遍應(yīng)用性，在類似工程中可以廣泛應(yīng)用。