云南大理小湾水电站坝顶门机预应力大梁施工技术

刘红德

（中国水利水电第四工程局有限公司，云南 昆明）

1 工程概述

1.1 工程简介

小湾水电站位于云南省大理州南涧县与临沧市凤庆县交界的澜沧江中游河段，大坝坝顶共设5个溢流表孔，每孔进口处布置2 根预制轨道大梁，单梁重约60.4 t。 预制轨道梁为预应力钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C50，梁内布置8 根主受力锚索和1 根张拉平衡锚索。 由于门机轨道大梁内部钢筋及埋件密集，因此在施工中保证混凝土振捣密实及外观质量符合设计标准是施工重点。 由于门机轨道大梁较重，本工程采用自制提梁门架进行抬吊，而保证提梁门架安装及运行安全是施工难点。

1.2 施工流程

本工程的施工流程是： 门机轨道梁支撑系统、锚索管及其他埋件、钢筋、模板安装及验收→仓号冲洗、 验收→混凝土浇筑→混凝土等强→锚索张拉、灌浆及封锚→提梁门架安装、 验收→轨道梁起吊，底模及施工平台拆除→轨道梁吊装就位。

2 门机大梁预制

2.1 支撑平台搭设

在交通桥梁安装就位后，对坝顶门机轨道梁进行原位预制吊装。 预制支撑平台搭设在交通桥梁上方，其具体形式如图1 所示。

2.2 支撑平台设计

坝顶门机轨道大梁荷载由横跨在交通桥梁间的[20a 槽钢承担，[20a 槽钢的布置间距根据门机轨道梁自重、施工荷载等确定。

图1 支撑平台搭设示意图Fig.1 Erection of supporting platform

1）[20a 槽钢梁的抗弯承载力计算[1]。

[20a 槽钢梁的抗弯承载力计算式为

式中：Mu为[20a 槽钢梁的抗弯承载力，kN·m；Wx为弯曲截面系数，cm3，查表[2]得Wx=178cm3；[σ]为弯曲许用应力，N/mm2，查表得[σ]=170N/mm2。

经计算，Mu=30.3 kN·m。

2）单位长预制轨道梁对下方[20a 槽钢梁产生的弯矩[3]。

（1）荷载取值。 坝顶门机轨道梁自重G1为44.6 kN，模板及支撑系统自重G2为6 kN，施工人员及设备自重G3为4.08 kN，振捣荷载G4为6.12 kN，下料冲击荷载G5为4.08 kN。

（2）荷载组合。 指门机轨道梁浇筑时的荷载组合，其值F=1.2×(44.6+6)+1.4×(4.08+4.08+6.12)=80.7 kN。

（3）弯矩计算。 槽钢梁荷载分布情况如图2 所示。由图2 可知，单位长坝顶门机轨道梁对其下[20a槽钢梁产生的弯矩计算式为

图2 [20a槽钢梁受力图（单位：mm）Fig.2 20a steel channel beam force diagram (Unit: mm)

（5）[20a 槽钢梁的跨中挠度验算。 本支撑平台设计槽钢梁间距为500 mm，则每根[20a 槽钢梁跨中均布荷载q=115/(1/0.5)=57.5 kN/m，所以，

2.3 模板配置、支撑及加固

（1）门机轨道大梁模板主要采用厚1.8 cm 的覆膜木胶合板，底模肋带采用80 mm×100 mm 方木，侧模肋带采用50 mm×80 mm 的方木，两端堵头模板采用厚2.5 cm 的木板。

（2）模板支撑采用钢托架，托架由∠50×5 mm 的角钢制作，制作尺寸允许偏差为±2 mm。各构件间通过焊接连接，焊缝高度不小于4 mm。

2.4 钢筋、埋件制作安装

2.4.1 钢筋制作安装

钢筋按照设计图纸在后方下料加工完成后,用载重汽车运至施工面。 钢筋安装保护层厚度、安装偏差应满足设计要求，钢筋接头、锚固长度满足小湾电站现行 《拱坝混凝土施工技术要求》（第B 版）（XW.TJ17B-2007）中的相关规定。

图3 模板支撑配置示意图（单位：mm）Fig.3 Template support configuration (Unit: mm)

2.4.2 埋件制作安装

门机轨道梁埋件主要包括两端底部底座、梁系间连接预埋钢板、φ80 波纹管及吊环。 要求所有埋件严格按照设计图纸下料制作，波纹管加固牢靠，混凝土浇筑时由专人看护，避免浇筑时移位。

2.5 混凝土输送方案

2.5.1 混凝土拌制与运输

门机轨道预制梁混凝土由左岸的拌和系统供料，水平运输采用自卸车，垂直运输由缆机吊运至料斗中，然后通过人工铲料入仓。

2.5.2 混凝土浇筑、收面及养护

预制轨道梁混凝土强度等级为C50，级配为Ⅰ级配和Ⅱ级配。 浇筑时，从两端向中间平铺进行，坯层厚度按30cm 控制。

混凝土入仓后，主要采用φ50 型软轴振捣器振捣。 在模板周边、下料点接茬处、埋件及钢筋密集处，适当延长振捣时间。 在大梁腹板断面有凹进段，当用φ50 型软轴振捣器无法伸入振捣时，须用φ80振捣器在侧模外侧辅助振捣。

浇筑前，在仓内四周模板上标注收仓线。 收面时，严格按收仓线收面，并要求收面光滑、平整。 拆模后，对混凝土表面及时进行洒水养护，并覆盖湿麻袋片，以便养护期间保持混凝土表面始终处于湿润状态。 混凝土洒水养护时间为14 d。

3 锚索施工

在单根门机轨道梁中，布置了9 根预应力锚索，其中主受力锚索8 根，每根由10 股7φ5 的高强度低松弛粘结钢绞线组成，设计张拉力为1 700 kN；张拉平衡锚索1 根，由6 股7A5 的高强度低松弛粘结型钢绞线组成，设计张拉力为1 000 kN。 锚索采用后张法施工，先在大梁内预埋波纹管，混凝土达到设计强度的90%后，穿索张拉（直线型锚索采用一端张拉，曲线型锚索采用两端张拉）。

3.1 施工程序

锚索的施工程序为： 预埋波纹管→混凝土浇筑→清洗预埋管道→（材料进场检验、 验收→锚束制作→锚束验收）下索→张拉→锁定→锚索锁定荷载检查→合格后灌浆→验收→封锚

3.2 锚索安装

锚索制作完成并经验收合格后，待混凝土达到设计强度的90%以上，在预留孔中穿入锚索，依次安装工作锚具、工作夹片和限位板等，做张拉前准备。

3.3 锚索张拉

锚索张拉均采用超张拉持荷稳压、超载安装的施工方法，超张力系数为1.05。 本轨道梁锚索采用整体张拉，在整体张拉前，须对单股钢绞线进行预紧。 单股钢绞线预紧程序为：安装预紧千斤顶→0→30 kN/股停留5 min→测量钢绞线伸长值→卸千斤顶→将千斤顶安装在另一根钢绞线上→重复施工。整束分级张拉程序为：安装整体张拉千斤顶→加载至预紧荷载（稳压5min）→50%P（稳压5min）→105%P→稳压10min 锁定。

在进行本轨道梁锚索张拉时，应注意以下事项：（1）张拉各级稳压前后，均应量测钢绞线的伸长值和回缩值。 实测伸长值与理论伸长值相差不得超过±6%，否则应停止张拉，待查明原因并采取措施后，方可恢复张拉。 （2）加载、卸荷速率应保持平稳。张拉时，升荷速率按1min 不超过设计张拉力的10%控制，卸荷速率按1min 不超过设计张拉力的20%控制。

3.4 灌浆及封锚

锚索张拉锚固全部完成后，进行锚索孔灌浆。 灌浆施工在锚索张拉完成后3 d 内完成。 锚索灌浆浆液强度等级为M50，浆液水灰比为0.4。 直线型锚索从锚索孔的一端进浆，从另一端排气回浆；曲线型锚索从最低处设置的进浆管进浆，从锚索两端排气回浆管排气回浆。

4 门机大梁吊装

坝顶单根门机轨道梁自重60.4 t，单台缆机无法起吊，若配置平衡梁进行抬吊，平衡梁重约5 t，总重为65.4 t，已超出两台30 t 缆机额定起吊荷载之和。另外，因场地限制，大型吊车无法进入施工现场进行吊装作业。 鉴于此，项目部采用两台自制提梁门架进行提梁吊装，单台提梁门架设计整机自重为12.9 t（包括卷扬设备），起重容量不小于40 t，起升扬程为3.34 m，提升速度约0.9 m/min，门架跨距为3.25×4 m，高度约8 m。 在门机轨道梁锚索张拉施工等龄期间，在单根轨道梁两端吊点部位，拼装提梁门架并安装就位，提梁门机支脚处垫8 mm 厚扁铁。 门机结构布置图及安装位置详见图4。

提梁门架安装调整完成后，待大梁锚索施工项目全部完成，并对大梁进行表面缺陷检查和处理完之后，对大梁进行吊装。 起吊前，先排查预制梁底板是否存在焊接或绑扎的部位，再通过联动装置，同时启动梁两端提梁门架的卷扬机，将梁提起约40 cm时固定。 然后，迅速将底模及支撑施工平台拆除，对承梁部位进行清理，给支座接触面及齿板涂抹黄油，最后将预制梁缓缓下放至承梁平台上。 下放过程中，须对大梁进行微调，以保证下放位置准确。 大梁安装施工应在白天进行，以确保施工安全顺利进行。

坝顶门机轨道预制梁吊装调整完成后，根据设计图纸要求，采用12 mm 厚钢板在预制梁隔板部位将相邻的梁焊接起来，进行加固，确保门机大梁和交通桥梁连接成整体。

图4 门机轨道预应力大梁吊装Fig.4 Portal crane tack prestressing force crossbeam hoisting

5 结语

小湾水电站坝顶门机轨道大梁预制及吊装施工，根据结构自身特点及现场施工环境，采取上述施工措施和方法，形成了一套成熟的施工工艺。 此项施工工艺保证了门机轨道梁的施工进度和质量，解决了大件吊装的施工难题，为后期施工奠定了基础，并为同类工程积累了一定的经验。

[1] 武汉大学，大连理工学院，河海大学.水工钢结构[M]. 北京：中国水利水电出版社，1995.

[2] 闻邦椿. 机械设计手册[M]. 5 版.北京：机械工业出版社，2010.

[3] 毕谦，程培基. 材料力学 [M]. 重庆： 重庆水学出版社，1994.