水电站尾水渠吊模施工技术研究

周跃

（安徽海博建设工程有限公司 安徽合肥 230000）

水电站尾水渠吊模施工技术研究

周跃

（安徽海博建设工程有限公司 安徽合肥 230000）

水电站尾水渠指的是尾水从发电站厂房排泄到下游河床的渠道。经过水轮机后，水流所携带的水能为水轮机吸收利用，成为尾水。尾水渠是水电站重要的组成部分，关系到水电站运转的流畅性。因水流原因，尾水渠的施工往往采用吊模的方式进行施工。因为水电站施工的特殊性，吊模施工技术对尾水渠的质量具有决定性的影响。所以本文对吊模施工技术进行了探讨，以提高尾水渠的施工质量。

水电站尾水渠；吊模施工；技术研究

前言

吊模是指不由部支撑固定而由支架等悬在空中的模板，可用多种方式进行固定，如止水拉杆担住等。随吊模施工技术的发展，以广泛应用在水电站的施工中。水电站施工中，尾水渠施工空间相对较小，同时因水文、河流等原因可能会涉及到不同标高的结构需同时施工，所以，吊模施工较为常见。随着吊模施工技术在水电站施工中的广泛应用，越来越成为影响施工质量的关键因素，所以需要对这一技术加强研究。

1 水电站尾水渠结构和吊模设计因素

水电站尾水渠吊模的设计需要根据水电站的局地结构进行，需要收集水电站枢纽长度、坝顶高度、最大坝高、设计蓄水位、发电机功率、总装机容量、总库容方面的情况。只有对上述信息了解详细，才能根据各变量设计尾水渠，才能决定尾水渠吊模[1]。枢纽长度、总装机容量、蓄水位等相互影响，直接关系到尾水渠的设计。为方便计算，表达更为详尽，本文以笔者参与建造的水电站为模型。笔者参建水电站枢纽全长305m，坝顶高程2765.0m，最大坝高78.3m。设计正常蓄水位为2770.0m，水电站安装3台轴流转浆式水轮发电机，总装机容量为360MW，总库容在1540万m3上下。这一水电站进口挡水坝段设有3台机组，因水流关系，流道孔设计为9孔，流道底板高程定为2708m。过流道孔采用长、宽、高为400×493×100的混凝土联系板进行连接，有4层。第1层连系板底部高程为EL2733m，进水口胸墙封顶设计最大高度在EL2705～EL2733m之间。水电站3台机组尾水闸墩部位设有6个出水流道孔，闸墩孔间距897.1cm，底板高程EL2691.26m，封顶底部高程为EL2726.74m，封顶最大净空为37.45m。根据工期、高度、工作量等因素，决定采用吊模施工。

2 水电站尾水渠吊模结构计算

（1）进水口吊模分析水电站尾水渠进水口和出水口是尾水渠的关键部分，在设计施工过程中要严格按照工程结构及《水电水利工程模板施工规范》等相关文件进行设计与施工。本次施工模板采用木模板，楼板模板及梁模板自重为N1=0.53kN/m3，钢筋混凝土自重为25.79kN/m2，N2=1.00m25.79kN/m2。在施工中，还需要考量的因素包括施工人员自重、设备荷载等因素。根据施工概况，如2.5kN集中荷载作用于木模板，则模板产生的弯矩值M1= gl/4=2.5kN×4.93m/4=3.08kN·m，如2.5kN/m2扩散平均荷载作用于模板上，模板产生弯矩值应计算为 M2=gl2/8=2.5kN/m2× 4.932m/8=7.6kN·m[2]。本次施工M2＞M1，所以施工荷载单位重量N3=2.5kN/m2。同时还应考量混凝土浇筑时的重量单位，混凝土入仓工艺为6m3混凝土吊罐，浇筑过程中会对模板产生的N4= 10kN/m2冲击力。混凝土在进行振捣时，对水平模板会产生混凝土在进行振捣时，对水平模板会产生N5=2.0kN/m2的导震力。所以计算N=40.99kN/m2。

（2）拉杆承载力及三角眼桁架计算

以φ20拉杆为例，在本次施工中拉杆净直径为17.29mm，1级钢筋强度测定值为210N/mm2，规定安全系数在k=1.2～1.4之间，如取k=1.29，则可的拉杆间隔距离为60mm×90mm，拉杆数量应为7×9=63根，拉杆的承重可计算为63×38.2kN，整体为2406.6kN。具上式可算得架构总重为808.52kN。根据演算，这一数据完全满足结构承重要求。

在三角桁架方面，如图1所示。

图1 三角桁架结构示意图

将桁架峡部承载、抗形变力、自身稳定性等都纳入到考量的范围内，以桁架整体挠度为计算对象，将钢桁架中钢结点计算为为铰结点，桁架所受荷载计算为为均布荷载，取单位长度进行计算，则计算公式应为f=NK×NP×LI/（AI×E）=桁架长度/500。

（3）支柱稳定性计算

根据上述结论，当f=1.286cm时，支柱满足稳定性需求。如采用3.2m20#的工字立柱，则全部截面积应为39.5cm2。同时根据立柱安放方案、施工工艺等，立柱应为两端固定，在这一情况下，立柱应为小柔度压杆。

为确定拉杆稳定性，对相关数据进行演算，工程设计采用φ20拉杆，由N=Af，据净直径为17.29mm计算拉杆截面积，测定f为钢筋抗拉强度设计值并以按1进行计算，则f=210N/mm2、N=

f=3.14×（17.29mm）2×210N/mm2/4=49.28kNN=49.28/1.3=38.2kN可算得，拉杆间排距应设计为60mm×60mm，拉杆数量应为16×6= 96根，可适当增加。拉杆承重N=96×38.2kN=3667kN；结构总重= 80kN/m2×8.97m×3.36m=2411kN；在N＞1.4=3375kN的情况下，拉杆承载力完全可满足施工及运行要求。

在桁架稳定性方面，桁架钢节点可转化为均布荷载，按标准单位长度进行验算。挠度计算公式为f=Nkie×NPb×La/（Ai×E）≤[f]=桁架长度/500。将NPb定位由荷载引起的杆件内力；Nkie为在挠度最大的结点处沿挠度方向加单位力所引起的杆件内力，L是杆件的几何长度和截面面积，A是杆件的截面面积；E为钢材的弹性模量；[f]代表容许挠度值。内力、挠度计算数值：f=∑fi= 0.169cm＜1.994cm，桁架在稳定性方面完全满足施工要求。支柱采用工字钢立柱，截面积为39.5cm2，I=2500cm4，由i=7.96cm，立柱按两端固定进行计算，可查得为0.5，L=3m，由公式λ=18.84＜100，对于Q325钢，取E=206GPa，P=200MPa，λ＜λp，则当立柱选用小柔度压杆时，立柱的稳定性达到最佳[3]。

3 水电站尾水渠吊模施工

本次施工整体机构如图2。

图2 常规水电站施工结构图

由图2及本文施工介绍可知，在水电站尾水渠吊模的施工中，主要难度在于保证封顶孔能满足要求，并协调当时的天气、气温等方面的情况。同时应以最大经济效益为施工目标，在最短的时间内完成工程。传统搭设脚手架的施工方案具有较多的施工工序，同时本厂时间长，各种人力、物力将浪费在脚手架的安装、拆除等方面，所以应推广吊模施工技术。

首先应根据工程需要及施工要求等进行吊模系统构件的制作，这一工序可直接由工厂定制完成，具有极高的效率及质量保证。从结构整体稳定性和受力性和安装工序等方面，应将桁架设计为三角屋架式。

根据上文中的演算，选材方面桁架上弦杆可选用16号槽钢，腹杆可选用14号槽钢，在工厂中一次组合焊制。节点部位承重明显，采用δ=2cm的钢板连接。单榀桁架最大重量为900kg。桁架下部水平方向的承重梁选用20号工字钢。支撑吊模的立柱采用20号工字钢。

在高度方面，应将施工空间、人员操作、材料运输等因素进行考量。立柱底部预埋件采用30×30×2cm钢板，后带抓筋φ10圆钢，将焊制成形的吊模构件运至施工现场。吊模模板采用δ=2cm厚的木胶板，人工在仓外按设计尺寸进行模板的制作（包括底部围檩系统的加固），围檩采用φ48×3.5mm钢管，拉杆采用φ20圆钢，间距为60cm×60cm，拉杆与围檩直接在仓外焊接牢固，拉杆露出模板顶部约30cm，方便下一步模板顶部结构施工，在上部桁架系统完善后，将该拉杆接长至顶部拉杆背带处。整个施工工序为：预埋件预埋→模板系统吊装→封顶钢筋制安→立柱固定→承重梁安装→桁架安装→拉杆固定。

施工时，可先将立柱固定，浇筑并焊接主要构件，然后安装模板系统，最后进行加固。

4 结语

本文介绍了吊模施工的主要计算方法、材料的选用及施工整体流程。在实际的施工中，应根据施工要求、施工地理结构、人员工艺等多方面进行合理的安排。本文提供了施工的主要方法与流程，实际施工可依本文提供的步骤进行安排。同时施工条件各有不同，应按照实际需要进行调整。

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2015-11-2

周跃（1983-），男，工程师。