猴子岩水电站厂房顶棚结构施工方案优化

张 朝，刘建军

（中国水利水电第七工程局机电安装分局，四川 彭山 620860）

猴子岩水电站厂房顶棚结构施工方案优化

张 朝，刘建军

（中国水利水电第七工程局机电安装分局，四川 彭山 620860）

大渡河猴子岩水电站主副厂房及安装间顶棚结构采用δ=1.6mm及4mm厚度的镀锌压型钢模板。论述了顶棚结构制安工作的特点和施工顺序，对比了利用厂房永久桥机平台和搭设临时钢模施工平台两种施工方案，并介绍了搭设临时钢模施工平台设计方案的优化，分析了优化后方案的经济效益和实施效果。

顶棚结构；镀锌压型钢模板；方案优化；猴子岩水电站

1 概述

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，是大渡河干流水电规划调整推荐22级开发方案的第9个梯级电站，上游为丹巴水电站，下游为长河坝水电站。从丹巴县城～瓦斯沟口沿河右岸有省道211公路通过，并在坝址下游65km处的瓦斯沟口与国道318线相接。坝址距上游丹巴县城约47km，距下游泸定县城约89km，距成都市约402km。

猴子岩水电站地下洞室主厂房顶拱采用轻型复合板梁（简称肋拱）吊顶，该肋拱为现浇钢筋混凝土叠合结构，由拱板、肋梁、拱梁3部分组成。拱板下缘为镀锌压型钢模板，与上部现浇钢筋混凝土一起组成复合拱板；肋梁担负次梁作用，与拱板一起整体浇注，两端与拱梁连接；拱梁作为主要承载结构，横跨主厂房，两端支承在岩锚梁上。肋拱为轻型结构，自重不大，主要考虑混凝土浇筑施工、通风设备安装和检修等荷载。

主厂房肋拱吊顶净跨27.8m，拱梁内半径为20.0 509m，肋拱拱顶高程1 727.75m，拱脚高程为1 721.60m，纵向总长为196.50m，拱梁数量为47榀。肋拱分上、下两层浇筑，即先浇筑拱梁，后浇筑肋梁和板。拱梁断面尺寸为400mm×450mm（宽×高），两端与岩锚梁以上柱柱顶连接；其上部肋梁和拱板整体浇注，拱板厚65mm，肋梁为梯形结构，高为190+65（拱板）mm。

2 施工特点

（1）根据设计蓝图要求，厂房吊顶主要为4mm和1.6mm厚的镀锌楼承板组成，根据相关经验及计算，4mm拱梁结构无法承受混凝土浇筑时（未达到设计强度时）的荷载，需在浇筑混凝土时进行加固；

（2）厂房吊顶共47榀拱梁，在拱梁浇筑完成后等强3～7d，拆除支撑用外模板，混凝土自身强度加上4mm厚拱梁永久压型板承受荷载，可以满足要求；

（3）吊顶与厂房下部混凝土浇筑及机电安装上下交叉施工，且吊顶为高空作业，施工安全问题突出，如何确保施工安全是吊顶混凝土施工的重点；

（4）厂房吊顶施工时，正值厂房下部混凝土浇筑及机电安装施工，吊顶施工移动平台与厂房永久桥机运行发生干扰，需做好与机电安装的协调工作。

3 施工顺序

厂房及安装间吊顶为现浇钢筋混凝土叠合结构，由拱板、肋梁、拱梁3部分组成。拱板下缘为镀锌压型钢模板，与上部现浇钢筋混凝土板一起组成复合拱板；肋梁担负次梁作用，与拱板一起整体浇注，两端与拱梁连接；拱梁作为主要承载结构，横跨主厂房，两端支承在岩锚梁以上柱柱顶。

钢模吊顶施工程序为：顶棚结构件制作 施工平台就位 外支撑安装 4mm厚拱梁镀锌压型钢模板安装 1.6mm厚肋梁和面板镀锌压型板安装（达到顶棚封闭条件） 钢筋混凝土施工 外支撑拆除。

4 顶棚结构件制作

为减少现场制作，保证工件制作质量，本工程所有部件均在工厂预制，根据现场情况，分批次运输进场。

制作需满足规范及图纸要求，镀锌件的厚度及外观等应符合要求。

5 钢模施工平台方案设计及分析

5.1 厂房永久桥机施工平台方案

在厂房现有永久桥机上使用脚手架搭设吊顶施工平台，为保证安全、便于施工且不影响桥机的行走，结合桥机结构特点，在桥机的小车上部搭设脚手架施工平台，利用桥机的移动进行钢模吊顶拱梁的施工。

分析：①根据桥机结构特点，平台搭设后，桥机上的小车将无法使用；②桥机为猴子岩水电站永久机电设备，频繁使用以及施工过程中可能会对桥机造成损坏；③机电设备已开始安装，桥机使用将会频繁，不利于工程整体进度。

5.2 自制钢模施工平台方案

钢模施工平台（即自制平台车）的行走系统由专业厂家设计和制作。施工平台设置在行走施工平台上部，与主厂房桥机使用同一轨道（轨顶高程EL1 716.60m），采用自行走系统行走，两端参照桥机防撞滑线触头安装防撞装置。

施工平台设计承受最大荷载为10t（不考虑平台自重），平台沿厂房纵轴线方向宽度为4.0m。吊顶平台顶部距离吊顶中线最高点为3.6m（平台高程为EL1 723.6m）。吊顶施工平台设置3t卷扬机1台，可从安装间底板（EL1 700.6m高程）将拱梁模板及镀锌楼承板吊装至施工平台上；施工平台上另配置垂直升降机2台，进行拱梁镀锌压型钢模板安装施工。

分析：①使用自制钢模施工平台可减少对厂房永久桥机的使用压力（仅在最后几榀拱梁结构因桥机占位自制平台无法到达时才使用桥机）；②减轻对永久桥机的损坏；③在自制施工平台施工过程中，永久桥机仍可正常进行机电设备等的吊装工作，有利于整个工程施工。

综上两种施工平台方案分析，采用厂房永久桥机作为施工平台显然不利于施工，所以采用自制施工平台用于本工程顶棚结构施工（见图1）。

图1 厂房及安装间顶棚结构制安施工平台

6 拱梁外支撑方案设计及分析

根据相关施工经验及计算，原设计结构4mm镀锌楼承板无法承受混凝土施工过程中未达到设计强度前混凝土自重，因此需增加外支撑进行加固，以保证混凝土施工安全和顶棚结构安全。根据分析可知，拱脚处4mm镀锌楼承板内力最大，但设计已在其与岩锚梁以上柱连接部位增加加腋钢板补强。故选取内力第二大处（拱梁拱顶）4mm厚镀锌楼承板下边缘一点为研究对象，此点在弯矩作用下受压，在整个弧形楼承板内压力作用下受压，若此点强度满足要求，则整个镀锌楼承板强度均满足要求。

6.1 施工平台上部搭设脚手架支撑施工（方案A）

考虑在施工平台上部搭设满堂红脚手架作为吊顶拱梁外支撑，一方面由于脚手架支撑从拱梁安装到完成时间较长，导致行走施工平台运行受到很大的限制；另一方面，采用脚手架施工一次只能施工1根拱梁，施工进度缓慢，施工工效低，每榀安装完成后需等强约3～7d；

若按此方案进行施工，则脚手架搭设3d，每榀安装2d，浇筑等强3d，脚手架拆除/调整1d，则每榀需占直线工期：3+2+3+1=9d，47榀拱梁仅安装时间长达423d；肋梁按照每榀3d计算，42榀肋梁共需工期：3×42=126d；两项合计423+126=549d，远远无法满足施工进度需求。

因此，不宜采用在施工平台上面搭设拱梁外支撑脚手架的施工方案。

6.2 增加拱梁外支撑模板（方案B）

更可恶的是，“新版”《经翼》中收录王应麟的《困学纪闻》中的论诗之语，并将书名篡改为《困学纪诗》，又收集了《玉海》中诗类一门，将书名篡改为《玉海纪诗》；还收录了张华的《博物志》等三种小说家言，收录了《禽经》《兽经》《鼠璞》，根本与史学没有任何关系。如此之类，不可枚举。《黄记》校元本《宋提刑洗冤录》中说：“明人喜刻书而又不肯守其旧，故所刻往往戾于古。即如此书，能翻刻之，可谓善矣，而必欲改其卷第，添设条目，何耶？”

6.2.1 拱梁外支撑模板结构设计

根据技术要求并参照相关水电站吊顶施工经验，采用在镀锌拱梁外部增加型钢加固模板支撑。型钢模板根据现场情况确定后在加工厂加工完成再运至现场进行拼装。拱梁安装完成后，可单独承受上部施工荷载，而后行走施工平台可随意移动以满足下部施工需要，可满足吊顶和下部混凝土及机电相互穿插施工的要求，施工干扰大大降低。

根据拱梁尺寸、上部肋板尺寸采用8mm钢板焊接成槽型的定型模板，型钢截面尺寸选择430mm×448mm（宽×高），单榀拱梁净重2.97t，由8节型钢模板拼装而成：端头2节单节长度为1.75m，重量165.66kg，中间4节单节长度为4.294m，重量406.26kg，顶拱中部2节单节长度为5.367m，重量507.78kg。相邻两节之间采用10.9s级高强螺栓连接。在8根吊顶锚杆相对应的型钢模板底部开孔，将吊顶锚杆自由穿过，在拱梁模板外部使用双螺母拧紧吊顶拱梁支撑模板示意图见图2。

图2 吊顶拱梁支撑模板示意图

（1）8mm厚拱梁型钢外支撑结构计算。加固型钢模板外支撑受力分析：型钢拱梁模板开始单独承受上部施工荷载；当上部施工荷载增加到一定程度后，型钢模板出现轻微向下变形，锚杆和型钢模板共同承担上部施工荷载；最后当荷载增加至吊顶锚杆被破坏后，型钢模板将单独承受上部施工荷载，直至加固型钢模板被破坏。

（2）吊顶ϕ28锚杆总体能承受的极限荷载为：N=n×σ×S=8×215×3.14×142=10.58×105N> 吊顶上部总体施工荷载2.456×105N故拱梁施工期间将一直处于锚杆和型钢模板共同承担上部施工荷载的受力状态，型钢模板整体受力稳定[1，2]。

（3）型钢模板局部受力分析。若两根吊顶锚杆之间的型钢模板强度满足施工要求，则型钢模板局部受力稳定。型钢模板局部受力可简化为如下模型，见图3。

图3中3.347m为两根吊顶锚杆间的最远距离，将槽型钢模板视为倒立放置的槽钢。

经计算，采用8mm厚型钢外模板可以满足混凝土浇筑荷载要求。

图3 型钢模板局部受力模型

6.2.2 拱梁8mm槽型定型钢模板施工

厂房吊顶拱梁采用8mm钢板焊接成槽型的定型模板，截面尺寸选择430mm×448mm（宽×高），单榀拱梁净重2.97t，由8节型钢模板拼装而成：端头2节单节长度为1.75m，重量165.66kg，中间4节单节长度为4.294m，重量406.26kg，顶拱中部2节单节长度为5.367m，重量507.78kg。在8根吊顶锚杆相对应的型钢模板底部开孔，将吊顶锚杆自由穿过，在拱梁模板外部使用双螺母拧紧。

增加8榀外支撑模板后可进行连续施工，每4榀顶棚结构拱梁安装完成后可移交土建进行混凝土浇筑、等强；并依此进行另外4榀顶棚拱梁结构安装，互不干扰，每榀拱梁安装仅需6d，拱梁安装仅需282d，肋梁安装需126d，工期合计：408d。

结合上述两种方案综合分析，方案B能够在保证施工安全的前提下，满足连续施工的要求，此外8mm厚型钢外模板可重复使用。根据现场实际情况，最终选用增加拱梁外支撑加固模板方案。

7 实施效果及评价分析

实施效果：采用新方案后，顶棚结构现场安装从2014年09月01日开始，至2015年09月15日全部完成镀锌压型钢模板，2015年10月底完成剩余钢筋混凝土施工，期间未发生安全事故，施工整体质量、进度可控可靠。

实施效果评价：

（1）减少满堂红脚手架搭设：27.8m×196m=5 448.8m2；

（2）减少桥机使用台班：549台班；

（3）新增施工平台制安及拆除：30t；

（4）新增外模板制安及拆除：6.1t×8套=48.8t；

（5）工期：现场实施期间为2014年09月01日～2015年09月15日，施工过程中受交叉施工及其他施工干扰如春节、桥机负荷试验等影响约60d，实际施工工期为320d，较原计划缩减了549-320=229d，较优化后的计划工期缩减408-320=88d（主要为技工经过一两个月的摸索，逐渐变为熟练工，效率增加）；

（6）减少人工使用：229×10=2 290工日。

8 结语

通过对猴子岩水电站顶棚结构施工方案的优化，极大地降低了高空作业安全风险，有效解决了机电施工与顶棚安装的交叉及施工干扰；既解决了顶棚结构安装技术难题，又缩短了安装工期，降低了施工成本，达到了预期目的。希望通过该项目优化的成功实施，对今后类似工程提供可靠经验和有效帮助。

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[2]GB50755-2012，钢结构工程施工规范[S].

（责任编辑：刘征湛）

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

张 朝（1982-）男，河南长葛人，中国水利水电第七工程局机电安装分局，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术、质量管理工作。