水电站厂房大跨度预制吊车梁安装技术探析

王建慧

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450000)

1 概 述

1.1 工程概况

布桑加(Busanga)水电站位于刚果(金)南部地区卢阿拉巴(Lualaba)河上，双曲碾压混凝土拱坝，坝高141.5m。地面厂房，安装4台60MW机组，总容量240MW。厂房长度为60.5m，安装间长度为21.6m，共计82.1m，主机间宽度为18.7m。

1.2 排架柱及轨道梁

发电厂房安装间高程为EL755.1m，排架柱牛腿高程为EL764.97m(距离安装间平台9.87m)，排架柱顶高EL773.03m，高度18m。

吊车梁采用预制结构，高1.6m，底宽0.6m，为不等边梯形梁，共计24根，最短长度为5.48m，最长长度为8.45m，最小重量为18.7t，最大重量为28.8t。

2 吊装方案

2.1 现场情况

吊装配备一台STC800汽车吊，最大起重量80t；主厂房上游为副厂房，右侧为河道，上游副厂房要同时进行混凝土施工，现场位置狭小，吊车梁不具备直接吊装条件。

2.2 吊装方案

在相邻排架柱的梁底铺设梁支撑系统及运输轨道，在运输轨道上布置运输台车、牵引和就位系统；吊车将轨道梁吊至右侧端头的轨道运输台车上，牵引就位，后退法逐根顶推到位[1]。

3 预制梁吊装方法

3.1 吊装位置

布置在主机间右岸侧EL746.1河道挡墙内侧平台上。

吊车吊距8.5m，吊高28.2m，最大吊重30t。回转中心要偏离吊车梁中心线向下游2m。采用顶推法从右向左依次顶推到位。主机间上、下游梁吊装位置图如图1所示。

图1 主机间上、下游梁吊装位置图

3.2 吊装准备

3.2.1 吊索布置

每榀梁都布置有四个吊耳，吊耳位于梁两端1/4处，采用4点起吊，为便于调整梁的平衡，采用2根钢丝绳和2根10t倒链起吊，钢丝绳与梁的夹角为60°，吊索与吊钩采用卡环连接。

3.2.2 卡环、绳卡

卡环采用20t卡环，配套绳卡，绳卡采用6个，间距250mm。

3.2.3 顶推平台搭设

排架柱间安装2根Q235I32a工字钢预制梁支撑滑移平台，工字钢支撑梁中点位置设置I20工字钢立柱作为支撑，工字钢支撑梁单独受预制梁安装荷载。在工字钢支撑上焊接固定[10槽钢作为预制梁滑移轨道，使用轨道轮加工负载小车放置于轨道负荷预制梁滑移，按顺序将预制梁吊装至平台后，轨道梁自右向左侧推进，后退就位。

3.3 起吊计算

1)起重高度验算：

根据《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》，起重吊装作业时吊车的起升高度H应符合：

h1+h2+h3+h4≤H

(1)

式中：H为吊车的起升高度，m；h1为从停机面算起至安装支座表面的高度，m；h2为安装间隙(≥0.2m)；h3为构件吊起后底面至绑扎点的距离；m；h4为索具高度，m。

厂房桥机预制梁吊装作业中：

安装间预制梁吊装：h1=764.97-755=9.97m，h2=0.3m，h3=1.6m，h4=8.45*0.25*tan45+1=3.11m(取该段最长梁)。

h1+h2+h3+h4=13.98m。故安装间吊装吊车起重高度应满足H≥13.98m。

主机间预制梁吊装：h1=764.97-746.2=18.77m，h2=0.3m，h3=1.6m，h4=8.38*0.25*tan45+1=3.1m(取该段最长梁)。

h1+h2+h3+h4=23.77m。故主机间吊装吊车起重高度应满足H≥23.77m。

2)工作半径计算：

安装间吊装吊车起重高度H≥13.98m，根据吊车参数，取最大起重量28.8T，吊车工作半径d≤10m。

主机间吊装吊车起重高度H≥23.77m，根据吊车参数，取最大起重量28.5T，吊车工作半径d≤9m。

3.4 平台布置

根据吊车梁架设牛腿与底部支撑平台的高度情况，结合吊车梁吊放平台在落梁、调整滚动滑移位置时的瞬间稳定性，利用安装间平台和排架柱搭设脚手架支撑系统，在其支撑系统上部设计滚动滑移平台。该区域的滑移平台支撑系统采用型钢结构。

3.4.1 支撑梁设计

牛腿结构混凝土施工时，在牛腿净跨侧埋设长×宽×厚=400mm×200mm×20mm钢板，作为平台支撑系统结构焊接区。

在两个牛腿内预埋连接钢板，采用2根32a工字钢焊接，在两跨梁中间用2根I20工字钢作为立柱，两根工字钢间每隔2m采用工字钢连接，形成桁架结构，作为支撑平台。

3.4.2 支撑梁计算

预制梁使用顶推法吊装时，在排架柱间安装2根Q235I32a工字钢作为预制梁支撑滑移平台，工字钢中点位置设置2根I20工字钢立柱作为支撑。

1)支撑梁核算：

工字钢支撑梁为等跨连续梁，其受力主要为预制梁安装时的由轨道传递的集中荷载，顶推滑移时滚轮位于梁体两端端头位置，对支撑梁受力进行计算，计算时取两种极限不利受力状态：①顶推段中部最重梁体(28.5T)经过最长支撑梁(梁长6590mm)时支撑梁受单个集中荷载；②左端最重梁体(23.4T)经过最长支撑梁(梁长6590mm)时支撑梁受两个集中荷载[2]。

I32a工字钢截面特征：

截面积A=67.12cm2，截面模量Wx=692.5cm3,弹性模量取E=206×103MPa，截面惯性矩Ⅰ=1.11×104cm4，Q235钢许用应力235MPa，设工字钢许用值[σ]=157MPa(留安全系数1.5)，允许弯矩[M]=118KN·m。

工字钢支撑梁简化为双等跨连续梁，预制梁顶推安装时梁体顶端处通过滑移滚轮向工字钢支撑梁施以集中荷载。

a)顶推段中部最重梁体(28.5T)经过右段最长支撑梁(梁长6950mm)时支撑梁受单个集中荷载，支撑梁受力计算：

单根工字钢承受荷载F=285/4=71.25KN,

跨内最大弯矩Mmax=aFl=47.69KN·m<[M]=118KN·m，

支座反力即端头受剪力Va=β1F=28.93KN, Vb=β2F=49.02KN, Vc=β3F=-6.7KN。

b)顶推段左端最重梁体(23.4T)经过最长支撑梁(梁长6590mm)时支撑梁受两个集中荷载(取荷载位于梁中位置计算)，支撑梁受力计算：

单根工字钢支撑梁承受两个集中荷载F=234/4=58.5KN，单根工字钢承受荷载F=234/4=58.5KN,

跨内最大弯矩M1max=a2Fl=30.07kN·m，M2max=a3Fl=30.07lN·m<[M]=118kN·m，

支座反力即端头受剪力Va=β1F=18.31KN, Vb=β2F=80.44KN, Vc=β3F=-18.31KN。

经计算，采用2根I320a工字钢可以满足要求。

2)立柱核算(取单根20mm工字钢立柱计算)：

立柱高：h=764.97-755.1-0.3-0.15=9.42m

立柱截面：20mm工字钢计算：截面尺寸200mm×100mm×6mm

立柱设计内力：N=80.44kN；

立柱截面特性：A=26.81cm2，惯性矩IX=1840cm4，IY=115cm4回转半径ix=8.28cm，iy=2.08cm，截面模数Wx=237cm3。

根据《钢结构设计规范》，立柱应力σ=N/An=30N/mm2

立柱平面稳定验算：立柱长细比λ=μh/ix=114<150。

经验算，型钢立柱满足要求。

3.5 梁移动平台及轨道

1)运输轨道：

在工字钢上部左右侧各布置一根10#槽钢，作为平台运输轨道，车轮布置在槽钢内，防止运输中梁出现偏移，槽钢固定到工字钢梁上。

2)运输平台：

采用矿车轮及轴承加工运输平台，平台宽度70cm，底部前后各布置1对转轮，梁放置在平台上，车轴位于梁两端，距离端部40cm。

3.6 吊装及牵引

吊车布置在主机间右端墙与河道挡墙内，吊车将梁吊至右侧梁处，放置在运输平台上，然后运输平台向安装间方向推进，顶推就位。为保证梁体能缓慢平稳前移，主机间梁采用4个3t手动葫芦牵引。

3.7 就位

梁顶推到位后，利用4个10t-20T机械千斤顶从梁体两侧工字钢位置同时顶升1-2cm，抽出梁体底部的行走轮，缓慢落至设计位置，然后同牛腿预埋板临时固定。调整好梁的中心线及高程后，同预埋板焊接牢固。

3.8 施工平台搭设

在预制梁外侧搭设安装人工操作平台，上下通道使用原排架柱施工脚手架平台，主要由原主机间排架柱浇筑脚手架承重。

3.9 吊装施工

预制梁顶推到位后，利用4个10t-20T机械千斤顶从梁体两侧预埋槽钢位置同时顶升1-2cm，抽出梁体底部的行走轮及轨道，缓慢落至设计位置，进行焊接临时固定。

等所有梁体在设计位置临时固定完成后，安装永久结构进行吊车梁结构与上部立柱、牛腿之间的永久焊接处理，以及二期混凝土浇筑工作。

4 主要应用情况

吊车梁吊装平均每天可以完成一根，上游从支撑系统安装到就位共计9d，下游吊装及就位共计7d，采用轨道运输，安全可靠，效率高。

5 总 结

水电站厂房周边空间一般都比较狭小，采用预制结构的混凝土吊车梁跨度长，重量大，受到场地、地形、设备等条件限制，大部分不具备直接吊装条件，吊装存在较大的技术难度；能直接吊装时，也往往需要大吨位吊车，现场往往也不具备。“顶推法”吊装技术是一种可靠、安全、成本较低的吊装技术，解决了在狭小空间大跨度预制混凝土吊车梁的吊装难题，具有普遍应用性，在类似工程中可以广泛应用。