向家坝水电站升船机船厢室段EL393.0m纵横梁施工方案比选

2022-09-25杨发建贵州黔水工程监理有限责任公司

珠江水运 2022年17期

杨发建贵州黔水工程监理有限责任公司

1.项目概述

向家坝水电站升船机船厢室段由筒体结构及其基础、顶部机房、船厢结构及其设备、平衡重系统、电气控制设备等组成。承重筒体分为左上、左下、右上和右下共4个，EL382以下为独立结构，EL382～EL393设计了交通桥、纵梁、箱型梁、绳轮梁和横梁等现浇联系结构，将四个筒体连接成整体，EL393.0m以上为顶部机房结构。

1.1 结构分块

EL393纵横梁分上、中、下块共三块施工，按照先上、下块，然后中块的总体程序施工，其中上、下块施工顺序为先左、右侧筒体、然后横梁，中块施工顺序为先交通桥、然后箱型梁、最后为横梁（如图1、图2所示）。

图1 上、下块横梁部位分层示意图

图2 中块横梁部位分层示意图

1.2 工期安排

依据向家坝升船机船厢室段总体施工进度安排，纵横梁施工计划工期为2013年8月至2014年1月共6个月。

1.3 施工设备布置

根据升船机标段施工设备总体规划，船厢室段共规划布置6台起吊设备，分别为3台C7050建塔、1台K80塔机、1台M900塔机和1台MQ900门机；4台浇筑设备分别为2台HGY32布料杆和2台HGY38布料杆。其中1#C7050建塔、2#K80建塔固定式布置在船厢室左上筒体、左下筒体EL296m交通通道上，最大起吊重量15t；3#、4#C7050建塔固定式布置在船厢室右上筒体、右下筒体EL296m人行通道外侧，最大起吊重量分别是15t和32t。

2.重难点分析

纵横梁系跨度大、高度高，结构荷载重。对支撑结构设计的要求高。船厢室段EL393.0m横梁、次梁及平台均为现浇混凝土，梁钢筋混凝土结构施工荷载大，设计安全可靠的支撑结构体系是需重点研究解决的问题。

EL393.0m纵横梁结构施工程序复杂。按照设计图纸要求，上、下块横梁与左侧筒体间设计预留有1m后浇带宽槽，要求后浇带在左右两侧筒体变形基本稳定后、气温稳定在17.5℃左右时及时进行回填施工。为保证EL393.0m平台纵横梁结构的整体性，各纵梁、横梁和次梁结构按照要求必须一次浇筑完成。

纵横梁及现浇顶板施工难度大。EL 393 m 纵横梁顶部设计为30cm厚现浇混凝土结构，结构复杂且跨度大。

3.施工方案比选

升船机EL393纵横梁及顶部板面设计均为现浇混凝土，跨越各个筒体间的横梁结构体系跨度大、钢筋及混凝土结构荷载重，施工大部分为悬空及临边高空作业，安全风险极大。结合及参照三峡升船机船厢室段纵横梁的施工经验，主要对拟采用的贝雷架支撑、预制梁支撑、叠合梁支撑和钢桁架支撑施工方案进行比选研究。

3.1 结构可行性

3.1.1 贝雷架支撑

贝雷架支撑施工方案主要考虑采取在塔柱筒体墙面上预埋贝雷架支座埋件，支座与埋件连接安装形成贝雷架支座，贝雷架支撑在支座上，贝雷架上部搭设钢管支撑排架及横梁模板，上部施工的各类荷载通过贝雷架传递到支座，从而形成良好的结构支撑体系。该方案结构稳定性较好，三峡升船机船厢室段EL196m纵横梁采用贝雷架支撑方案。

3.1.2 预制梁支撑

预制梁支撑方案在施工场地以外进行预制梁结构的预制，预制结构施工完成后用大型运输机具运输至施工现场，用吊运设备吊装到各个部位。预制梁支撑相对于独立的横梁结构稳定性较好，但整体结构性较差。按横梁最大净尺寸为13×1×2.5（跨度×宽度×高度），换算为起吊重量约81.3t，升船机船厢室段布置的建筑塔吊两台最大共同抬吊起吊能力仅为32t，因施工现场建筑塔吊满足不了吊装要求，该方案无实施的条件。

3.1.3 叠合梁支撑

叠合梁支撑方案主要为将横梁分为二层浇筑施工，梁体下部结构的第一层在场外进行预制后，采用现场起吊设备进行安装就位，上部第二层梁体采用现场备仓浇筑的方式。该支撑方案对横梁整体荷载进行了拆分，解决了现场仅有的吊装设备性能参数不能满足吊装需要的问题。因纵横梁跨度大、宽度1m，在2台建筑塔吊起吊能力（16t）范围内确定的预制梁体厚度仅为0.4m左右。经初步计算，0.4m厚的预制梁体结构不能满足安全稳定性要求，且梁分2层施工，结构整体性差，不能满足设计要求，所以该方案也无法实施。

3.1.4 钢桁架支撑

钢桁架施工方案即在横梁底部或两侧安装钢桁架，两端通过钢支座固定在筒体混凝土壁面上，在钢桁架上安装防护平台和梁底及梁侧模板，横梁和次梁一次浇筑成型，混凝土荷载通过钢桁架传梯至支座，然后由船箱室筒体承载，该施工方案的关键是支撑体系及支座系统设计。顶部现浇板采用先铺设预制板、然后浇筑现浇板的方式施工，预制板架设在横梁上。钢桁架施工方案程序为：塔柱混凝土浇筑至梁底口→梁牛腿施工→钢牛腿安装、横梁钢桁架安装→安全防护平台安装→次梁钢桁架安装→梁底模安装、钢筋绑扎→梁侧模安装→梁体混凝土浇筑→钢桁架拆除。

钢桁架设计为实腹式梯型结构，所用的槽钢或钢板材质均为Q235碳素钢。上、下弦杆设计为双槽钢结构，腹杆、竖杆设计为双槽钢或双角钢结构，节点板设计为钢板，各个节点的连接部位均采用焊接方式连接，经施工单位委托的第三方采用节点法和有限元法两种方法分别进行计算，桁架受压的荷载强度、钢度和稳定性均能满足设计要求，最大变形量为3cm左右。该方案结构稳定性好（如图3所示）。

图3 横梁1#钢桁架结构设计图

3.2 经济性分析

3.2.1 预制梁支撑

EL393m纵横梁混凝土工程量约4500m，每m单价约800元。如采用预制梁施工方案，需在厂内提前进行纵横梁预制，经过初步测算，预制梁场内预制完成后运输至工地现场，加上吊装费用，预制件比施工现场现浇筑混凝土造价高出至少一倍以上，成本造价约360万元。

3.2.2 叠合梁支撑

叠合梁施工方案中下部预制梁体的主要作用是替代下部支撑模板，如采用叠合梁施工方案，经过计算，需提前预制0.4m厚的梁体结构约600m，成本造价约50万元，施工成本最低。

3.2.3 贝雷架支撑

初步计算向家坝升船机EL393m纵横梁贝雷架使用量约需1200T以上，按市场价格每T约8000元计，贝雷架施工造价约960万元，加上安装、拆除及运输的费用，总费用已超过1000万元，经过分析，该方案经济性较差，施工成本最高。

3.2.4 钢桁架支撑

初步计算向家坝升船机EL 393 m 纵横梁钢桁架用钢量约520T，制造、加工及安装费用约500万元。相比较预制梁施工方案，该方案施工费用增加约140万元。相比较贝雷架支撑施工方案，该方案可节约施工费用约500万元。

经过经济成本分析，叠合梁施工方案最为经济，预制梁施工方案和钢桁架施工方案次之，贝雷架支撑施工方案施工成本最高。

3.3 安全风险性

3.3.1 预制梁支撑

按横梁最大净尺寸为13＊1＊2.5（长＊宽＊高），换算起吊重量约为81.3t，起吊重量大，起吊高度高，安全风险极大，不适合升船机部位的施工。

3.3.2 叠合梁施工方案

该方案能解决横梁整体预制吊装方案梁体总量大、现有起重手段无法起吊的问题；但因纵横梁跨度大、宽度1m，在2台建筑塔吊抬吊能力（16t）范围内确定的预制梁体厚度仅为0.4m左右。经初步计算，0.4m厚的预制梁体结构不能满足安全稳定性要求。该方案为高空吊装作业及高空预制件的安装及加固，安全风险高，不可控的因素较多，所以该方案无法实施。

3.3.3 贝雷架支撑

经统计计算，三峡升船机EL 196 m 纵横梁贝雷架使用量约1900T，根据三峡升船机使用贝雷架的结构设计，向家坝升船机EL393m纵横梁贝雷架使用量约需1200T以上，工程量巨大。

贝雷架支撑体系方案必须委托有专业资质的第三方进行设计，支座安装和拆除工程量大，架体为拼装式构件，拼装节点多，拼装和拆除过程繁琐，施工程序复杂，且贝雷架及均为高空作业，且与底部施工相互干扰，安全风险高，管控难度非常大。

3.3.4 钢桁架支撑

每榀钢桁架在安装施工前已焊接成为一个整体，且一根横梁施工只需要两榀钢桁架，所以安装拆除的工程量少，安装快速。各横梁钢桁架安装完成后，在钢桁架之间搭设有安全防护的平台，横梁的上部施工与航槽底部形成了相对隔开的封闭环境，解决了横梁上部与船厢室底部施工的干扰和安全问题。但钢桁架安装、拆除及安全防护平台安装过程中安全管控难度较大，安全风险较高。

3.4 施工工期分析

3.4.1 预制梁支撑

该方案梁预制施工过程不占直线工期，可加快施工进度，在设计结构整体性不高的部位可推荐采用，该方案在施工工期方面占有较大优势。

3.4.2 叠合梁支撑

叠合梁施工时梁体第一层进行预制，该预制施工过程不占直线工期，但梁体吊装就位、加固约需0.5个月时间，纵横梁模板及钢筋安装约1个月，混凝土浇筑及养护期约1个月，第二层缝面处理、钢筋、模板安装、混凝土浇筑约1个月，混凝土拆模、外观面修补约0.5个月，该工期能满足施工要求。

3.4.3 贝雷架支撑

根据三峡工程中升船机船厢室段贝雷架的施工经验，贝雷架安装工期约2个月，贝雷架上部排架搭设约0.5个月，纵横梁、楼板钢筋、结构混凝土施工约1.5个月，混凝土养护期及混凝土外观缺陷处理约1个月，模板及排架拆除约0.5个月，贝雷架拆除约2.5个月，共计约8个月，施工工期较长，根据向家坝升船机船厢室段总的施工计划安排，该工期不能满足施工要求。

3.4.4 钢桁架支撑

施工速度快。钢桁架、预制板以及安全防护平台预先在场外加工成型，不占直线工期，利用现场的C7050建筑塔机和K80建筑塔机吊装就位，单榀钢桁架重量约5t左右，满足吊装要求且吊装速度快，钢桁架之间都为钢结构，加固处理时间也大大缩短。经分析主要施工时间有：钢桁架吊装及加固约需0.5个月，纵横梁模板及钢筋安装约1个月，混凝土浇筑及养护期约1个月，第二层缝面处理、钢筋、模板安装、混凝土浇筑约1个月，混凝土拆模、外观面修补约0.5个月，拆除钢桁架约0.5个月，共计约4.5个月。根据向家坝升船机船厢室段总的施工计划安排，该工期能满足施工要求。