２０１１年第３０卷第３期・ＤＷＲＨＥ水利水电工程设计 大跨度、高悬空、大截面混凝土 井字梁模板支撑体系设计 鲜世雄周艳平 熊 亮 摘要 龙江水电站枢纽工程引水系统拦污栅筒体内设计有２层联系梁，高程分别位于８４４．５０—８４７．００ ｍ和 ８５９．０ｏ～８６１．０ ｍ，联系梁呈“井”字状。８５４７．０ ｍ高程联系梁由３条主梁和２条次梁组成，主梁横截面尺寸为１０ ５ｃｍ×２５０ ｅｍ（宽×高），梁跨度为２５ ｍ，次梁横截面为１００ ｃｍ×２５０ ｃｍ（宽×高），梁跨度为２４．５ ｍ；８６１．５ ｒｎ高程联系 梁主、次梁截面相同，均为１００ ｅｍ×２５０ ｅｍ（宽×高），主梁跨度为２５ ｍ，次梁跨度为２４．５ ｍ。主要介绍了８４７．００ ｍ 高程联系梁采用斜拉索吊模法支撑结构的设计难点、方案选择、结构设计及验算，从而解决了该部位混凝土支撑结 构的重大难题，为类似工程可提供参考依据。 关键词 井字梁 支撑设计中图分类号ＴＶ５２ 施工方案 斜拉索支撑 龙江水电站 Ｂ 文章编号１００７．６９８０（２０１１）０３．０００７．０５ 文献标识码龙江水电站枢纽工程位于云南省德宏傣族景颇 族自治州潞西市境内的龙江干流上。枢纽由混凝土 双曲拱坝、左岸引水系统及地面式厂房组成。总库 容ｌ２．１７×１０ｓ ｒｎ３，为大（工）型一等工程。坝顶高 程８７５．００ ｍ，最大坝高１１５ ｍ。 引水系统布置在左岸山体内，由进水口、引水 隧洞及压力管道组成。进水口为塔式结构，主要由 进水口边墙、拦污栅墩、进水口塔体内联系梁及进 水口闸门启闭机房等构成。 ８４４．５０ ｍ，下部悬空，且８２３．００ ｍ高程以下为漏斗 型流道，净高达５４．５ ｍ（图１）。 Ｖ８９４．００一．．．．． —＿ ［ －ｏ銮 ５．００．．．．．．．．。…Ｉ：．…．．．．．．．． —ｗ￣７—Ｉ￣７—８７—８．０． 军 撑 ｗ８９０００ ，．．．．．．．一景 ．… ｎ＝． ｌｌ ２５１１ Ｊ１．Ｉ ０ Ｉ Ｉ口 ：， 搓 ！ Ｉ ｆ拱 ｌ Ｉ坝 ７ 引水系统拦污栅筒体内设计有２层井字联系梁 与顶部检修平台，联系梁高程分别位于８４４．５０～ ８４７．００ ｍ和８５９．００～８６１．５０ ｍ，联系梁呈“井”字 状。８４７．０ ｍ高程联系梁由３条主梁和２条次梁组 成，主梁横截面尺寸为１５０ ｅｍ×２５０ ｃｍ（宽×高）， 梁跨度为２５ ｍ；次梁横截面为１００ ｅｍ ｘ ２５０ ｃｒｌｌ（宽× 丑昌－景＿ 。Ｊ。譬苤琴 量 ． ＼＼ ｌＩ ２ ｍＩ１３ Ｎ ｌ 景 一 。。＿ － ｌ…。虽 量； ｙ 拦污衄嚆板高程。 一 暑 ∞ ●丘 ０ 高），梁跨度为２４．５ ｍ，间距为８ ｍ；８６１．５ ｍ高程 联系梁主、次梁截面相同，均为１００ ｃｍ×２５０ ｃｍ 口 ；０２ ！１００ Ｊ ｌ：１＼＼１一 ｍ ９０．００闸门井雇板高程＼、、一ｌ雇 皿幽 ｎ —＿ｊｕｕＨ （宽×高），主梁跨度为２５ ｍ，次梁跨度为２４．５ ｍ； 顶部检修平台在８７５．００ ｍ高程４个角上各布置了１ 根梁，形成４个三角形，梁的断面尺寸为１００ ｅｍ× ２４５ ｃｍ（宽×高），板厚２５ ｅｍ，靠近拦污栅侧２根 梁跨度为ｌ２．３０ ｍ，另外２根梁跨度为１３．５０ ｍ。 进水口纵剖面图、８４７．００ ｍ高程联系梁平面 图ｌ进水口纵剖面（单位：一） （２）跨度大：８４７．００ ｍ和８６１．５Ｏ ｍ高程两层 井子梁纵横正交，顺水流方向主梁净跨度２７．００ ｍ， 与主梁正交次梁净跨度２４．５Ｏ ｍ（图２）。 图、８７５．００ ｍ平面图见图１～３。 （３）结构自重大：以８４７．００ ｍ高程联系梁为 例，其结构总质量约为９９９．１８５ ｔ。 （４）结构下部悬空：８７５．０ｏ ｍ高程联系梁及板 下部悬空，无支撑点（图３）。 １支撑设计难点 （１）施工高度大：８４７．００ ｍ井字梁底部高程为 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１１年第３０卷第３期 梁的施工。 ２００ ７５０ ８ＯＯ ７５０ ２（】（）ｌ 喜｝＿ ｌ ｌ ．１ ・ Ｉｌ ｌ ３Ｊ钔 ３０ ｌ２００ —馨ｌ 虱 —■ 馨 虽 —Ｊ —１ 彀 虱 Ｓ广 ｒ １ ｆ １ ｌ ｆ Ｌ——■—－』 Ｌ——ｊＬ Ｉ ｌ 酮７】野 Ｃ００自 ｊ Ｉ ５ ｉ 图２进水口 — 剖面图（单位：ｓｌｎ） 图３进水口８７５．∞ｍ高程检修平台平面布置图（单位：（Ｉｎ） ２ ２．１ ８４７．００ ｍ 该层梁是整个进水口３层联系梁施工的关键，上 部２层联系梁可在此基础上作为支撑点，但施工如此大 跨度、高架空的现浇钢筋混凝土大梁，国内水电施工也 没有施工先例可参照。选用何种支撑方案，既能确保安 全、质量，又能确保工期，是施工中的一大难题。按常 台支撑方案，耗用钢管 数量大、搭设工期长，无法满足成本和工期的要求。同 时因下部为进水口的曲线流道结构，钢管无支撑着力 点，结构本身的自稳难以保证。在工地现有的条件下， 要完成８４７．００ ｍ高程联系梁的施工任务，并能按期完 成，只有另辟途径，由此联想工程匕常用的斜拉索桥的 结构原理，并咨询中水东北勘测设计有限公司专家与现 场设代人员，采用斜拉索吊模法进行８４７．００ｍ高程联系 ２．２吲．５０ｍ 以８４７．０Ｏ ｍ高程井字联系梁为基础支撑点，采用 承重脚手架的支撑方案，同时在得到业主、设计及监理 的认同下，采取以下措施：（１）为保证８４７．００ ｍ高程联 系梁作为上部联系梁施工支 点结构自身的稳定，将原 设计Ｃ２Ｏ混凝土改为Ｃ３０标号，该联系梁施工时， ８４７．００ ｍ高程联系梁达到７ ｄ强度后进行上部支撑体系 的搭设及施工，根据试验数据，Ｃ３０混凝土７ ｄ的强度 可达到约２２ ＭＰａ；（２）８４７．００ ｍ高程联系梁下部斜拉索 吊模支撑体系不进行拆除，与该梁形成联合受力体结 构；（３）为降低施工难度，减轻施工荷载，８６１．５０ ｍ高 一，期浇筑高度为１．５ ｍ， 二期浇筑高度为１．０ ｍ。 ２．３ ８７５．００ ｍ高程检修平台板、梁施工支撑方案选择 以８６１．５０ ｍ高程井字梁四角顺水流方向铺设断面 为１．０ ｍ Ｘ １．０ ｍ钢桁架，钢桁架利用前期滑模模体框 架，其结构验算满足支撑承载要求，以钢桁架为支承梁 搭设承重脚手架进行上部８７５．００ ｍ高程联系梁及板施 工。 本文重点详述８４６．００ ｍ高程井字梁斜拉索吊模支 撑方案设计，８６１．５０ｍ高程井字梁与８７５．００ｍ顶部检修 平台支撑采用传统的承重脚手架支撑方案，限于篇幅本 文不再详述。 ３ ８４７．００ ｍ高程联系梁斜拉索吊模支撑方案的 设计 ３．１斜拉索支撑方案的设计综述 前期在井筒墙体滑模施工过程中安装预埋件焊接 双钢板穿钢棒作为上吊环，在连系梁底部铺设钢梁， 钢梁上焊接焊接双钢板穿钢棒作为下吊环，上、下吊 环采用 ３４ ｍｍ钢丝绳斜拉形成主、次梁整个模板支 撑系统，钢丝绳张紧采用自制花篮螺栓进行紧固。 ３．２斜拉索支撑方案的细部结构设计 ３．２．１墙体预埋件设计 预埋件采用３００ ｍｉｎ Ｘ ３００ ｉｎｎｌ ｘ １０ ｎｌｌｎ钢板， 锚筋采用６根 ２５ ｍｎｌ螺纹钢，与钢板穿孔塞焊， 钢筋与钢板连接处焊缝高度不小于８ ｃｍ。 ３．２．２侧墙上吊环设计 上部吊环焊接在墙体预埋钢板上，焊接吊环 时，根据钢梁支座位置进行放点。吊环采用２块 １５ ｃｍ Ｘ ２５ ｃｍ Ｘ ２ ｃｍ（宽Ｘ高Ｘ厚）钢板，其中间部 位钻设 ５ｌ ｉｎＩｎ孔，将 ５０ ｍｎｌ钢棒穿人吊孔中形 成吊点，２块钢板横向间距为８ ｃｍ，竖向吊环间距 鲜世雄等・大跨度、高悬空、大截面混凝土井字梁模板支撑体系设计 为２．０ ｍ，连接钢棒长１５ ｅｍ，吊环焊缝高度不应 小于１５ ｍｍ。 ３．２．３井子梁支撑钢梁及下吊环设计 ３．２．３．１主梁支撑钢梁及下吊环设计 主梁斜拉索吊模的设计共在梁底部铺设３层工 字钢（如图４、５所示）。自上而下第１层采用Ｉ１８工 字钢，垂直于主梁方向布置，长度１．７ ｍ，横向间 距为７５０／ｎｌｎ，上部铺设建筑标准钢模板形成底模。 第２层采用２根Ｉ２５ａ工字钢，作为主支撑系统，横 向间距１．３８４ ｍ，两端与支座焊接，支座采用２５ａ 工字钢，长度２５ ｅｍ（支座与墙体预埋板焊接），第 ３层采用ＨＷ２５０ ｘ ２５０工字钢，长度２．２ ｍ，纵向间 距２．０ ｍ，垂直于第２层工字钢方向布置，下部吊 环位置设在该道工字钢上，上、下吊环形式相同， 左右吊环间距１．８４ ｍ。 第１层工字钢与第２层工字钢采用断焊连接， 仅起固定作用；由于吊点设在第３层工字钢上，故 第２层工字钢与第３层工字钢四周均采用满焊，焊 缝高度不低于８ ｌｎｌｎ。同时在第３层工字钢设吊环 部位腹板部位加设两块１０ ｌｎｌｎ厚加劲钢板，以保证 承受拉力时在该部位发生局部变形破坏。 主梁斜拉索支撑方案设计见图４、５。 图４主梁斜拉索吊模结构图（单位：ｃｍ） 图５主梁斜拉索支撑剖面图（单位：ｅｍ） ３．２．３．２次梁支撑钢梁及下吊环设计 同主梁方案，先在两端焊接Ｉ２５ａ钢支座。再 铺设Ｉ２５ａ工字钢，长度２５ ｍ。下部吊点设在Ｉ２５ａ 支座上，上部吊点设在墙体预埋钢板上，采用 ３４ ｒｒｌｍ钢丝绳斜拉形成次梁整个模板支撑系统。沿已 铺设工字钢垂直方向设置１１８工字钢，横向间距 ６００ １／ｌｌｎ，上部铺设建筑标准钢模板形成底模，侧 模铺设在Ｉ１８工字钢上。吊环形式同墙体吊环。 次梁斜拉索支撑方案设计见图６、７。 图６次梁斜拉索吊模结构图（单位：一） 图７次梁斜拉索支撑剖面图（单位：ｅｍ） ３．２．４花篮螺栓设计 花篮螺栓主要起钢丝绳张紧的作用，在整个斜 拉索支撑方案中起着至关重要的作用，而单吊点承 受２００ ｋＮ的花篮调节螺栓市场上无现货，需从厂 家定做，但加工周期长，影响下闸蓄水节点目标， 同时价格昂贵。由于属于一次性投人，综合考虑施 工成本、施工工期等因素，决定采用自制花篮螺栓 进行钢索的张紧，可调节余度为６０ ｃｍ，自制花篮 螺栓设计见图８。 图８自制花篮螺栓组装图（单位：ｍｍ） ３．２．５施工预拱度 根据规范及经验数据，梁底预拱度按４‰预留。 ３．２．６焊缝设计 所有结构焊缝均按熔透二级焊缝进行设计。 ・ｌ０・ 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１１年第３０卷第３期 ３．３斜拉索支撑方案的设计验算 ３．３．１荷载计算 以厶梁为例计算 混凝土的容重取为２５ ｌ【Ｎ／ ，则混凝土梁荷载 钢板里的０２５ ｈｉｍ螺纹钢锚筋、自制花篮螺栓的 ０３２ Ｉ＇ｌ，ｍａ螺纹钢连接杆件及钢板均为在其它部位施工 中剩余的料头，０３４ ｎｌｎｌ斜拉索采用缆机更换下来的 牵引绳，起到了修旧利废作用，节省了费用。另单 为ｑ１＝１．５ ｍ×２．５ ｍ×２５ ｋＮ／ｍ＝９３．７５ ｋＮ／ｍ。 钢筋荷载约为７ ｋＮ／ｍ。 模板及围楞荷载ｑ，约为５ ｋＮ／ｍ。 恒荷载ｑ恒＝９３．７５＋７＋５＝１０５．７５（ｋＮ／ｍ）。 振捣混凝土时产生的荷载ｇ】：４ ｋＰａ，人员ｇ ＝２ ｋＰａ，ｇ活＝６ ｋＰａ。 荷载ｑ：１．２ｑ恒＋１．４ｑ活＝１３３．３（ｋＮ／ｍ）。 ３．３．２主梁支撑验算 依次进行１１８工字钢小楞、Ｉ２５工字钢验算、 ＨＷ２５０ｘ２５０工字钢、吊环及焊缝、钢棒、钢支座 端部焊缝等验算，计算结果满足各材质及施工安全 要求。 ３．３．３主梁钢丝绳的选择及验算 采用双根０３４ ＩｎｌＴｌ或０３０ ｉｎｌｎ钢丝绳进行斜 拉，单根０３４ ｒａｉｎ钢丝绳的破断拉力为６０３ ｋ＿Ｎ，考 虑钢丝绳已使用过，乘以折减系数０．６，则双根钢 丝绳的设计承载力为２×６０３ ｋＮ×０．６＝７２３．６ ｋＮ， 因钢丝绳与上下吊环的夹角均大于４５。。为简化计 算，按最小夹角４５。计算，则传递到钢丝绳的拉力 Ｎ＝１３５．４１／ｃｏｓ４５。＝１９１．５ ｋＮ＜７２３．６ ｋＮ，满足设计 承载力要求。 从上述计算结果可看出，采用０３４ ｎｌｌｎ和０３０ ｍｌｎ钢丝绳均能满足要求，但为确保施工安全，在 主梁斜拉时采用０３４ ｍｍ钢丝绳。 ３．３．４次梁支撑、钢丝绳选择及验算 同主梁支撑验算，验算结果满足各材质及施工 安全要求，次梁斜拉时采用０３４ ｍｌｌｌ钢丝绳。 ３．３．５自制花篮螺栓验算 依次进行套筒螺帽强度、螺杆强度、吊环钢板 及焊缝、０３２ ｌａｉｎ螺纹钢连接及焊缝等进行验算， 计算结果满足要求。 ３．３．６墙体预埋件验算 根据ＧＢ５００１－２００２《水工结构设计规范》第 １０．９预埋件及吊环相关公式计算，验算结果满足 要求。 ４几点体会 ４．１经济技术效益方面 本方案充分利用了工地现有的废旧材料，预埋 吊点承受２００ ｋＮ的花篮调节螺栓单个到工地的价格 约在３ ２００元，本方案需花篮螺栓共计１００个，是一 次性投入，而采用自制的花篮螺栓，单个成本价格 约为５００元，仅此一项可节约费用２７万元。 ４．２双钢板穿钢棒形成的吊环与圆钢加工形成的 吊环比较 本方案单点承受的荷载为２００ ｋＮ，采用双钢板 打孔穿钢棒作为吊环，与圆钢加工形成的吊环相比 较，该方案为双剪切受力，单块钢板仅承受１００ ｋＮ 的剪切力，而圆钢吊环始终为单剪切受力状态，同 时由于圆钢吊环结构尺寸小，在加工过程中可能引 起屈服变形，不易被人察觉，容易引起安全事故。 ４．３钢丝绳作为斜拉索支撑的优点 钢丝绳为柔性材料，采用花篮螺栓紧固后可使 各个斜拉索受力基本达到均匀状态，混凝土浇筑前 仅承受钢筋、支撑与模板的重量，承受的荷载有 限，随着混凝土的浇筑，承受的荷载逐渐加大，根 据测量观察各个绳索的变化，进一步调整花篮螺 栓，使各绳索受力基本一致，可防止由于单点破坏 引起的群破坏效应。 ４．４钢梁制作及安装 钢梁为支撑平台的主要构件，其制作要求几何 尺寸准确，焊缝为熔透二级焊接，各钢梁间排距准 确，因此选择在缆机供料线平台上进行加工，质量 检查可得到保证，经检查确认无质量缺陷后采用缆 机整体吊装至施工面，吊装时采用自制平衡梁两点 起吊，就位与端部支座焊牢后方可松吊钩。 ４．５结构受力方面 本方案充分利用结构构件作为受力支撑点．受 力可靠．并简化附加构件，结构计算简单清晰，施 工安全有保证。 ５结语 龙江水电站枢纽工程进水口８４７．００ ｉｎｌｎ高程井 字联系梁于２０１０年３月全部施工完毕，在进行混 凝土浇筑期间进行了测量跟踪监测，监’狈０结果为最 大沉降量５。５ ｍｍ，完全满足施工预拱度要求，所 有梁未发生侧向位移，梁的结构尺寸完全满足设计 要求，施工结束直至运行期未发现有施工裂缝。 （下转第１４页） 水利水电工程设计ＤＷＲＨＥ・２０１１年第３Ｏ卷第３期 的成孔效果。 ４．３井简变直径带来的不利影响 平台，在下井筒段扩挖时，施工人员没有及时从下 水平隧洞内运走岩渣，而是将岩渣在导井内堆积起 来，一直堆积到扩挖工作面，作为施工人员站立的 Ｎａｍ Ｎｇｕｍ ５水电站调压井井筒总深度１６８．８ ｍ， 其中上井筒段深１１０．５ ｍ，开挖直径６．５ ｍ；下井筒 ５２．３ ｍ，开挖直径变为４．５ ｎｌ，井筒结构见图１。 设计人员将井筒直径由６．５ ｍ变为４．５ ｍ，其 目的是想减少开挖和混凝土衬砌量，节省投资，但 在实际施工过程中，带来了如下问题。 ４．３．１井筒扩挖工作面狭窄 本调压井井简直径不大，为小直径深井筒，下 井筒段开挖半径为２．２５ ｍ，导井半径为０．７ ｍ，剩 工作面。由于岩渣的架空作用，造成了导井堵塞。 ４．４．２解决办法 为了捅开堵塞在导井内的岩渣，首先清理运走 了下部隧洞内堆积的岩渣，让导井内的岩渣尽可能 地自由落体溜下来。然后，对于架空堆积在导井 内，无法自由落体溜下来的岩渣，主要采用了小药 量、弱爆破、震动处理的措施，成功解决了导井堵 塞问题。 余工作台为１．５５ ｍ，过于狭窄，施工人员处在深 井内部，站在如此狭窄的工作台上进行打钻等施工 作业，无法进行，极大地增加了施工难度。 ４．３．２施工成本增加 对于小直径井筒，采用变直径设计，开挖等综 合成本反而会增加，影响施工进度，并且不利于施 工安全。 ４．４导井堵塞 ５结语 （１）Ｎａｍ Ｎｇｕｍ ５水电站调压井井筒施工采用 开挖设计方案２（反井钻机方案），确保了井筒开挖 安全完成，为关键线路实际缩短工期３个月，达到 了预期目的。 （２）对于直径不大的深井，在进行扩挖工作 时，采用直径１．４ ｍ的导井作为溜渣井，是完全可 以的。 导井堵塞在深井开挖中是需要高度关注的问 题，一旦导井堵塞，就非常难处理。从防止导井堵 塞的角度出发，导井直径尽可能大点比较好，但直 径大，费用就增加很多。 （３）为了避免小直径导井堵塞，控制爆破参 数，减小岩渣是非常有效的。 （４）对于直径不大的竖井，为了减少开挖量而 变径，对于施工是不利的，应尽量避免。 作者简介 本工程在井筒扩挖过程中，考虑井简直径不 大，因此直接采用了直径１．４ ｍ的导井作为溜渣 井。在采取了控制钻爆孔间距，尽量减小岩渣粒径 的措施下，上井筒段开挖没有出现堵塞问题，但下 井简段出现了导井堵塞问题。 ４．４．１下井筒段导井堵塞原因 由于下井筒段开挖半径为２．２５ ｍ，导井半径 金宏安 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公 司 天津３００２２２ 宋会红男 高级工程师 中国水电建设集团国际工程有 限公司 北京司 天津１０００４４ 丁秀霞 女 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公 ３００２２２ （收稿日期２０１１—０６—１０） 为０．７ ｎｑ，工作平台为１．５５ ｍ，过于狭窄，施工人 员进行钻孔等施工非常不便，因此，为了创造工作 （上接第１Ｏ页） 二分局 河北涿州 ０ｒ７２７５０ 采用斜拉索吊模法支撑方案，方案可行，优点 周艳平男 助理工程师 中国水利水电第四工程局有限 公司二分局 河北涿州二分局 河北涿州突出，同时也为高悬空、大跨度、大截面梁的施工 创造了一个先例（国内水电工程尚属首例），可供类 似工程实践参考。 作者简介 鲜世雄 男 工程师 中国水利水电第四工程局有限公司 ０７２７５０ 熊 亮 男 工程师 中国水利水电第四工程局有限／厶＼司 ０７２７５０ （收稿日期２０１１—０５—２７）