浅谈青石山水电站主厂房预制构件缆索吊装设计方案

□陈天明

一、工程简介

青石山水电站工程位于甘肃省甘南藏族自治州临潭县境内的洮河干流上，电站主要由首部枢纽、引水系统、厂房及开关站组成，装机容量为4000KW的三台混流水轮发电机组，设计水头15.4m，电站厂房位于河道的左岸，厂区附近地势相对平坦，距兰州市公路里程320公里。

由于本工程工期紧，吊装吨位较大，距离城市远，现场施工条件不佳，大吨位吊车的使用受到了周围条件的限制，三大预制构件和水轮发电机组埋设件的吊装方案经反复比较，最终确定为缆索吊装。现将缆索吊装的设计介绍如下：

二、缆索吊的设计

(一)原始数值

1.厂房安装间侧地面高程2061.00m，另一侧桅杆位置选在高程2070.00 m平面上；

2.厂房顶高程2077.10m；

3.三大构件中最大、最重的薄腹梁净高约1.5米，重量约9吨。

(二)设计示意图(图1)

(三)桅杆高度设计及选型

h=y+s+k+c+n+m+f

h——桅杆净高

y——厂房最大净高，y1=2077.00-2061.00=16米

y2=2077.00-2070.00=7米

s——厂房顶距吊装构件的工作净高，取0.5米

k——构件高度1.5米

c——绳扣和绑扎高度，取0.5米

n——起重滑车组的最小高度，取1.5米

m——小车高度0.6米

f ——主绳最大挠度，取L/18=65/18=3.6米

从以上数据可得

h1=16+0.5+1.5+0.5+1.5+0.6+3.6=24.2米

h2=7+0.5+1.5+0.5+1.5+0.6+3.6=15.2米

综上，在厂房安装间侧安装4节6米桅杆，桅杆基础浇筑高出2061.00高程0.2米，h1桅杆总高24.2米。另一侧安装2节6米，1节3米桅杆，h2桅杆总高15米，桅杆基础浇筑高出2070.00高程0.2米，桅杆顶部高程在同一平面，即2085.2高程。

经计算桅杆承受压力为31.6T，桅杆选用我局自行设计制造的在24米高度下最大承受压力为200T的桅杆，完全满足要求。

(四)承重钢丝绳选择及校核

主钢丝绳最大受力：Tmax=(P+Q)L/4f

P——最大起重量9吨

Q——小车及起重滑轮组吊具重量1吨

Tmax——(9+1)×65/4×3.6=45.14 吨

查表初选主绳为6×37、φ56、 公称抗拉强度170kg/mm2、其破断拉力Sb是164 吨的钢丝绳1根，其自重q=1.1074kg/m

考虑自身重量，主钢丝绳最大受力为

校核其安全系数K1=Sb/ T1max=164/46.7=3.51＞3

(五)主风缆绳的选择及校核

考虑缆绳在两端对称布设，因此只校核一侧桅杆的受力就可满足要求。桅杆顶受力分析(如图2)

取安全系数K2=3

缆绳拉力T=53.6×3=160.8吨

故选择6×37、φ56、公称抗拉强度170kg/mm2，其破断拉力是164吨的钢丝绳1根。其安全系数K3=164/53.6=3.04＞3

综合(4)、(5)两项，承重钢丝绳及主风缆绳均选定为6×37、φ56、公称抗拉强度170kg/mm2的钢丝绳各1根。主风缆绳由承重钢丝绳两端通过设在桅杆顶部的支撑滑轮引出。一般风缆绳可选用φ12的钢丝绳。

(六)主风缆绳地锚设计(如图3)

地锚抗拔力由两部分组成。一部分是锚桩上部的土壤重量G，另一部分为锚桩与土壤的摩擦力T，因此，抗拔力F为：F=G+T0

地锚安全系数K4=(G+T0)/N

G——土壤重量=(b+b1)/2×H×L×γ

L——埋梁长度，取4米

H——地锚埋设深度，取4.5米

γ——土壤容重，取2T/m3

b1——锚坑底部宽=锚桩直径

Φ——土壤抗拔角，Φ取30

b——有效压力区

查有关资料，地锚安全系数K5可取为2，则K4＞K5，满足安全要求。

(七)起重绳、卷扬机选择及校核

1.起重钢丝绳的选择

起重滑轮选用6×6滑轮组，则起重绳受力：

T起=(P+Q)/12=(9+1)/12=0.83吨

查有关资料，起重钢丝绳安全系数一般选取5～10，取K6=6，

则T1起= T起×K6=0.83×6=4.98吨

查表选取起重钢丝绳为6×37、φ13、公称抗拉强度是170kg/mm2，其破断拉力是8.73吨，完全满足要求。

2.牵引钢丝绳的选择

牵引钢丝绳最大受力F=F1+F2

F1——克服沿承重钢丝绳的提升力

F2——克服滑车滚轴中的摩擦力

F=F1+F2=(P+Q)sinβ1+(P+Q)f0

其中f0系数取0.25

F=(9+1)sin6.32+(9+1)×0.25=3.3吨

查表选取起重钢丝绳为6×37、φ13、公称抗拉强度170kg/mm2、破断拉力8.73吨，其安全系数

K7=8.73/3.3=2.65＞2

3.卷扬机的选择

综合以上计算，可选取3台5吨卷扬机，1台用于起重，布置在安装间一侧，两台用于牵引，分别安装于两侧。

三、结语

该缆索架设成型后，对施工过程中大型构件和设备的吊装起到了相当大的作用，在桥式起重机没有安装之前，利用缆索完成了水轮机锥管、座环埋设件的安装，使水电站的建设周期缩短了几个月，实现了当年开工，当年发电，为建设单位创造了相当可观的发电收益，也为施工单位在水电站建设市场上塑造了良好的声誉。实践证明，该缆索的设计指标满足要求，达到并超过了预计的效果。