淺談青石山水電站主廠房預制構件纜索吊裝設計方案

□陳天明

一、工程簡介

青石山水電站工程位于甘肅省甘南藏族自治州臨潭縣境內的洮河干流上，電站主要由首部樞紐、引水系統、廠房及開關站組成，裝機容量為4000KW的三臺混流水輪發電機組，設計水頭15.4m，電站廠房位于河道的左岸，廠區附近地勢相對平坦，距蘭州市公路里程320公里。

由于本工程工期緊，吊裝噸位較大，距離城市遠，現場施工條件不佳，大噸位吊車的使用受到了周圍條件的限制，三大預制構件和水輪發電機組埋設件的吊裝方案經反復比較，最終確定為纜索吊裝。現將纜索吊裝的設計介紹如下：

二、纜索吊的設計

(一)原始數值

1.廠房安裝間側地面高程2061.00m，另一側桅桿位置選在高程2070.00 m平面上；

2.廠房頂高程2077.10m；

3.三大構件中最大、最重的薄腹梁凈高約1.5米，重量約9噸。

(二)設計示意圖(圖1)

(三)桅桿高度設計及選型

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

h——桅桿凈高

y——廠房最大凈高，y1=2077.00-2061.00=16米

y2=2077.00-2070.00=7米

s——廠房頂距吊裝構件的工作凈高，取0.5米

k——構件高度1.5米

c——繩扣和綁扎高度，取0.5米

n——起重滑車組的最小高度，取1.5米

m——小車高度0.6米

f ——主繩最大撓度，取L/18=65/18=3.6米

從以上數據可得

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

綜上，在廠房安裝間側安裝4節6米桅桿，桅桿基礎澆筑高出2061.00高程0.2米，h1桅桿總高24.2米。另一側安裝2節6米，1節3米桅桿，h2桅桿總高15米，桅桿基礎澆筑高出2070.00高程0.2米，桅桿頂部高程在同一平面，即2085.2高程。

經計算桅桿承受壓力為31.6T，桅桿選用我局自行設計制造的在24米高度下最大承受壓力為200T的桅桿，完全滿足要求。

(四)承重鋼絲繩選擇及校核

主鋼絲繩最大受力：Tmax=(P+Q)L/4f

P——最大起重量9噸

Q——小車及起重滑輪組吊具重量1噸

Tmax——(9+1)×65/4×3.6=45.14 噸

查表初選主繩為6×37、φ56、 公稱抗拉強度170kg/mm2、其破斷拉力Sb是164 噸的鋼絲繩1根，其自重q=1.1074kg/m

考慮自身重量，主鋼絲繩最大受力為

校核其安全系數K1=Sb/ T1max=164/46.7=3.51＞3

(五)主風纜繩的選擇及校核

考慮纜繩在兩端對稱布設，因此只校核一側桅桿的受力就可滿足要求。桅桿頂受力分析(如圖2)

取安全系數K2=3

纜繩拉力T=53.6×3=160.8噸

故選擇6×37、φ56、公稱抗拉強度170kg/mm2，其破斷拉力是164噸的鋼絲繩1根。其安全系數K3=164/53.6=3.04＞3

綜合(4)、(5)兩項，承重鋼絲繩及主風纜繩均選定為6×37、φ56、公稱抗拉強度170kg/mm2的鋼絲繩各1根。主風纜繩由承重鋼絲繩兩端通過設在桅桿頂部的支撐滑輪引出。一般風纜繩可選用φ12的鋼絲繩。

(六)主風纜繩地錨設計(如圖3)

地錨抗拔力由兩部分組成。一部分是錨樁上部的土壤重量G，另一部分為錨樁與土壤的摩擦力T，因此，抗拔力F為：F=G+T0

地錨安全系數K4=(G+T0)/N

G——土壤重量=(b+b1)/2×H×L×γ

L——埋梁長度，取4米

H——地錨埋設深度，取4.5米

γ——土壤容重，取2T/m3

b1——錨坑底部寬=錨樁直徑

Φ——土壤抗拔角，Φ取30

b——有效壓力區

查有關資料，地錨安全系數K5可取為2，則K4＞K5，滿足安全要求。

(七)起重繩、卷揚機選擇及校核

1.起重鋼絲繩的選擇

起重滑輪選用6×6滑輪組，則起重繩受力：

T起=(P+Q)/12=(9+1)/12=0.83噸

查有關資料，起重鋼絲繩安全系數一般選取5～10，取K6=6，

則T1起= T起×K6=0.83×6=4.98噸

查表選取起重鋼絲繩為6×37、φ13、公稱抗拉強度是170kg/mm2，其破斷拉力是8.73噸，完全滿足要求。

2.牽引鋼絲繩的選擇

牽引鋼絲繩最大受力F=F1+F2

F1——克服沿承重鋼絲繩的提升力

F2——克服滑車滾軸中的摩擦力

F=F1+F2=(P+Q)sinβ1+(P+Q)f0

其中f0系數取0.25

F=(9+1)sin6.32+(9+1)×0.25=3.3噸

查表選取起重鋼絲繩為6×37、φ13、公稱抗拉強度170kg/mm2、破斷拉力8.73噸，其安全系數

K7=8.73/3.3=2.65＞2

3.卷揚機的選擇

綜合以上計算，可選取3臺5噸卷揚機，1臺用于起重，布置在安裝間一側，兩臺用于牽引，分別安裝于兩側。

三、結語

該纜索架設成型后，對施工過程中大型構件和設備的吊裝起到了相當大的作用，在橋式起重機沒有安裝之前，利用纜索完成了水輪機錐管、座環埋設件的安裝，使水電站的建設周期縮短了幾個月，實現了當年開工，當年發電，為建設單位創造了相當可觀的發電收益，也為施工單位在水電站建設市場上塑造了良好的聲譽。實踐證明，該纜索的設計指標滿足要求，達到并超過了預計的效果。