火力发电厂超高超限运煤栈桥结构设计理念及施工组织方案初探

火力发电厂超高超限运煤栈桥结构设计理念及施工组织方案初探

刘清瑞

（中电建海外投资有限公司）

摘要：本文结合印尼明古鲁2×100MW煤电工程项目中#4运煤栈桥设计实例，及施工组织实践，综合论述火力发电厂“超高超限运煤栈桥”的设计理念和施工组织在实践中的运用。

关键词：运煤栈桥；设计理念；施工组织

0.引言

该电站位于印尼苏门答腊岛明古鲁省，距离印度洋约200m。岩土勘测报告显示，该区域位于地震活跃地区，历史上发生多次震级大于7级的地震。虽然电厂选址满足《火力发电厂岩土工程勘察规范》（GB/T51031-2014）中发电厂与强烈全新活动断裂的安全距离要求，但抗震结构设计仍为重点。本文以该电厂#4运煤栈桥为例，简述超高超限运煤栈桥的设计理念及施工组织方案。

1.工程概述

该工程基本风压0.70KN/m2，抗震设防烈度8度,设计地震加速度0.30g，设计地震分组为第一组，抗震设防类别乙类，建筑场地类别为III类。

该工程#4运煤栈桥设计倾斜角度12.9。，桥身为整体封闭式。整段栈桥起于碎煤机室5.8m层至主厂房41m层止，总长度为152m，最大柱间桁架跨度32m，分为4榀钢柱组合支架+5跨桁架支撑连接段组成。

2.设计依据

根据《构筑物抗震设计规范》(GB50191-2012)中16.1.4条规定：通廊支承结构纵向侧移刚度较弱时，应采用四柱式框架。根据《火力发电厂土建结构设计技术规程》（DL5022-2012）7.2.1条规定：跨度超过18m时，桥身结构宜采用钢桁架结构，栈桥屋面宜采用轻钢结构，桥面采用现浇混凝土板。封闭栈桥宜采用轻型围护结构。这些规定从结构形式上基本定义了栈桥的结构形式。

#4栈桥水平长度152m，桥面衔接主厂房处最高相对标高41.434m，属于典型的大跨超长超高运煤栈桥结构，栈桥所承受的风荷载、水平地震力作用均由四榀四柱式钢框架承担。根据16.2.9-2公式可计算出通廊在低端构筑物支承处产生的纵向水平地震作用标准值：

FCK=μfl1GL/2

鉴于厂区地震烈度为8度（0.3g），场地土类别为III类弱土，低端承受的栈桥水平地震力过高时会引起碎煤机室柱基础应力超限，从而影响到碎煤机室整体结构的稳定性，故需考虑廊道两端与相邻构筑物衔接节点的特殊设计。

3.结构选型

3.1栈桥支架柱型式

根据规范规定，支架柱采用四肢钢柱支撑结构体系。在纵向水平地震力验算中，不断调整各榀支架柱刚度，合理分配不同水平地震力，最大限度弱化栈桥纵向水平地震力对低端构筑物的影响。柱脚节点采用铰接节点消除上部结构产生的弯矩及水平剪力对柱脚的影响，从而改善钢框架柱的受力方式。

在垂直栈桥桥面的横向方向，采用支撑框架结构将桁架端竖杆与端部系杆的刚性连接设计，增加钢支架的横向抗侧刚度，以减小栈桥横向水平位移。

3.2栈桥桁架选型及自身受力性能的改良

根据设计经验，#4运煤栈桥桁架设计方案优选宽翼缘工字钢为主体受力弦杆构件+圆钢截面的腹杆构件，二者共同作用形成整体结构型式。同时将斜腹杆由受压杆改为受拉杆件，稳定性能显著提高。实施情况证明，桁架构件截面既能得到优化，构件选取形式又给施工组织提供了最大限度的便利。该栈桥钢结构总重560T，相比同等规模栈桥，用钢量减少12.3%。

3.4高烈度地区的抗震构造措施

根据《抗震设计规范》（GB5011-2010(2016)版3.3.3条规定：建筑场地为III类时，对设计基本地震加速度为0.30g的地区，宜分别按抗震设防烈度为9度（0.40g）时的抗震设防类别建筑的要求采取抗震构造措施。

首先进行框架-支撑结构体系的合理性布局，沿结构的纵、横两个方向均匀布置有效支撑，严格控制构件的长细比与板件宽厚比的界限值，保证结构构件安装时的稳定性；其次，桁架沿廊道通长设置刚系横梁及纵向水平支撑以传递地震力和风荷载，并于桁架端竖杆处与端部刚性系杆进行刚性连接设计，以满足横向稳定性要求；再者，廊道两端与相邻构筑物的衔接节点设计，借鉴桥梁支座的设计理念，将传统滚轴支座改为钢板之间加垫两块聚四氟乙烯板传递摩擦力，栈桥两端与建筑物钢梁连接均设置滑动支座，实践证明，聚四氟乙烯板施工方便且性能良好，滑动效应满足要求。

4.施工组织方案

4.1设计和施工组织方案的结合

4#运煤栈桥属于“超限超高”栈桥。综合考虑现场实际情况，建设单位、施工单位和设计院一道，本着“科学经济、安全便利”的原则，从“桁架结构选型、杆件连接方式”等方面进行反复讨论、论证。

桁架杆件体系设计采用大六角10.9级扭剪型高强螺栓连接。高强螺栓终拧后，可采用0.3~0.5kg的小锤敲检，同时进行扭矩抽查，易于质量控制。另外，便于地面和高空杆件灵活连接组合，利于高空作业的安全。

4.2施工组织方案

施工组织方案总体思路：利用现有吊车资源，尽量地面组合，减少高空作业。

由于现场只有一台150t履带吊，起吊能力无法将单跨栈桥整体组合吊装就位。根据栈桥上下弦架的组合重量和吊车工况（本文不涉及钢柱安装），经过计算分别采用“低跨55T单机作业、中高跨55T双机作业、高跨150T单机作业”的总体方案。

4.3施工实施情况

4#栈桥总重560T，大小杆件共18000件。对于这样的超限构件，雨季期间如何有效实现的按期完成施工？

为了在地面组合时就能给高空作业提供安全操作平台，保证就位构件的横向稳定性，采用了“上下弦桁架地面组合，以‘下弦-垂直杆件-上弦-斜杆件’的吊装次序。在下弦桁架组合后吊装前，安装压型钢板并搭设脚手板通道，形成高空安全作业平台”吊装方案。

首先，根据批准的作业指导书，再次核算构件组合重量，计算并准备起吊机械和索具、人员。按照方案进行机械和索具检查，人员安全培训和技术交底。

其次，修筑压实吊车通行道路和排水设施，吊车行进时铺设吊车箱板。

第三，根据当地“晚上多雨白天晴朗”的气候特点，寻找作业时间窗口。

第四，根据作业方案，适时选配起吊机具，做好机械进场退场的调度。按照“由低到高”作业顺序，采用“四吊点、12.9°倾角”绑扎组合桁架，便于构件安装就位。

整个作业过程，先后投入吊装机械三台，人员15人，历时26天，安全顺利完成作业。

5.结束语

从设计理念看，设计理念科学、经济、实用。

从设计和施工的有效结合看，设计阶段在满足设计规程规范的同时，充分考虑施工组织方案的制定和实施，利于施工组织和现场作业，效果显著。

从施工组织看，完全达到了安全、质量、进度、成本控制的目标。

总之，项目管理全寿命周期各个环节紧密相连，不可割裂。在今后的工程实践中需要进一步探索其内在规律，实现项目目标。

参考文献

[1]火力发电厂土建结构设计技术规程DL5022-2012

[2]火电厂和核电厂常规岛主厂房荷载设计技术规程DL/T5095-2013

[3]构筑物抗震设计规范GB5019-2012

[4]钢－混凝土组合楼盖结构设计与施工规程YB9238-92

[5]抗震设计规范GB5011-2010（2016版）

[6]钢结构设计规范GB50017-2003

[7]《钢结构高强度螺栓连接技术规范》JGJ82-2011

[8]《建筑工程施工质量统一验收标准》GB50300-2013

[9]《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001