嘉陵江草街航電樞紐船閘工程人字門安裝

李國(guó)棟，楊光

（1.中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457；2.中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

1 概述

本工程位于重慶市合川區(qū)草街鎮(zhèn)的嘉陵江干流河段上，是嘉陵江干流自下而上規(guī)劃的第二個(gè)梯級(jí)，為一具有航運(yùn)、發(fā)電、攔沙減淤、灌溉、旅游等效益的綜合利用工程，其中船閘工作閘門采用人字形鋼制閘門，上、下閘首各1套，上閘首人字形閘門高30.5 m，下閘首人字形閘門高30.9m，單扇門葉寬均為13.8 m，厚2.0 m，門體采用分節(jié)制作安裝[1]。

上、下閘首人字形閘門單扇門葉分節(jié)情況如表1。上、下閘首人字形閘門分節(jié)方式剖面如圖1。

2 施工特點(diǎn)

2.1 主要難點(diǎn)

本工程人字形閘門具有結(jié)構(gòu)尺寸大，重量大，安裝精度和焊接質(zhì)量要求高的總體特點(diǎn)。

表1 人字形閘門單扇門頁(yè)分節(jié)情況Table1 Segmentation of single door leaf ofm itregate

門體分節(jié)制作和安裝，分節(jié)單件的重量最小27 581 kg，最大42 970 kg，且吊裝施工受場(chǎng)地和空間限制，吊裝精度要求高，構(gòu)件的堆放和倒運(yùn)存在較大困難。

圖1 人字形閘門分節(jié)方式剖面Fig.1 Section of segmentationmode ofm itregate

2.2 施工關(guān)鍵點(diǎn)

焊接量大，焊縫種類多，安裝精度要求高，焊縫質(zhì)量及焊接變形控制最為關(guān)鍵。從拼焊的角度看有3個(gè)特點(diǎn)：一是節(jié)間焊縫不對(duì)稱分布，焊接變形控制難度大；二是單扇門葉由多節(jié)拼焊而成，節(jié)間焊縫種類多，焊接工程量大，影響焊接質(zhì)量因素多，對(duì)焊接工藝實(shí)施過(guò)程控制要求嚴(yán)格；三是門葉為懸掛式運(yùn)行結(jié)構(gòu)，變形自由度大，在要求保證焊縫質(zhì)量，減少焊接變形的同時(shí)，努力將門葉的焊接應(yīng)力降到最低，以減少門葉長(zhǎng)久運(yùn)行而導(dǎo)致過(guò)大的時(shí)效變形。

主要對(duì)策有：

1）嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，根據(jù)評(píng)定合格的焊接工藝，編制焊接規(guī)程，指導(dǎo)焊接施工。

2） 提高焊縫坡口的組對(duì)精度，分清主次焊縫；采用合理的防止裂紋、焊接變形的措施。

3）將第1節(jié)和第2節(jié)門葉的焊接作為典型施工，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析總結(jié)。

4）嚴(yán)格把關(guān)焊材質(zhì)量和焊條使用制度。

3 主要施工工藝

3.1 人字門安裝總體工藝流程

人字門安裝總體工藝流程如圖2所示。

3.2 施工測(cè)量控制

3.2.1 建立空間測(cè)量監(jiān)控體系

閘門精確安裝是建立在測(cè)量監(jiān)控基礎(chǔ)之上的，通過(guò)閘室內(nèi)已驗(yàn)收合格的測(cè)量控制點(diǎn)，通過(guò)“八點(diǎn)八線”法分別建立水平測(cè)量控制網(wǎng)和垂直測(cè)量控制網(wǎng)，用以控制人字門的安裝，如圖3所示。

“八點(diǎn)”即2個(gè)支撐中心、2個(gè)旋轉(zhuǎn)中心、1個(gè)反力作用線交點(diǎn)、1個(gè)門體全關(guān)線交點(diǎn)及2個(gè)由旋轉(zhuǎn)中心上引到頂樞的鏜孔中心點(diǎn)；“八線”即1條船閘中心線、1條門體橫軸線、2條反力作用線、2條全關(guān)狀態(tài)門軸線及2條安裝狀態(tài)門軸線。

圖2 人字門安裝總體工藝流程圖Fig.2 Overallprocess flow diagram for installing m itregate

圖3 “八點(diǎn)八線”測(cè)量控制網(wǎng)Fig.3 Surveying controlnetwork of8 pointsand 8 lines

1）水平測(cè)量控制網(wǎng)：在人字門安裝前，對(duì)船閘中心線、門體橫軸線、反力作用線、閘門全關(guān)位置線、閘門與船閘中心線成12°角的門體安裝位置線、支撐中心、旋轉(zhuǎn)中心、鋼支墩位置線進(jìn)行測(cè)量放樣，并在閘室底板放出安裝基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)在閘門上、下游分別布設(shè)，以便在閘門后期跳動(dòng)調(diào)試過(guò)程中“開?關(guān)”不同位置時(shí)測(cè)量監(jiān)控，主要控制點(diǎn)、線如圖3所示。

2） 垂直測(cè)量控制網(wǎng)：為了保證底樞旋轉(zhuǎn)中心、頂樞旋轉(zhuǎn)中心在同一垂線上，在底樞沒(méi)有就位前，將閘室底板的底樞旋轉(zhuǎn)中心樣點(diǎn)，上引到預(yù)埋的1個(gè)懸臂支架上，如圖4。該懸臂支架比頂樞中心高約1m左右，支架焊接穩(wěn)定可靠，支架上的旋轉(zhuǎn)中心基準(zhǔn)點(diǎn)是保證頂樞、底樞同軸的基準(zhǔn)點(diǎn)，以及頂樞鏜孔的依據(jù)，通過(guò)全站儀至少測(cè)量2次，確保懸臂支架上的旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)與底樞旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)的同軸度，并在施工中特別加以保護(hù)。同時(shí)在懸臂支架上放出支撐中心基準(zhǔn)點(diǎn)，以便于枕座安裝時(shí)吊線控制安裝精度。

圖4 人字門垂直觀測(cè)網(wǎng)布置Fig.4 Layoutof verticalobservation network ofm itre gate

3.2.2 注重過(guò)程測(cè)量控制

為了保證人字門門體的安裝精度，在門體底節(jié)主梁上設(shè)置3個(gè)水平觀測(cè)點(diǎn)，在下游面上設(shè)置3個(gè)垂直觀測(cè)點(diǎn)。門體安裝過(guò)程中，隨時(shí)進(jìn)行測(cè)量監(jiān)控，并在每吊裝完1節(jié)門體且施焊后，對(duì)已安裝完成的門節(jié)重新測(cè)量，計(jì)算累計(jì)偏差，形成對(duì)比記錄，從而掌握門體安裝過(guò)程中的整體情況，指導(dǎo)下節(jié)門體的安裝施工。具體觀測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。

3.3 控制預(yù)埋件安裝精度

圖5 人字門門節(jié)安裝過(guò)程中測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)布置Fig.5 Observation point layout in installation processofm itre gate

人字門預(yù)埋件安裝主要包括底樞埋件、頂樞埋件、止水埋件、支枕埋件等的安裝。埋件的安裝精度尤其重要，在施工過(guò)程中，采取了如下方法進(jìn)行嚴(yán)格控制。

3.3.1 采用花蘭螺栓等進(jìn)行預(yù)埋件的精確定位

在預(yù)埋件施工過(guò)程中，使用了大量的花蘭螺栓等帶有絲扣的調(diào)節(jié)桿件進(jìn)行微調(diào)，保證了埋件的精確定位。

在人字門底樞埋件施工過(guò)程中，在底盤安裝高程處，用角鋼焊接臨時(shí)支架，底盤水平調(diào)整螺桿與預(yù)埋的水平調(diào)整角鋼連接，底盤與臨時(shí)支架用花蘭螺栓配合連接，用來(lái)調(diào)整底盤安裝水平位置，高程的調(diào)整采用千斤頂配合，如圖6所示。

圖6 底樞預(yù)埋件安裝微調(diào)絲桿Fig.6 Fine tuning screw for embedded part installation ofbottom pintle

3.3.2 制定合理的施工工藝

1）二期混凝土工藝

為了保證埋件的施工精度要求，在埋件位置均設(shè)置二期混凝土結(jié)構(gòu)，并在一、二期混凝土接觸面處設(shè)置了垂直于交面的插筋，以確保一、二期混凝土結(jié)構(gòu)良好結(jié)合以及埋件的有效加固。

2）采用“逆序法”施工

在底止水埋件施工過(guò)程中，考慮到門體的變形影響，決定采用“逆序法”施工，即先進(jìn)行門體的安裝、調(diào)整后，再將門體全關(guān)，根據(jù)門體的實(shí)際情況進(jìn)行底止水埋件的安裝、精調(diào)、澆筑二期混凝土，以保證底止水橡皮的壓縮量，保證止水效果。

3.4 門體的安裝

3.4.1 準(zhǔn)備工作和基本條件

1） 測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)或線，準(zhǔn)確無(wú)誤。2） 安裝底樞底座，蘑菇頭就位，底座的二期混凝土已澆筑且已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。3）枕座墊塊已初步調(diào)整就位。4）根據(jù)各閘首人字門不同安裝條件，預(yù)埋加固插筋，架設(shè)豎拼門體用的鋼支墩。鋼支墩應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和工作面面積。5）檢查門體出廠的技術(shù)文件及標(biāo)識(shí)[2]：①門葉和端板中心線，用來(lái)控制門體安裝的垂直度。②底主橫梁中心線，用來(lái)控制門體安裝的水平度。③可靠的定位裝置、構(gòu)件編號(hào)和標(biāo)志及安裝圖紙。6）機(jī)具設(shè)備到位且性能檢查正常。

3.4.2 門葉吊裝

門葉構(gòu)件在閘室進(jìn)行吊裝對(duì)位，門葉安裝位置與閘室軸線成12°角。通過(guò)放樣定出第1節(jié)門葉安裝位置，采用260 t履帶吊將門體構(gòu)件吊裝就位，放穩(wěn)后方可摘鉤并加固。構(gòu)件吊耳在制造廠已加設(shè)，根據(jù)起吊情況，可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)吊耳位置進(jìn)行調(diào)整，保證構(gòu)件起吊平穩(wěn)。第1節(jié)門葉吊裝，一端吊放在蘑菇頭上，另一端放置在鋼支墩上，用千斤頂、楔鐵、鋼板和側(cè)墻上的調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行調(diào)整。采用水平儀、經(jīng)緯儀及吊線錘控制門葉的水平、安裝高程、垂直度等項(xiàng)目。第1節(jié)門葉是基礎(chǔ)，后續(xù)分節(jié)的安裝以第1節(jié)為基準(zhǔn)，所以必須嚴(yán)格控制精度，加固牢靠，保證其穩(wěn)定性，并在每個(gè)分節(jié)安裝前均要對(duì)第1節(jié)的精度進(jìn)行復(fù)測(cè)核對(duì)，并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。左右門葉對(duì)稱吊裝施工，在吊裝下一節(jié)門葉之前，繞門體四周搭設(shè)焊接操作平臺(tái)。

加固方法：為防止門葉在中間節(jié)安裝隨門體高度的增加發(fā)生傾覆，所以鋼支墩設(shè)置位置的閘室底板必須為混凝土地面，將底板表面覆蓋層清除干凈，并植筋作為地錨與鋼支墩加固，保證鋼支墩的穩(wěn)定可靠。通過(guò)在門龕墻面上門軸柱和斜接柱端預(yù)埋支撐點(diǎn)，達(dá)到對(duì)門體加固和調(diào)節(jié)門體垂直度的目的，調(diào)節(jié)螺桿隨門體高度的增加，上下螺桿間在門體調(diào)整完成后加設(shè)不小于φ20的鋼筋或∠45角鋼斜撐連接，形成整體支撐加固網(wǎng)架，如圖7、8所示。

圖7 俯視示意圖Fig.7 Sketch of verticalview

圖8 側(cè)視示意圖Fig.8 Sketch of lateralview

3.4.3 焊縫組對(duì)

門葉吊裝時(shí)，節(jié)間焊縫組對(duì)順序應(yīng)遵循以下原則：先重要焊縫，后次要焊縫；先精度高的面，后精度低的面，具體對(duì)縫順序如圖9所示。

門葉第2節(jié)到最頂部1節(jié)，各節(jié)吊裝對(duì)位時(shí)，先利用制造廠預(yù)拼裝制作的定位板，將門葉分節(jié)緩慢放入定位板內(nèi)，連接閘墻側(cè)花蘭螺栓調(diào)節(jié)桿。以第1節(jié)為基準(zhǔn)，采用鋼琴線、直尺測(cè)量，利用側(cè)墻調(diào)節(jié)桿和底部千斤頂，精調(diào)兩端柱端板的中心線、正側(cè)面彎曲度，面板中心線，并定位焊加固（如圖10）。然后整體檢測(cè)門葉對(duì)角線差，門葉累計(jì)高度，以便后續(xù)分節(jié)安裝中進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，保證門葉安裝的幾何尺寸達(dá)到規(guī)范要求。

圖9 焊縫組對(duì)順序Fig.9 Order ofweld seam fit-up

圖10 門體定位板示意圖Fig.10 Sketch of locking plate of gate body

3.4.4 門葉焊接

門葉焊接采用CO2氣體保護(hù)焊和手工焊兩種方法進(jìn)行。根據(jù)坡口形式、焊縫類型及現(xiàn)場(chǎng)工況，選擇合適的焊接方法，但同一焊縫避免兩種焊接方法交叉使用，以便對(duì)焊縫質(zhì)量的可追溯性檢查。

門葉材料除水平次梁和縱梁采用Q235外，其余均為Q345B，焊條及焊絲的選用如表2所示。

表2 焊條及焊絲選用表Table 2 Selection ofwelding rod and welding stick

建立焊材的使用制度，嚴(yán)格按焊條說(shuō)明書進(jìn)行烘焙，烘焙后的焊條保存在100～150℃的恒溫箱內(nèi)，藥皮應(yīng)無(wú)脫落和明顯裂紋。施焊時(shí)，焊條放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取，并隨手蓋好筒蓋。焊條在保溫筒內(nèi)存放的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)4 h，否則重新烘焙，重復(fù)烘焙次數(shù)不超過(guò)2次。派專人進(jìn)行焊材的保管、烘焙和發(fā)放，并及時(shí)做好烘焙記錄和焊條發(fā)放、回收記錄，施工現(xiàn)場(chǎng)由專人進(jìn)行焊條頭的清理工作。

1）焊接質(zhì)量的主要控制措施有：

①裂紋控制

閘門的一、二類焊縫根據(jù)規(guī)范要求及預(yù)熱溫度進(jìn)行預(yù)熱[3]。具體要求為板厚小于30 mm的焊縫不需要預(yù)熱；板厚在30～38 mm范圍的，預(yù)熱溫度為80～100℃；板厚為38～50mm范圍的，預(yù)熱溫度為100～120℃。焊接時(shí)的層間溫度不應(yīng)低于預(yù)熱溫度，且不高于200℃。

預(yù)熱區(qū)的寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚，且不小于100mm，采用紅外測(cè)溫計(jì)測(cè)量板材表面溫度，在距焊縫中心線兩側(cè)各50 mm處對(duì)稱測(cè)量，每條焊縫測(cè)量點(diǎn)不少于3對(duì)。厚度大于36 mm的低合金鋼，如端板焊縫，焊后采用后熱消氫處理，后熱應(yīng)在焊后立即進(jìn)行，后熱溫度為250～350℃，保溫時(shí)間不少于1 h。

②焊接變形控制

為減少焊接變形和焊接應(yīng)力，根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和坡口形式，選擇合理的焊接順序及采用跳焊、分段退步焊和多層多道焊或采取預(yù)留反變形等措施。焊接中間焊層時(shí)配合錘擊消除應(yīng)力。

端板焊縫雙面焊接時(shí)，一面焊接后用碳弧氣刨或砂輪進(jìn)行背面清根，并將清根側(cè)的定位焊全部清除。采用碳弧氣刨清根，清根后應(yīng)用砂輪修整，并認(rèn)真檢查有無(wú)缺陷。對(duì)需要預(yù)熱的焊縫，碳弧氣刨前進(jìn)行預(yù)熱。

2） 焊接工藝

采用多層、多道、對(duì)稱、分段、退步的方法進(jìn)行，并以先焊接立縫，后焊接橫縫，由內(nèi)到外，由中間到兩邊為原則。

根據(jù)焊接變形控制措施，確定門體的施焊順序及焊接方向，以門葉中心線左右對(duì)稱的焊縫同時(shí)進(jìn)行施焊為例，施焊順序?yàn)椋孩僦懈舭甯拱迮c主梁腹板角焊縫→②端柱中隔板組合焊縫→③邊隔板組合焊縫→④中隔板上下翼緣板對(duì)接焊縫→⑤端柱封板對(duì)接焊縫→⑥端面板對(duì)接焊縫→⑦端板對(duì)接焊縫→⑧主梁上翼緣與面板角焊縫→⑨面板對(duì)接焊縫，如圖11所示。

焊接中隔板角焊縫時(shí)，先將立縫全部完成施焊后，進(jìn)行橫縫的焊接；端板對(duì)接焊縫一邊焊接封底后，另一邊清根封底，而后再雙面同時(shí)焊滿；焊接面板對(duì)接焊縫時(shí)，采用跳焊、分段退步焊方法，由門葉中心向兩邊對(duì)稱施焊。各對(duì)稱焊的焊工在焊接速度和電源大小上盡可能一致。控制焊接層間溫度，以提高焊縫內(nèi)在質(zhì)量，各對(duì)稱焊的焊接線能量盡可能一致。

圖11 門體施焊順序Fig.11 Gate body welding order

在焊接過(guò)程中，由專人監(jiān)視檢測(cè)門體的焊接變形，一旦發(fā)現(xiàn)有較大變形出現(xiàn)，應(yīng)停止施焊，采取改變焊接順序或改變焊接方向等措施來(lái)減小變形。焊接完成后焊工清理焊縫，清除飛濺，自行進(jìn)行外觀檢查，并修磨處理，完成后在焊縫附近標(biāo)記上焊工代號(hào)、焊接日期，同時(shí)做好焊接記錄，包括焊接日期、焊工代號(hào)、焊接方法、焊縫部位、焊縫外觀檢查、探傷類型等可追溯性記載。

3）焊縫檢驗(yàn)、返修處理

焊接完成后，為便于發(fā)現(xiàn)焊縫是否存在延遲裂紋，一、二類焊縫應(yīng)在焊后24 h后進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。焊縫局部無(wú)損檢測(cè)若存在不允許缺陷時(shí)，在其延伸方向或可疑部位作補(bǔ)充檢查；若補(bǔ)充檢查不合格，則對(duì)該條焊縫進(jìn)行全部檢查。對(duì)存在不允許缺陷的焊縫，馬上進(jìn)行分析、找出原因，并制訂返修工藝，進(jìn)行返修處理。同時(shí)查明該條焊縫的施焊焊工，對(duì)此焊工施焊的焊縫應(yīng)增加探傷比例。

返修處理時(shí)，根據(jù)缺陷類型選擇碳弧氣刨或砂輪進(jìn)行清理，修磨成便于焊接的坡口進(jìn)行焊接。返修焊縫的焊接預(yù)熱要求與正式焊縫要求相同。返修完成后重新進(jìn)行探傷檢查。

3.5 背拉桿安裝調(diào)整和門葉軸線調(diào)整

在頂、底樞二期混凝土具備承載強(qiáng)度后，即可進(jìn)行背拉桿的安裝和門體軸線的調(diào)整。

具體調(diào)整時(shí)，慢慢降下安裝用的千斤頂，使門葉處于自由懸掛狀態(tài)。之后用卷?yè)P(yáng)機(jī)配合，旋轉(zhuǎn)門葉，調(diào)整門葉旋轉(zhuǎn)軸的垂直度，通過(guò)測(cè)量斜接柱端的水平跳動(dòng)量，使達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

與此同時(shí)收緊上下層主桿調(diào)節(jié)螺母，使應(yīng)力增加10～15 N/mm2左右，根據(jù)應(yīng)力測(cè)試情況和斜接柱的垂直度，決定每根主桿的收緊量，使各桿應(yīng)力盡量接近，而且斜接柱無(wú)旁彎。再同時(shí)收緊上下層副桿調(diào)節(jié)螺母使應(yīng)力增加10～15 N/mm2左右，在記錄拉桿應(yīng)力的同時(shí)記錄主桿的應(yīng)力增值。反復(fù)以上調(diào)整過(guò)程，使最終符合要求。

4 結(jié)語(yǔ)

重慶嘉陵江草街船閘人字閘門已投入使用近4 a，門體安裝質(zhì)量滿足要求，門體運(yùn)行良好。安裝過(guò)程中，施工人員面對(duì)問(wèn)題群策群力，共同總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝，保證了閘門的安裝質(zhì)量和進(jìn)度要求，更重要的是為以后類似工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1]四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院.重慶市嘉陵江航運(yùn)開發(fā)草街航電樞紐船閘工程土建施工及金屬結(jié)構(gòu)安裝標(biāo)段施工圖設(shè)計(jì)[R].2005.Sichuan Communication Surveying&Design Institute.Construction drawing design for civil construction and metal structure installation sections of Chongqing Jialing River shipping developmentCaojienavigation-power junction lock project[R].2005.

[2]DL/T 5018—94，水利水電工程鋼閘門制造安裝及驗(yàn)收規(guī)范[S].DL/T 5018—94,Specification formanufactureerection and acceptanceofsteelgates in hydraulic and hydroelectric engineering[S].

[3]GB 50205—2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].GB 50205—2001,Code for acceptance of construction quality of steelstructures[S].