淺論水渡河河壩改造工程利用平面鋼閘門作為啟閉機(jī)平臺(tái)的施工承重架技術(shù)

李枝龍肖振華

（長沙縣水務(wù)局　長沙市　410100）

淺論水渡河河壩改造工程利用平面鋼閘門作為啟閉機(jī)平臺(tái)的施工承重架技術(shù)

李枝龍肖振華

（長沙縣水務(wù)局長沙市410100）

文章介紹了水利工程閘壩啟閉機(jī)平臺(tái)承重架牛腿設(shè)計(jì)和高強(qiáng)螺栓受剪承載的一種施工方法，認(rèn)為該方法有利于加快施工進(jìn)度，節(jié)省投資，保證施工安全和提高施工質(zhì)量。

啟閉機(jī)平臺(tái)鋼牛腿高強(qiáng)螺栓

1 工程概況

長沙縣水渡河河壩改造工程位于湘江一級(jí)支流撈刀河下游，工程主要擔(dān)負(fù)安沙、星沙兩鎮(zhèn)農(nóng)田的灌溉和長沙經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的供水任務(wù)，正常蓄水位為▽30.5m，過閘流量4326.7m3/s屬于大（Ⅱ）型水閘工程。閘壩設(shè)計(jì)采用大跨度大噸位的升臥式平面鋼閘門擋水，啟閉機(jī)平臺(tái)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，平臺(tái)主梁梁高1.8m，梁寬0.6m，梁長單孔18.2m，混凝土約67m3。單孔啟閉機(jī)平臺(tái)的鋼筋混凝土荷載為167.5t，模板及承重架荷載為20.0t，風(fēng)載系數(shù)按0.8計(jì)算為1.8m×16m×2×0.8=46.08t，施工荷載按0.3t/m2考慮為16×7.7×0.3=36.96t，單孔的荷載約為270.54t，加上鋼閘門自重78t，總荷載共計(jì)348.54t。

在本工程施工過程中遇到了水位▽31.6m的洪水，圍堰被迫提前破除，基坑過水，啟閉機(jī)平臺(tái)施工時(shí)無法從基礎(chǔ)面搭設(shè)22.5m高的滿堂紅腳手架作為承重架平臺(tái)。為確保在主汛期進(jìn)行閘壩上部結(jié)構(gòu)的施工安全，節(jié)省施工成本，加快施工進(jìn)度，經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，閘門在設(shè)計(jì)工作狀態(tài)下能承受486.72t的水壓力荷載，大于施工承重荷載的1.15倍，能滿足啟閉機(jī)平臺(tái)施工時(shí)的承載能力。因此采取利用平面鋼閘門臥放置在▽42.58m高程作為啟閉機(jī)上部結(jié)構(gòu)的施工承重平臺(tái)。

2 承重架設(shè)計(jì)

在已澆筑好的混凝土閘墩兩邊分別安裝4個(gè)鋼結(jié)構(gòu)牛腿，然后將閘門平放安裝在牛腿上，利用閘門（長7.8m×寬16.0m）作為承重架的底座，在閘門上搭設(shè)滿堂紅的承重架到▽47.0高程，承重架頂部的橫擔(dān)全部采用雙扣件進(jìn)行緊固后，在上面鋪設(shè)方木和模板，然后制安梁鋼筋和澆筑混凝土。

（1）在澆筑閘墩混凝土?xí)r，安裝高強(qiáng)螺栓，該高強(qiáng)螺栓嚴(yán)格按照經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙的尺寸安裝。安裝時(shí)，高強(qiáng)螺栓兩端需用-20mm厚鐵板進(jìn)行穩(wěn)定并與模板緊密相貼，目的是鋼牛腿在安裝時(shí)能與鐵板緊密貼合，使鋼牛腿與閘墩緊密結(jié)合摩擦一起受力。

（2）鋼牛腿安裝好后，用架橋機(jī)將閘門分別吊裝到各個(gè)閘孔內(nèi)，平穩(wěn)安放在鋼牛腿上。

（3）閘門平臥架設(shè)在鋼牛腿上穩(wěn)定后，搭設(shè)滿堂紅承重架。承重架的步距按1.5m布設(shè)，跨距按0.6m布設(shè)進(jìn)行搭設(shè)，承重架底部搭設(shè)掃地桿，承重架縱向每隔6排加設(shè)剪刀撐；承重架搭設(shè)完后，進(jìn)行承重架驗(yàn)收。

（4）由于閘墩門槽中線下游有門槽和二期混凝土埋件，中心線下游的兩個(gè)鋼牛腿安裝高程要相對(duì)下移，為確保閘門安放平穩(wěn)，在鋼牛腿與閘門門頁之間架設(shè)鋼凳支撐，并在相應(yīng)位置增加Ⅰ45工字鋼和［20槽鋼進(jìn)行穩(wěn)定和加固。

附圖　啟閉機(jī)平臺(tái)承重架搭設(shè)示意圖

3 鋼牛腿和高強(qiáng)螺栓的制作

（1）鋼牛腿的制作和安裝見附

加圖紙。

（2）鋼牛腿的制作按圖紙由專業(yè)廠家加工制作，并應(yīng)嚴(yán)格按圖紙進(jìn)行加工，尤其是焊接質(zhì)量和車削面的平整度；采用E5303或E5018焊條進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)焊接要求進(jìn)行打坡口施焊，確保焊接質(zhì)量，必要時(shí)作探傷檢測。

（3）鋼牛腿和預(yù)埋鋼板采用16

Mn鋼板加工制作；預(yù)埋鋼板制作后，

應(yīng)按圖焊接Φ25錨筋鉤，在現(xiàn)場安裝時(shí)，還應(yīng)采用Φ25的鋼筋與對(duì)面的閘墩鋼筋進(jìn)行45°焊接。

（4）牛腿與閘墩預(yù)埋鋼板采用預(yù)埋高強(qiáng)螺栓（10.9級(jí)，直徑42mm）連接，緊固用高強(qiáng)度雙大六角螺帽；高強(qiáng)度螺栓的長度計(jì)算如下：

L=L'+△L（m+ns+3p）+2牛腿鐵板厚（30mm）式中L——高強(qiáng)螺栓的長度（mm）；

L'——連接板層總厚度（mm）；

m——高強(qiáng)度螺母公稱厚度（mm）（50mm）；

n——墊圈個(gè)數(shù)，扭剪型高強(qiáng)度螺栓為1，大六角頭高強(qiáng)度螺栓為2；

s——高強(qiáng)度墊圈公稱厚度（mm）（20mm）；

p——螺紋的螺距（mm）（4mm）。則本部位鋼牛腿的高強(qiáng)螺栓長度為：

①：L=2200+30×2+50×2×2+2×2×20+2×3×4= 2564mm，取2580mm。型式為中間光圓長2260 mm，兩端絲桿分別長160mm。

②：L=1000+30×2+50×2×2+2×2×20+2×3×4= 1364mm，取1380mm。型式為中間光圓長1060 mm，兩端絲桿分別長160mm（用于閘門槽中）。

附圖為啟閉機(jī)平臺(tái)承重架搭設(shè)示意圖。

4 高強(qiáng)螺栓承載力計(jì)算

（1）本工程的鋼牛腿支撐連接方式為摩擦型，根據(jù)中國建筑工業(yè)出版社出版、江正榮編著的《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》第14.6章節(jié)［高強(qiáng)螺栓施工計(jì)算］的規(guī)定，該高強(qiáng)螺栓在連接同時(shí)承受剪切和螺桿軸方向的外拉力，則該高強(qiáng)度螺栓的承載力按下式計(jì)算：

Nby=knfu（P-1.25Nt）

式中Nby——高強(qiáng)螺栓受剪承載力設(shè)計(jì)值；

k——系數(shù)，普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件取0.9，冷彎薄壁型鋼構(gòu)件取0.8；

nf——傳力摩擦面數(shù)目；

u——摩擦面的抗滑移系數(shù)；

P——高強(qiáng)螺栓的預(yù)應(yīng)力；

Nt——每個(gè)高強(qiáng)螺栓在其桿軸方向的外拉力，其值不得大于0.8P；

摩擦型連接在環(huán)境溫度為（100～150）℃時(shí)，其受剪設(shè)計(jì)承載力應(yīng)降低10%。

附表為摩擦面的抗滑移系數(shù)u值。

附表　　摩擦面的抗滑移系數(shù)u值

當(dāng)連接構(gòu)件采用不同鋼號(hào)時(shí)，u值按較低值取用。

（2）由表查和計(jì)算得出M42的高強(qiáng)度螺栓的預(yù)拉力P（kn）為690kN。

（3）一個(gè)高強(qiáng)螺栓的外拉力計(jì)算：（每孔閘墩按布置8個(gè)鋼牛腿計(jì)算，則每個(gè)牛腿承受荷載為348.54÷ 8=43.6T=436kN）

Nt=N×L/h=436×24cm/51cm=205kN

（4）一根M42高強(qiáng)螺栓承載力計(jì)算：

Nby=knfu（P-1.25Nt）

Nby=0.9×1×0.35×（690-1.25×205）=137kN

（5）單個(gè)牛腿需要M42的高強(qiáng)螺栓個(gè)數(shù)為：

n=N/Nby=436/137=3.18（個(gè)）；按2.8倍安全系數(shù)考慮，取9個(gè)。

（6）高強(qiáng)螺栓的布置：為上4中2下3。

5 施工安全和質(zhì)量控制

為確保埋件的施工質(zhì)量和各高強(qiáng)螺栓和鋼結(jié)構(gòu)牛腿均勻受力，在施工時(shí)需注意以下事項(xiàng)：

（1）施工人員在安裝鋼牛腿時(shí)，應(yīng)清除原預(yù)埋鋼板和鋼牛腿結(jié)合面的雜物和鐵銹等；用砂輪機(jī)將螺孔處的卷邊磨平。使鋼牛腿與原預(yù)埋鋼板行成緊密結(jié)合，增加摩擦力。

（2）必須嚴(yán)格控制鋼牛腿的安裝高程，所有牛腿的高程應(yīng)統(tǒng)一。

（3）鋼牛腿的制作，所有焊縫均為一類焊縫；鋼牛腿與埋件的螺栓緊固，必須使用加力桿加勁擰緊。

（4）由于本工程的特殊性，在安裝鋼牛腿之前，我們就根據(jù)牛腿的荷載力及閘墩的重量，計(jì)算了當(dāng)鋼牛腿單側(cè)受力時(shí)，牛腿以上閘墩的抗傾覆能力。為確保安全，我們先期就從閘墩▽34.0m高程開始預(yù)埋4根Φ25的HRB400級(jí)鋼筋作為拉筋。

（5）在鋼牛腿及閘門門頁承受荷載期間，應(yīng)加強(qiáng)觀測并對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真分析，及時(shí)排除隱患。

6 結(jié)語

本施工方案是在大跨度大噸位的升臥式平面閘門擋水水閘施工過程中，遇到不具備從基礎(chǔ)面搭設(shè)滿堂紅承重架時(shí)，充分利用了平面鋼閘門在檢修狀態(tài)時(shí)的受力條件作為上部啟閉機(jī)平臺(tái)的施工承重架平臺(tái)，在實(shí)際施工過程中既保證了工程施工安全和施工質(zhì)量，又節(jié)省了施工投資，加快了施工進(jìn)度。但因?yàn)槔碚撚?jì)算的局限和實(shí)際施工現(xiàn)場條件的復(fù)雜性，需要著重注意控制的是閘門門頁的制作質(zhì)量和設(shè)計(jì)荷載是否能承受上部結(jié)構(gòu)的荷載力及荷載的傳遞，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鋼牛腿的制作安裝及高強(qiáng)螺栓的埋設(shè)質(zhì)量控制。

［1］江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］GBJ204-83.鋼筋混凝土工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

［3］GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

李技龍（1974-），男，函授本科，工程師，主要從事水利工程建設(shè)與管理工作。

（2016-08-12）