向家草壩節(jié)制閘牛腿拆除后弧形閘門的安裝技術(shù)

牛愛軍，李新華，陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

向家草壩節(jié)制閘位于長江一級支流沮漳河的西支，地處當(dāng)陽市玉泉辦事處焦堤村，是1座灌溉節(jié)制閘。節(jié)制閘設(shè)計洪水P=3.3%，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)P=1%，節(jié)制閘設(shè)計洪水位89.24 m，校核洪水位為91.38 m，節(jié)制閘由攔河閘、左右岸連接土壩、調(diào)節(jié)泄水渠等建筑物組成。節(jié)制閘弧形工作閘門9孔，新設(shè)計弧形閘門孔口尺寸12 m×8.5 m(寬×高)。根據(jù)現(xiàn)場道路情況，為方便安全運輸，弧形閘門橫向分成3節(jié)，單節(jié)重9.5 t，弧形閘門門葉重26 t；弧形閘門支臂分直段與靴板段2節(jié)，重6 t；支鉸單重3.8 t。

由于在施工中，老閘門同時還要承擔(dān)汛期的擋水工作，因而閘門安裝只有一個枯水季節(jié)的時間，且這個枯水季節(jié)還要完成老閘門的拆除工作，由此可見工期十分緊張。又由于新設(shè)計弧形閘門支鉸與老閘門牛腿尺寸不相符，老牛腿必須鑿除，重新立模板澆筑，如按常規(guī)施工方法(即先裝支鉸、支臂，再裝門葉)已經(jīng)不能滿足項目工期的要求，故參建各方經(jīng)過多次討論，采用先裝門葉再裝支鉸的施工方法。

1 閘門安裝施工工藝流程及操作要點

1.1 閘門安裝施工工藝流程

閘門安裝施工工藝流程見圖1。

圖1 閘門安裝施工工藝流程圖

1.2 閘門安裝施工操作要點

1.2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備主要工作有：

1)吊裝車道是否滿足吊裝車輛通行要求，路面是否堅實；

2)妨礙吊裝工作的障礙物是否已經(jīng)清除；

3)閘門吊裝前，閘室內(nèi)門槽埋件表面的混凝土殘渣和其他雜物是否清除；

4)檢查埋件各部相關(guān)尺寸是否符合圖紙尺寸；

5)對制作的閘門門體按編號逐一檢查、核對；

6)對吊裝或運輸過程中造成的變形，及時予以矯正[1]。

1.2.2 安裝控制線測量放樣

1)閘門安裝根據(jù)閘孔中心線、底檻中心線和支鉸中心線進(jìn)行控制，高程統(tǒng)一由壩體高程控制，面板弧度根據(jù)支鉸中心及曲率半徑控制。

2)安裝基準(zhǔn)線根據(jù)支鉸中心線和孔口寬度確定，支鉸中心線在安裝鉸座前精確測定。

3)基準(zhǔn)線放樣過程中應(yīng)做到測量工具盡可能統(tǒng)一、測量人員基本固定、測量時間相對一致。

4)吊裝利用原閘門啟閉機，1臺25 t的汽車起重機。并在交通橋上布置2臺5 t卷揚機，用吊車將構(gòu)件從交通橋與啟閉機房空隙處吊至閘室，再利用卷揚機吊至安裝位。

1.2.3 吊裝前準(zhǔn)備

1)閘門從上游圍堰新建的臨時便道進(jìn)入，車道寬5 m，截止于上游鋪蓋。利用鋪蓋地板加墊枕木作為吊裝平臺，安裝采用25 t汽車吊，將分節(jié)閘門調(diào)入門槽內(nèi)。吊裝流程見圖2。

圖2 吊裝流程圖

2)吊裝設(shè)備參數(shù)。選用25 t汽車吊，工作半徑5 m，仰角64.6°；查相關(guān)資料(25 t吊車參數(shù)表)，當(dāng)工作幅度5 m，吊臂伸展長度17.6 m時，額定起重量為13.5 t。

實際起吊能力計算：

Q1=cosαQ

(1)

按式(1)計算，Q1為13.02 t，吊裝總荷重P為9.5 t，而13.02 t>9.5 t；實際起吊能力滿足要求。

3)吊車吊裝能力校核計算：

A=P/Q1

(2)

式中：P為吊裝總荷重，t；Q為起吊能力，t。

按式(2)計算，吊車吊裝能力校核計算為73%，選用的主吊車能夠滿足吊裝要求。

4)吊索選用。吊索與構(gòu)件的夾角一般不應(yīng)小于30°,通常采用45°～60°，以減小吊索對構(gòu)件產(chǎn)生的水平壓力。吊裝時按60°考慮使用2根直徑為28 mm鋼絲繩吊裝。

1.2.4 門葉安裝

1)門葉分三節(jié)制造完畢后，運輸至工地，閘門組裝焊接在閘槽內(nèi)進(jìn)行。

2)第一節(jié)使用25 t吊車吊入閘槽后，利用老閘門卷揚機啟閉機、手拉葫蘆配合調(diào)整門葉的安裝位置，并用定位板將閘門與底檻、側(cè)軌固定。

3)第二節(jié)按照第一節(jié)的吊裝方法吊入閘槽，與最底部一節(jié)進(jìn)行焊縫焊接，焊接完成后同樣用定位板在側(cè)軌處加固焊接(見圖3)。

圖3 吊裝方式示意圖

1.2.5 支鉸安裝

1)第一、二節(jié)弧形閘門安裝固定，牛腿處二期砼強度達(dá)到要求，開始進(jìn)行鉸座的安裝。

2)吊裝方式，通過交通橋?qū)?5 t的吊車放入閘室，配合老閘門卷揚啟閉機、交通橋上的卷揚機與手拉葫蘆，調(diào)整閘門位置并與牛腿埋件相連接(見圖4)。

圖4 支鉸安裝示意圖

1.2.6 支臂及頂節(jié)閘門安裝

1)鉸座安裝完成后，用同樣的吊裝方式，將支腿靴板段吊放入閘室內(nèi)與鉸座連接。

2)調(diào)整支臂位置后，將門葉下節(jié)與支臂下節(jié)(靴板段)用螺栓準(zhǔn)確連接。

3)加固好后再將水平段支臂放入閘槽后與中間門葉及靴板段現(xiàn)場焊縫焊接。

4)焊接好后，頂部一節(jié)吊裝方法同底下兩節(jié)相同。

5)焊接完成后進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，最后安裝閘門止水結(jié)構(gòu)，調(diào)試閘門(見圖5)。

圖5 支臂及頂節(jié)閘門安裝圖

1.3 門葉安裝受力分析

1)底部兩節(jié)閘門對接過程中，會出現(xiàn)閘門向迎水面傾倒的問題(見圖6)。

圖6 底部兩節(jié)安裝示意圖

2)受力分析。

G=mg

(3)

F=G×cos59°

(4)

(5)

τM=M/W=6FmaxL/0.75kh2

(6)

τM=Fmax/A=Fmax/0.7kh

(7)

(8)

式中：G為閘門重力，kN；m為閘門質(zhì)量，kg；g為重力加速度9.8 N/kg；F為閘門向前傾力，kN；τ為鋼板許用應(yīng)力，kN/cm2；τM為彎矩M作用下垂直于焊縫方向的剪應(yīng)力，kN/cm2；M為彎矩，kN/m；W為截面抵抗矩；τO為Fmax作用下平行于焊縫方向的剪應(yīng)力，kN/cm2；A為焊縫計算截面積，cm2；L為鋼板寬度，cm；Fmax為單塊加固鋼板承受拉力，kN。

單節(jié)閘門重9.5 t，二節(jié)閘門取20 t。采用10 mm的Q345B的鋼板加固，每塊鋼板尺寸為10 mm×60 mm×120 mm，焊縫長度h為40 mm，焊縫焊高k為10 mm，Q345B鋼板許用應(yīng)力參數(shù)查表為τ=345 MPa=34.50 kN/cm2。

將上述數(shù)據(jù)代入式(3)～(8)計算，F(xiàn)max=10.68 kN，在弧門安裝過程中共有12塊加固鋼板，即總焊接力計算公式為

F總=12Fmax

(9)

按式(9)計算，F(xiàn)總為128.16 kN≥F=101 kN，加焊定位塊完全滿足閘門受力要求。

2 質(zhì)量控制與安全管理

2.1 質(zhì)量控制

1)工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。弧形閘門安裝施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程單元工程施工質(zhì)量驗收評定標(biāo)準(zhǔn)SL635-2012》、《水利水電工程鋼閘門設(shè)計規(guī)范》(SL74-2013)、《水電水利工程鋼閘門制造安裝及驗收規(guī)范DL/T5018-2004》、《水利水電工程鋼閘門制造、安裝及驗收規(guī)范》(GB/T14173-2008)。

2)質(zhì)量管理制度與主要措施。①按ISO9002質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，建立健全質(zhì)量保證、控制體系，編制質(zhì)量管理手冊；②施工質(zhì)量須符合技術(shù)條款規(guī)定和有關(guān)規(guī)程規(guī)范的技術(shù)規(guī)定；③及時收集施工原始記錄、說明、報表等資料，分析質(zhì)量控制管理的動態(tài)信息，制定改進(jìn)施工質(zhì)量的措施，提高質(zhì)量管理水平；④配備專職的質(zhì)量檢查員對金屬結(jié)構(gòu)安裝的質(zhì)量進(jìn)行跟蹤檢驗，各班組配備兼職質(zhì)量檢查員對本班組施工質(zhì)量進(jìn)行控制；⑤認(rèn)真落實監(jiān)理例會、專題會議中議定的事項，對有關(guān)單位巡視檢查中發(fā)現(xiàn)的各種問題，及時組織整改，并制定防止類似問題再次出現(xiàn)的措施；⑥做好圖紙會審和技術(shù)交底工作，加強技術(shù)培訓(xùn)，堅持特殊工種持證上崗制度，提高全體員工的質(zhì)量意識[2]。

3)施工準(zhǔn)備的檢查。①鋼材、電焊條、電焊機、油漆等主要材料必須具有出廠合格證，其技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計要求，嚴(yán)禁使用不合格的原材料；②測量控制網(wǎng)點的精度符合設(shè)計要求；③門葉面板焊縫焊接前，制定焊接工藝措施并經(jīng)有關(guān)部門審查批準(zhǔn)[3]，施工中嚴(yán)格按批準(zhǔn)的工藝措施實施。

4)施工過程中的質(zhì)量控制。①施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計圖紙及文件施工，如遇有與設(shè)計圖紙不相符時，及時書面報告有關(guān)單位，待取得文字依據(jù)后再繼續(xù)施工[4]。②加強施工工序的銜接,每道工序按照“三檢制”進(jìn)行檢查。隱蔽工程和關(guān)鍵部位的檢查，在監(jiān)理工程師終檢后進(jìn)行覆蓋或進(jìn)入下一道工序。施工中堅持工序質(zhì)量傳遞卡制度，不合格的產(chǎn)品決不傳入下一道工序。③在施工過程中發(fā)生質(zhì)量缺陷或事故時，堅持“三不放過”的原則，認(rèn)真分析，嚴(yán)肅處理。④貫徹質(zhì)量與經(jīng)濟掛鉤的原則，對施工質(zhì)量作出貢獻(xiàn)的單位和個人給予獎勵，對造成的質(zhì)量事故須認(rèn)真調(diào)查、分析，找出事故原因，對事故的責(zé)任人或單位給予處罰。

5)開展質(zhì)量活動。成立質(zhì)量活動(QC)小組，加強質(zhì)量教育，進(jìn)行質(zhì)量分析、交流、總結(jié)，定期召開質(zhì)量現(xiàn)場會，進(jìn)行質(zhì)量評比，形成質(zhì)量競賽。不斷優(yōu)化施工工藝，采用新技術(shù)、新方法提高質(zhì)量水平。

6)做好質(zhì)量檔案管理工作。設(shè)立專人負(fù)責(zé)質(zhì)量資料保管，保存好原始記錄，材料證明書、設(shè)備合格證、質(zhì)量返修記錄等[5]，按規(guī)定格式如實填寫施工質(zhì)量檢查報告，提供詳實的施工記錄報告，繪制竣工圖，竣工資料及時送監(jiān)理工程師審定認(rèn)可。

2.2 安全管理

1)施工中堅持“安全第一，預(yù)防為主”的方針，認(rèn)真貫徹“安全生產(chǎn)，人人有責(zé)”的原則，堅決執(zhí)行國家有關(guān)安全生產(chǎn)的法律、法規(guī)和政策。

2)配置專職安全員對現(xiàn)場各個施工部位的安全施工進(jìn)行監(jiān)督、檢查和管理，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并做好各項記錄。

3)經(jīng)常檢查施工場所、施工機械的安全與完好情況，并做好記錄；對易燃、易爆等化工危險品的運輸及保管制定相應(yīng)的規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行，杜絕事故發(fā)生[6]；在場內(nèi)行駛和進(jìn)行運輸作業(yè)的車輛必須遵守機動車輛安全管理與施工安全的規(guī)定。

4)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備吊裝前，根據(jù)其參數(shù)，制訂安全可靠的吊裝方案，報送監(jiān)理機構(gòu)審查批準(zhǔn)后實施[7]；起吊設(shè)施處于良好使用狀態(tài)，鋼絲繩滿足規(guī)范要求，焊接的吊耳符合設(shè)計要求、且布置合理、并經(jīng)過強度計算；使用的卷揚機、吊車、滑車組等吊裝工具，均需進(jìn)行計算分析，并滿足起重規(guī)范要求；吊裝過程中，專人指揮，整個過程緩慢進(jìn)行，在不同部位有專人監(jiān)護(hù)，保證設(shè)備平穩(wěn)吊裝；吊裝就位后，在確認(rèn)其已落實或已可靠固定后，才允許摘鉤。

5)閘門焊接時上、下層間搭設(shè)牢固且密閉效果好的隔離層，防止施工人員受傷。

6)加強施工人員的安全監(jiān)護(hù)管理，電焊機、電源、開關(guān)等電器設(shè)備均需設(shè)置防雨罩，工作場所搭設(shè)雨棚或采取其他防雨措施。高溫天氣需采取可靠的防暑降溫等勞動保護(hù)措施。

3 結(jié) 語

向家草壩節(jié)制閘弧形閘門于2016-01-03日開始安裝施工，2016-04-03日安裝完成，總安裝9扇弧形工作閘門，與常規(guī)安裝方案相比較，提前了近1個月時間，確保了在汛期前完成閘門安裝工作，并具備擋水條件。9孔弧形工作閘門安裝完成后，經(jīng)施工單位自檢，監(jiān)理單位復(fù)核，質(zhì)量評定合格，經(jīng)過3年時間的檢驗，9孔弧形工作閘門運行正常。實踐證明，向家草壩節(jié)制閘弧形閘門采用先裝門葉再裝支鉸的施工方法是可行的。