水利工程水閘金屬結(jié)構(gòu)施工方法

趙大海 中交一航局中交河海工程有限公司

1.工程概況

中新天津生態(tài)城北堤水閘及船閘建設(shè)工程（水閘）建設(shè)內(nèi)容為1座內(nèi)外海水換水閘。水閘設(shè)計(jì)流量550m3/s，閘身順?biāo)飨蜷L(zhǎng)20.5m，寬度為97.26m，屬于中型水閘。水閘工作閘門(mén)為8孔布置，單孔凈寬10m，凈高5m。閘室由內(nèi)側(cè)向外海側(cè)依次設(shè)置內(nèi)側(cè)檢修門(mén)槽、工作閘門(mén)門(mén)槽及外海側(cè)檢修閘門(mén)門(mén)槽，并配工作閘門(mén)8套、卷?yè)P(yáng)啟閉機(jī)各8套、檢修閘門(mén)1套、電動(dòng)葫蘆及軌道2套。

2.閘門(mén)施工內(nèi)容

2.1 功能目標(biāo)

中新天津生態(tài)城北堤水閘為盡早實(shí)現(xiàn)內(nèi)海系統(tǒng)與外海的連通和水體交換，恢復(fù)區(qū)域內(nèi)水系的海洋屬性，保障該區(qū)域內(nèi)水體交換能力的總目標(biāo)，同時(shí)具備擋水和換水功能。

2.2 施工內(nèi)容及工程量

安裝施工的主要內(nèi)容：閘門(mén)埋件安裝及二期混凝土澆筑、第一節(jié)工作閘門(mén)安裝，第二節(jié)工作閘門(mén)吊裝、螺栓緊固及焊接、閘門(mén)止水安裝。

3.閘門(mén)及埋件施工方法

3.1 總體施工方法

圖1 中新天津生態(tài)城北堤水閘金屬結(jié)構(gòu)安裝工程量表

閘門(mén)埋件安裝順序：底檻——澆筑二期混凝土——主軌道——反軌道——澆筑二期混凝土——副軌道——澆筑二期混凝土。埋件吊裝采用25t汽車(chē)吊吊裝，人工焊接固定，安裝模板澆筑二期混凝土，其中底檻和門(mén)楣二期混凝土一次澆筑，主軌道和反軌道二期混凝土每3.5m高澆筑一次，共澆筑2次，混凝土人工振搗密實(shí)。

單孔閘門(mén)總高度5.4m，分兩節(jié)制作，底節(jié)高度為3.4m，重量為17t；上節(jié)高度2m，重量為13t。待門(mén)楣安裝完成后，開(kāi)始安裝閘門(mén)。采用100t汽車(chē)吊吊裝，首先吊裝底節(jié)閘門(mén)，放入門(mén)槽內(nèi)，調(diào)直固定，然后吊裝上節(jié)閘門(mén)，調(diào)整對(duì)接，連接固定螺栓，上下節(jié)焊接。

3.2 埋件安裝

（1）埋件安裝準(zhǔn)備工作。在進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備安裝時(shí)，首先從存放場(chǎng)地調(diào)運(yùn)出進(jìn)行安裝的該設(shè)備的全部構(gòu)件、結(jié)構(gòu)總成、機(jī)械總成、零件等進(jìn)行拼裝檢查：檢查門(mén)槽埋件等是否齊全，各部件在運(yùn)輸、存放過(guò)程中有否損傷；檢查各部件在拼接處的安裝標(biāo)記是否屬于本金屬結(jié)構(gòu)的；在組裝檢查中出現(xiàn)損傷、缺陷、或零件丟失等，進(jìn)行修整、補(bǔ)備零件后才準(zhǔn)許進(jìn)行安裝。金屬結(jié)構(gòu)安裝前，先對(duì)一期混凝土預(yù)留槽進(jìn)行檢查，并對(duì)一期混凝土中預(yù)留的插筋進(jìn)行調(diào)直。在門(mén)槽埋設(shè)件安裝以前進(jìn)行鑿毛清洗處理。

（2）埋件安裝。采用汽車(chē)吊將埋件吊至門(mén)槽，并利用千斤頂調(diào)節(jié)螺桿，進(jìn)行精調(diào)，檢查驗(yàn)收后再加固。埋件就位調(diào)整完畢，與一期混凝土中的預(yù)留錨栓、錨筋或預(yù)埋連接件焊牢。嚴(yán)禁將加固材料直接焊接在主軌、反軌、底檻等的工作面上。埋件所有工作面上的連接焊縫，在安裝工作完畢和澆筑二期混凝土后，仔細(xì)打磨，其表面粗糙度應(yīng)與焊接構(gòu)件一致。埋件安裝完畢后，對(duì)所有的工作表面進(jìn)行清理，門(mén)槽范圍內(nèi)影響閘門(mén)安全運(yùn)行的外露物必須清除干凈，并對(duì)埋件的最終安裝精度進(jìn)行復(fù)測(cè)，做好記錄報(bào)送監(jiān)理工程師。安裝好的門(mén)軌外露表面進(jìn)行防腐處理。二期混凝土拆模后，應(yīng)進(jìn)行復(fù)測(cè)，同時(shí)清除遺留的鋼筋頭等雜物，并將埋件表面清理干凈。

3.3 閘門(mén)施工方法

單節(jié)閘門(mén)采用2點(diǎn)吊吊裝方法。底節(jié)閘門(mén)臨時(shí)吊耳設(shè)置：吊耳間距6.6 m，吊耳采用鋼板吊耳，板厚20mm、Q345鋼板制作，單個(gè)吊耳采用4顆8.8級(jí)φ24螺栓與閘門(mén)連接，上節(jié)閘門(mén)利用頂梁肋板上的閘門(mén)永久吊耳作為起吊吊點(diǎn)。

3.4 鋼絲繩受力計(jì)算

鋼絲繩受力計(jì)算：?jiǎn)喂?jié)閘門(mén)采用2點(diǎn)吊吊裝方法，底節(jié)閘門(mén)17T最重，以底節(jié)閘門(mén)吊裝進(jìn)行驗(yàn)收鋼絲繩強(qiáng)度。

底節(jié)閘門(mén)吊耳設(shè)置：吊耳間距6.6 m，吊耳采用鋼板吊耳，板厚20mm、Q345鋼板制作，單個(gè)吊耳采用4顆8.8級(jí)φ24螺栓與閘門(mén)連接，單節(jié)底閘門(mén)總計(jì)2個(gè)吊點(diǎn)，吊裝時(shí)設(shè)定鋼絲繩與閘門(mén)水平夾角為60°。

G計(jì)算=閘門(mén)質(zhì)量+吊具質(zhì)量（吊具質(zhì)量取1.5t）=17t+1.5t=18.5t

最重閘門(mén)單根鋼絲繩所受拉力為18.5t÷2÷sin60°=10.7t

根據(jù)JGJ276-2012《建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》用吊環(huán)吊裝重物時(shí)鋼絲繩安全倍數(shù)不小于6，取鋼絲繩安全系數(shù)k=7，F(xiàn)=10.7＊7=74.9t。

選用6＊37-φ34.5-1850MPa規(guī)格（公稱(chēng)直徑34.5mm，抗拉強(qiáng)度1850MPa，纖維芯）的鋼絲繩2根，水平夾角60°，單根鋼絲繩計(jì)算載荷破斷拉力為82.5t＞74.9t，滿足要求。

3.5 吊裝步驟

（1）100t汽車(chē)吊停在1#閘孔閘門(mén)吊裝位置，四個(gè)支腿全部打開(kāi)，支墊、升高，汽車(chē)處于水平狀態(tài)；工作半徑有效高度以外13m內(nèi)障礙物應(yīng)予以清除；工作前空負(fù)荷運(yùn)行5分鐘以上，檢查機(jī)械工作運(yùn)行是否正常，安全裝置是否可靠。

（2）100t汽車(chē)吊四個(gè)支腿全部打開(kāi)后寬度為8m。首先將一扇閘門(mén)的上下兩節(jié)吊裝至起吊位置，然后再將100t吊機(jī)停放至閘門(mén)起吊位置，保證吊裝半徑12m。

（3）準(zhǔn)備工作完成后，現(xiàn)場(chǎng)司索工將鋼絲繩連接在底節(jié)閘門(mén)兩端的2個(gè)吊點(diǎn)上，等準(zhǔn)備工作一切就緒后，首先進(jìn)行試吊，吊車(chē)在指揮人員的指揮下緩緩起吊底節(jié)閘門(mén)，待整個(gè)閘門(mén)豎立后，起吊閘門(mén)離地面200～300mm時(shí)停吊。觀察10分鐘無(wú)異常后才能繼續(xù)起吊。

（4）起吊底節(jié)閘門(mén)高度超過(guò)閘墩50cm，然后向左慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)，移至閘門(mén)安裝位置上方，指揮人員位于閘門(mén)內(nèi)側(cè)底板上，在門(mén)槽內(nèi)外海側(cè)站立一人，進(jìn)行閘門(mén)與門(mén)槽的定位，定位準(zhǔn)確后緩緩落下，保證閘門(mén)的縱橫向位置準(zhǔn)確，如果定位不準(zhǔn)，必須重新進(jìn)行調(diào)整，直至達(dá)到規(guī)定要求為止。

（5）吊裝過(guò)程中為避免吊起的閘門(mén)因?yàn)轱L(fēng)的影響發(fā)生擺動(dòng)、失穩(wěn)等情況，應(yīng)在閘門(mén)內(nèi)海側(cè)兩端用2根溜繩綁好，作為牽引溜繩調(diào)整方向。當(dāng)閘門(mén)底部距離門(mén)槽底40～100mm時(shí)，調(diào)整閘門(mén)方向達(dá)到準(zhǔn)確位置，指揮吊車(chē)下降就位。

（6）底節(jié)閘門(mén)就位后，因底節(jié)閘門(mén)側(cè)面只有一只主滑動(dòng)輪，為防止閘門(mén)向內(nèi)海側(cè)傾覆，需對(duì)閘門(mén)進(jìn)行支撐固定，內(nèi)海側(cè)采用4道16#工字鋼固定間距2m，工字鋼與地面角度為45°，型鋼頂與閘門(mén)型鋼焊接，底部支撐在底板鋼筋處。胸墻側(cè)采用腳手管與頂托固定閘門(mén)，頂托與閘門(mén)間墊木方。

（7）閘門(mén)固定好之后，解開(kāi)鋼絲繩與閘門(mén)的卸扣，進(jìn)行上節(jié)閘門(mén)吊裝。上節(jié)閘門(mén)按照底節(jié)閘門(mén)吊裝步驟安裝就位后，利用上下節(jié)閘門(mén)的對(duì)準(zhǔn)孔校準(zhǔn)使上下節(jié)閘門(mén)平面垂直度不大于4mm，連接兩節(jié)閘門(mén)之間螺栓進(jìn)行固定。

（8）閘門(mén)內(nèi)海側(cè)底板設(shè)置一臺(tái)登高作業(yè)車(chē)，焊工站在登高車(chē)上對(duì)兩節(jié)閘門(mén)進(jìn)行焊接，外海側(cè)焊接利用胸墻腳手架做施工平臺(tái)。焊接技術(shù)要求：焊接工藝采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，鍍銅低合金鋼氣體保護(hù)焊焊絲，面板對(duì)接采用V型坡口，坡口角度60°。移動(dòng)吊車(chē)至下一閘孔繼續(xù)安裝。

4.結(jié)束語(yǔ)

水利工程中閘門(mén)全部是金屬制造而成，其閘門(mén)的重量非常大，面積與尺寸也比較大，但施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地又比較狹小，給運(yùn)輸和安裝帶來(lái)相當(dāng)大的困難，并且安裝過(guò)程中需要投很大的起重吊裝設(shè)備，增加了項(xiàng)目的成本投入和安全風(fēng)險(xiǎn)。所以目前國(guó)內(nèi)的大中型水閘的平面閘門(mén)基本選擇了分節(jié)制作、運(yùn)輸、安裝，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組對(duì)、焊接。這種安裝方法施工簡(jiǎn)單、快速有效、成本較低，大大降低了安裝過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，得到各參建單位的普遍認(rèn)可。