船閘閘室墻鋼板護(hù)面制作與安裝關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

孫向舉，何建新，王贇，何廣全

（1.江蘇省徐州市港航事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 徐州 221018；2.南京水利科學(xué)研究院江蘇科興項(xiàng)目管理有限公司，江蘇 南京 210029）

為防止過閘船舶對船閘閘室墻臨水面鋼筋混凝土閘室墻的破壞，閘室結(jié)構(gòu)一般采用鋼護(hù)木對閘室墻進(jìn)行保護(hù)，通過以往船閘運(yùn)行使用情況來看，平均5～10年時(shí)間后船閘閘室墻鋼護(hù)木均會造成一定程度的破壞，需進(jìn)行大修處理[1]。隨著行業(yè)對工程耐久性的要求逐漸提高，尤其是建設(shè)“平安百年，品質(zhì)工程”的高標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)要求，近階段船閘閘室墻設(shè)計(jì)更多優(yōu)化設(shè)計(jì)為整體鋼板護(hù)面結(jié)構(gòu)。

通過研究調(diào)查，類似閘室墻施工時(shí)鋼板護(hù)面安裝多采用雙吊機(jī)抬吊并輔以桁架固定工藝，不僅在安全性方面難以保障，施工效率極低，且鋼板安裝后的平整度效果較差。本文以某樞紐工程為背景，在整體鋼板護(hù)面閘室墻施工中針對鋼板護(hù)面制作、安裝工藝進(jìn)行了革新，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化減人，大幅提升效率，同時(shí)也使得鋼板護(hù)面平整度合格率得到進(jìn)一步提高。

1 工程概況

某樞紐工程，設(shè)計(jì)最大船舶等級1000t 級，船閘規(guī)模230×23×4.0m（閘室長×口門寬×門檻水深）。閘室采用整體塢式結(jié)構(gòu)方案，共分13 段，間距布置為19.3m+11×17.4m+19.3m。閘室墻整體高度為15.17m，分為輸水廊道和懸臂墻，懸壁墻臨水面自標(biāo)高7.71m 至17.91m 設(shè)置1cm 鋼板護(hù)面，高度為10.2m。

2 鋼板護(hù)面制作

2.1 鋼板護(hù)面分層設(shè)計(jì)

本工程閘室墻共計(jì)13 段，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，每標(biāo)準(zhǔn)段鋼板護(hù)面分為2 段，尺寸分別為：10.2m*6.2m，10.2m*9.1m。通過市場調(diào)研，普通鋼板出廠寬度一般為2m 左右，若采用傳統(tǒng)鋼板護(hù)面安裝方式，分段分塊吊裝固定焊接，焊接人員高空作業(yè)，焊接效率低下，存在較大安全隱患，且分段吊裝，長時(shí)間占用起重設(shè)備及龍門架，對資源浪費(fèi)較大[2]。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，焊縫則分為橫向、豎向或橫豎交替等，從耐久性方面考慮，同時(shí)參考設(shè)計(jì)單位及使用單位意見，在鋼板護(hù)面分層制作過程中應(yīng)盡可能采用橫縫焊接工藝。

因此，為了減少焊接時(shí)高空作業(yè)，提高耐久性，結(jié)合閘室墻總體工藝，本工程將鋼板沿高度方向共分為4層，長度方向采用通長設(shè)計(jì)，從而避免豎向焊縫。鋼板分塊尺寸分別為：第一層4.5m*6.2m（9.1m），第二層4.5m*6.2m（9.1m），第三層1.2m*6.2m（9.1m），示意圖見圖1。根據(jù)調(diào)研鋼板廠家生產(chǎn)能力，并考慮加工成本、長途運(yùn)輸?shù)纫蛩?，故將第一層、第二層又分?.5m定尺寬度的三塊鋼板運(yùn)輸至現(xiàn)場后在胎架上進(jìn)行焊接。

圖1 鋼板分層設(shè)計(jì)圖

圖2 龍門架正視圖

圖3 龍門架側(cè)視圖

圖4 起吊系統(tǒng)分組示意圖

圖5 鋼板錨固工藝示意圖

2.2 鋼板護(hù)面焊接

按照鋼板護(hù)面分層方案，第三層（1.2m 高）在專業(yè)廠家制作成型后運(yùn)至施工現(xiàn)場，而第一，二層（4.5m高），分為三塊1.5m 鋼板運(yùn)輸至現(xiàn)場后，平鋪在胎架上焊接而成。焊接前將用槽鋼制作而成的胎架頂面調(diào)整水平后鋪裝定尺鋼板，焊接破口采用單面“V”型型式。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，若焊接工藝選擇不當(dāng)，則將會對成品的質(zhì)量尤其是整體平整度造成不良影響。本工程在施工過程中通過不斷摸索，最終確定為“二保焊”（全稱二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊）工藝，施工中采用“分段退焊”工序步驟。

根據(jù)現(xiàn)場二保焊機(jī)型號為NB-350 雙模塊逆變式二保焊機(jī)，而焊接電弧電壓等是影響焊接質(zhì)量的最關(guān)鍵因素。施工過程中，采用直徑1.2mm 焊絲，焊接電流選擇200A，均符合規(guī)范要求，但施工中發(fā)現(xiàn)不同電弧電壓下的成品質(zhì)量參差不齊。通常在焊絲直徑、焊接電流不變的情況下，電弧電壓過低時(shí)，焊縫較窄，余高過大，鋼板平整度不滿足要求；電弧電壓過高時(shí)，焊縫較寬，余高降低，超出一定范圍后會出現(xiàn)凹坑，不滿足Ⅰ級焊縫標(biāo)準(zhǔn)，且電弧電壓過大，受熱面積加大造成鋼板受熱變形變大。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)對比分析（如表1），當(dāng)電弧電壓為24V 時(shí)，成品質(zhì)量最好，故確定焊接參數(shù)為：焊絲直徑1.2mm、電流200A、電弧電壓24V。工程施工完成后，實(shí)測統(tǒng)計(jì)鋼板平整度達(dá)到96.25%。

表1 不同參數(shù)焊接效果對比表

3 鋼板護(hù)面安裝工藝改進(jìn)

通過調(diào)查以往船閘施工經(jīng)驗(yàn)，總體閘室墻模板均采用龍門架工藝，且經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)此工藝較為成熟。但是針對安裝護(hù)面鋼板這一工序的工藝相關(guān)資料甚少，如何實(shí)現(xiàn)鋼板護(hù)面安裝是鋼板護(hù)面閘室墻施工的關(guān)鍵點(diǎn)，根據(jù)資料顯示類似設(shè)計(jì)的船閘使用龍門架配合雙吊機(jī)抬吊鋼桁架工藝，簡要步驟如下：①將作為臨水面模板框架的鋼桁架平置于閘室底板；②將鋼板護(hù)面在鋼桁架上加工成型，通過螺栓固定，組合成閘室墻臨水面模板；③利用雙吊機(jī)將模板起吊斜靠于閘室墻廊道層上；④龍門架移動至模板位置，利用電動葫蘆起吊模板后與臨土面模板組合成整套閘室墻模板；⑤進(jìn)行閘室墻混凝土澆筑；⑥模板拆除，即將模板分離后，利用龍門架將其移動至下一段施工位置，拆除臨水面模板鋼桁架，將其斜靠于廊道層上，再利用雙吊機(jī)將鋼桁架平置于閘室底板，重復(fù)之前步驟進(jìn)行下一段閘室墻施工。

此工藝的不足之處在于：占用機(jī)械設(shè)備多，每段閘室墻施工均需通過雙吊機(jī)將鋼桁架反復(fù)起吊，增加了起重作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；占用人工多，每段閘室墻鋼板與鋼桁架之間連接與分開時(shí)均需大量人工進(jìn)行緊固或解離螺栓，施工效率低，人工成本高；鋼板平整度難控制，由于反復(fù)起吊作為臨水面模板的鋼桁架，難免會造成鋼桁架的剛性變型，故而造成后期施工的閘室墻鋼板平整度難以保證。

為解決傳統(tǒng)工藝弊端，經(jīng)討論、分析、研究決定對此工藝進(jìn)行改進(jìn)，避免鋼桁架反復(fù)起吊這一工序。傳統(tǒng)龍門架多采用兩組電動葫蘆，一組用于閘室墻臨土面模板，一組用于起吊閘室墻臨水面模板。此次工藝改進(jìn)主要是對龍門架進(jìn)行創(chuàng)新改造，在原有基礎(chǔ)上，通過對龍門架起吊系統(tǒng)的重新組合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自身鋼板護(hù)面吊裝功能。

新設(shè)計(jì)龍門架加裝一組鋼板專用電動葫蘆，同時(shí)對其他兩組行走梁進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)模板安裝過程中不同方向的調(diào)整。具體原理如下：吊裝裝置全部采用10t 電動葫蘆，按使用功能設(shè)計(jì)分為3 組，分別用于臨水面框架、鋼板護(hù)面、臨土面模板吊裝，共計(jì)32 個(gè)。

第①組電動葫蘆設(shè)計(jì)于主梁下方焊接的型鋼上面，可沿主梁方向行走，行程2m，用于吊裝臨水面模板及后期鋼板安裝完成后與臨土面模板組合。第②組電動葫蘆設(shè)計(jì)在橫擔(dān)于主梁上方的型鋼上，可在兩根主梁間隙內(nèi)縱向移動，同時(shí)使用液壓桿將型鋼與主框架連接，使其整體可延橫向移動，方便吊裝鋼板后移位靠近迎水面框架，進(jìn)而組合成閘室墻臨水面模板。第③組電動葫蘆用于吊裝臨土面模板，通過加裝縱、橫行走梁實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)的多方向調(diào)節(jié)，使模板調(diào)整靈活高效。3 組電動葫蘆通過集成控制柜控制，通過遙控可實(shí)現(xiàn)單個(gè)、單組葫蘆的串并聯(lián)運(yùn)行，操作簡單。通過對龍門架改進(jìn)后，鋼板護(hù)面安裝工藝簡述如下：①將作為臨水面模板框架的鋼桁架、臨土面模板用龍門架起吊就位；②將鋼板護(hù)面在臺架上加工成型；③利用一臺吊機(jī)斜靠于閘室墻廊道層上；④利用電動葫蘆起吊鋼板與鋼桁架錨固，與臨土面模板組合成整體模板；⑤進(jìn)行閘室墻混凝土澆筑；⑥模板拆除，龍門架移動至下一段施工位置，重復(fù)之前步驟進(jìn)行下一段閘室墻施工。

通過對比傳統(tǒng)工藝可見，改進(jìn)后的工藝，臨水面模板框架一次安裝成型后無需反復(fù)安拆，避免了其剛性變型，使整體質(zhì)量得到有效保障；鋼板安裝時(shí)，無需再使用雙吊機(jī)進(jìn)行反復(fù)抬吊，大大節(jié)約了機(jī)械使用成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化減人，保證了本質(zhì)安全。另外，對于鋼板護(hù)面如何與臨水面框架連接的工藝，通過比選采用焊接錨固的方式代替了原先的螺栓工藝，避免對鋼板開孔及后期補(bǔ)焊、極大節(jié)省了人工成本。

4 結(jié)語

某樞紐工程閘室墻共計(jì)13 段，若采用傳統(tǒng)工藝單段閘室墻施工周期約11 天，而工藝改進(jìn)后單段施工周期減少為8 天，總計(jì)節(jié)省工期39 天。船閘閘室墻鋼板護(hù)面制作與安裝工藝革新在工程中成功應(yīng)用，解決了鋼板護(hù)面施工過程中安裝效率低、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題，同時(shí)保證護(hù)面鋼板安裝后的平整度，在類似船閘閘室墻施工具有極大的參考意義。