分塊制作安裝鋼圍堰在泵站改造工程中的應用

張政凱　張成斌

(江蘇省灌溉總渠管理處， 江蘇 淮安　223200)

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分塊制作安裝鋼圍堰在泵站改造工程中的應用

張政凱張成斌

(江蘇省灌溉總渠管理處， 江蘇 淮安223200)

【摘要】淮安抽水三站加固改造工程需要對上游工作閘門前胸墻鑿除改造，擋水設計采用成本低、施工便捷的鋼圍堰。在實施過程中針對工程實際情況，通過對鋼圍堰方案優化，分塊制作安裝，有效避免了施工過程中可能遇到的困難。分塊鋼圍堰作業時間僅有28天，工作效率高，節省了工期。

【關鍵詞】分塊； 鋼圍堰； 泵站； 加固改造

1概述

江蘇省淮安抽水三站，位于江蘇省淮安市淮安區南郊，北臨灌溉總渠與京杭大運河的交匯處，1997年6月建成并投入使用。該站抽引江都站送來的長江水入灌溉總渠，為農業灌溉提供水源，當淮水豐沛時，淮安三站可逆向運行，結合向里運河送水，反向發電。泵站原規劃設計流量60m3/s，實際裝機流量為66m3/s，總裝機容量(2×1700)kW，兩臺雙向運行臥式機組。

淮安三站投運以來，運行期間存在的問題：機組啟動困難、電機超功率運行、泵站裝置效率較低和2號機組發電工況振動較大等。經過多年運行，泵站機組設備老化、主變壓器在超功率運行情況下已不具備安全運行的條件，影響淮安三站功能的發揮。當下游水位低于6.00m設計水位時，多次開機未成功。

2009年，由江蘇省水利廳組織對淮安三站進行安全鑒定，綜合評定泵站安全類別為三類，建議加固改造。2015年1月，省發展與改革委員會對《淮安三站改造工程初設計》進行了批復，同意實施淮安三站改造工程。工程按原規劃設計流量進行更新改造，主要對主機、主泵、機電設備進行更新改造，站身的主體結構保持原貌，土建部分配合主機和主泵設備進行局部結構鑿除、修補及碳化處理等，工程概算總投資6702萬元。

2鋼圍堰設計目的

根據淮安三站站身結構布置，上游端為工作閘門。為了改善機組啟動困難的問題，設計更換工作閘門，擬在工作閘門上增設小拍門溢流。新閘門厚度增加，由于原工作閘門前胸墻對拍門的開啟造成影響，故對該胸墻進行改造，需要將彎曲部分鑿除。鑿除第一道胸墻底部圓弧部分至高程5.90m，使該胸墻不影響機組抽水啟動時拍門開啟。為改善發電時進水流態，將該胸墻下部做成20cm平段和半徑30cm的圓弧。

胸墻改造時，下游采用檢修閘門擋水；上游施工期設計水位為9.90m(見圖1)，上游擋水如采用土圍堰攔河，雖可以達到無水界面施工，但是因胸墻改造工程量較小，土圍堰施工成本太大，而且周邊無土源，遠距離調土對工期會有影響，最終設計采用鋼圍堰擋水以滿足胸墻施工要求。

圖1　淮安三站站上(10—次年5月)最高日均水位頻率計算

3原鋼圍堰設計方案及缺陷

上游擋水鋼圍堰原設計方案為整塊制作，鋼圍堰尺寸為高×長(11.13m×14.327m)，設計重量約47t，鋼圍堰在工廠一次制作成型后，運輸至施工現場整塊進行吊裝。

整體制作鋼圍堰體積大，運輸難度大，運輸和吊裝過程中止水、防腐層容易被破壞。淮安三站上游出水池兩側為空箱翼墻，吊裝時吊距較長，較難操控。且整體設計鋼圍堰高11.13m，安裝時側向沒有設計門槽定位結構，出水池兩側翼墻是喇叭形混凝土結構，安裝過程中如果遇到水下部位混凝土結構不平整等情況，很難進行調整。

4優化鋼圍堰方案

通過召開方案審查會，設計、制作、施工單位經過商討研究，提出將鋼圍堰進行水平分塊制作安裝的優化方案(見圖2)，具體優化內容包括以下幾個方面。

a.分塊制安。將鋼圍堰自下向上水平分成3塊制作、分2節安裝，具體參數見表1。

b.定位措施。圍堰外翼墻兩側固定活動門檔，用于圍堰吊裝下水過程側向定位；第一節圍堰安裝就位后全部位于水面以下，在第一節圍堰上制作喇叭形結構定位槽，便于第二節圍堰安裝時定位。

c.固定平衡。鋼圍堰安裝就位后，為保持鋼圍堰平衡，圍堰內側上部兩邊及中間增加支撐，固定在胸墻及閘門中墩上；水下部圍堰外側底端和翼墻側由潛水員水下植筋與混凝土結構進行固定；嚴格控制鋼圍堰擋水水位差，上游水位不得高于9.70m,水泵抽排控制下游水位不低于4.00m。

圖2　分塊制作鋼圍堰平、立面

d.輔助設施。第一節圍堰增加4個吊耳；兩節圍堰之間增加一道P形水平止水；鋼圍堰安裝固定后，在圍堰頂端焊接50cm高鋼板保證擋浪高度。

表1　鋼圍堰分塊制作

5鋼圍堰施工

5.1安裝前準備

a.檢查鋼圍堰到場時工廠制造件是否齊全，全部部件在吊卸、運輸、存放和防腐過程中有無碰撞變形，如有變形，進行矯正處理。

b.鋼圍堰吊裝前，采用潛水員水下作業，安裝活動門擋，并對安裝作業區域進行清場，不能影響鋼圍堰的吊移運行。清除鋼圍堰安裝位置的殘渣和其他雜物。

c.對鋼圍堰進行一次復測，檢查各部位相關尺寸是否符合圖紙尺寸。

d.檢查安裝使用的工具是否齊全、臨時用電設施是否完好，以及觸保、接地是否可靠。

e.安裝前組織對參與安裝人員進行技術交底，主要是安裝方案、操作要點及安全注意事項。

f.檢查安裝用鋼絲繩、鎖夾等是否存在裂紋、斷絲等損傷，如有損傷，進行更換。

5.2測量放樣

根據設計圖紙和站身心線，以鋼圍堰工作提升中心放出安裝樣線，做出標志。為安裝需要，鋼圍堰工作提升中心點掛垂球定點，對應于控制點位。

5.3起重設備選擇

a.最大吊重。取鋼圍堰最重的一節重31t。

b.起吊高度計算。最高一節圍堰6.63m，加上護欄高1m，最小起吊高度為7.63m。

c.工作半徑。圍堰一半長7.14m，空箱翼墻寬4m，再加上起重機車身長度，吊距按16m計算。

d.起重機選擇。綜述上面參數選用QAY220全地面起重機，出桿31.5m，半徑16m，起吊高度7.63m，根據起重機性能表，吊重參數為38.3t(見表2)。吊具采用φ26mm的鋼絲繩，查詢鋼絲繩通用技術參數滿足吊裝受力要求。

e.地基承載力計算：220t吊車自重56t、最大配重78t；吊車支腿下墊鋼板尺寸為2.5m×2.5m×0.05m。

表2　QAY220全地面起重機主臂起重性能

鋼圍堰重31t。基礎底面土層的承載力考慮220t吊車自重及最大配重，4個支腿受力均勻，按承受軸心荷載采用下式計算：

式中P——基底平均壓應力；

N——作用短期效應組合在基底產生的堅向力；

A——基礎底面面積。

N=1.2×(56+78)×10+1.4×31×10=2042kN；

A=4×2.5×2.5=25m2；

P=N/A=2042/25=82.8kPa。

考慮到鋼圍堰吊裝吊車的施工安全，取1.2倍的安全系數，即現場碾壓夯實處理后的地基承載力必須滿足fa≥1.2P=98.01kPa。

按吊車支腿下的地基基礎為5m×5m，根據地質鉆探報告土層厚度及相關特性，通過軟件計算得知，將0.3m埋深的土層進行處理后承載力可以達到104.22kPa(見圖3)。實際施工時，考慮地面不平整等因素，將0.5m厚的土層拌和碎石進行碾壓加固處理。

圖3　處理后的地基承載力計算結果

5.4試吊

安裝前進行試吊，起重機就位后，按照安裝方案確定的吊點對吊物進行綁扎，試吊時吊物起高離地10cm，檢查各項參數是否正常。

試吊過程中，重點觀察地基承載力是否滿足要求，支腿位置是否下沉，鋼絲繩是否滿足吊裝荷載，吊物綁扎方法是否可行、牢固，吊點是否平衡。經試吊檢查無問題后再進行正式吊裝。

5.5鋼圍堰安裝就位

第一節鋼圍堰安裝時，采用4根1長5mφ26mm鋼絲繩鎖扣固定鎖緊在第一節鋼圍堰吊孔內，用大鉤鎖鉤。先緩慢提升離地10cm，檢查確認無異后，再緩慢提升鋼圍堰至安裝位置，緩慢放鋼絲繩，順著活動門檔滑落至底部就位，第一節安裝就位后，4根鋼絲繩留置在水中，分別固定在兩側翼墻上，待拆除時繼續使用。

采用同樣的方法安裝第二節，為確保第二節沿活動門擋緩慢下降至喇叭形定位槽內，鋼圍堰兩端系扣兩根纜風繩，在鋼圍堰吊移至活動門擋位置過程中，人工配合吊車進行就位控制。在兩頭設置2個手拉葫蘆，在鋼圍堰灌入時，利用手拉葫蘆配合，調整鋼圍堰位置，保證第二節圍堰與第一節圍堰連接到位。

5.6安裝過程中注意事項

安裝過程中主要控制鋼圍堰灌入速度，緩慢下落，出現卡住停頓或者摩擦聲響過大等異常情況時，及時暫停灌入，檢查原因，利用吊車大臂進行方向微調，改變吊物的方向，再進行灌入。

鋼圍堰吊裝過程中，做好鋼圍堰的成品、底止水的保護，在起吊前對止水橡皮用澆水法進行防護。對鋼絲繩綁扎部位墊鋪汽車輪胎片，防止鋼絲繩磨損鋼圍堰表面防腐層。

5.7鋼圍堰的拆除

鋼圍堰拆除前采用水泵往圍堰內注水，使圍堰上、下游水位保持平衡，吊車上鉤，保持受力狀態，拆除活動門擋、支撐等定位和固定裝置，而后采用手拉葫蘆往外拉，使鋼圍堰脫離翼墻，必要時采用千斤頂在內側配合將鋼圍堰吊離出水。

6結語

泵站加固改造工程中水工結構改造的工程量往往很小，采用鋼圍堰結構與筑壩土圍堰相比有成本低、施工便捷等優點。淮安抽水三站改造工程針對工程實際情況，通過對鋼圍堰方案進一步優化，分塊制作安裝，有效避免了施工過程可能遇到的困難。鋼圍堰擋水效果良好，胸墻改造得以順利完工，分塊制作安裝鋼圍堰生產、施工操作簡單，效率高，滿足了工期要求。

參考文獻

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.006

中圖分類號：TV551.3

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774(2016)07- 0019- 05

Application of block production and installation of steel cofferdam in pumping station renovation project

ZHANG Zhengkai, ZHANG Chengbin

(JiangsuIrrigationGeneralCanalManagementOffice,Huai’an223200,China)

Abstract：Front quay wall of upstream service gate should be chiseled and renovated in Huai’an water pumping No. 3 station reinforcing and reform project. Steel cofferdam with low cost and convenient construction is adopted in water retaining design. In the implementation process, the cofferdam is produced and installed in blocks through optimizing steel cofferdam plan aiming at actual condition of the project. Possible difficulties in construction process are effectively avoided. Block steel cofferdam operation time is only 28d. The working efficiency is high. Construction duration is saved.

Key words：block; steel cofferdam; pumping station; reinforcement renovation