李枝龍肖振華

（長(zhǎng)沙縣水務(wù)局　長(zhǎng)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(zhǎng)沙縣水務(wù)局長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(guò)程中遇到了水位▽31.6m的洪水，圍堰被迫提前破除，基坑過(guò)水，啟閉機(jī)平臺(tái)施工時(shí)無(wú)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(zhǎng)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(yè)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(cè)。

（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(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)2260 mm，兩端絲桿分別長(zhǎng)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(zhǎng)1060 mm，兩端絲桿分別長(zhǎng)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(guó)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(yè)承受荷載期間，應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)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(yǔ)

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(guò)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(guò)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(chǎng)條件的復(fù)雜性，需要著重注意控制的是閘門門頁(yè)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(guó)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）