向家草壩節制閘牛腿拆除后弧形閘門的安裝技術

牛愛軍，李新華，陳崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156)

向家草壩節制閘位于長江一級支流沮漳河的西支，地處當陽市玉泉辦事處焦堤村，是1座灌溉節制閘。節制閘設計洪水P=3.3%，校核洪水標準P=1%，節制閘設計洪水位89.24 m，校核洪水位為91.38 m，節制閘由攔河閘、左右岸連接土壩、調節泄水渠等建筑物組成。節制閘弧形工作閘門9孔，新設計弧形閘門孔口尺寸12 m×8.5 m(寬×高)。根據現場道路情況，為方便安全運輸，弧形閘門橫向分成3節，單節重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，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汛期的擋水工作，因而閘門安裝只有一個枯水季節的時間，且這個枯水季節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，如按常規施工方法(即先裝支鉸、支臂，再裝門葉)已經不能滿足項目工期的要求，故參建各方經過多次討論，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 施工準備

施工準備主要工作有：

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清除；

3)閘門吊裝前，閘室內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)閘門安裝根據閘孔中心線、底檻中心線和支鉸中心線進行控制，高程統一由壩體高程控制，面板弧度根據支鉸中心及曲率半徑控制。

2)安裝基準線根據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)基準線放樣過程中應做到測量工具盡可能統一、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 吊裝前準備

1)閘門從上游圍堰新建的臨時便道進入，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，將分節閘門調入門槽內。吊裝流程見圖2。

圖2 吊裝流程圖

2)吊裝設備參數。選用25 t汽車吊，工作半徑5 m，仰角64.6°；查相關資料(25 t吊車參數表)，當工作幅度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。吊索與構件的夾角一般不應小于30°,通常采用45°～60°，以減小吊索對構件產生的水平壓力。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)門葉分三節制造完畢后，運輸至工地，閘門組裝焊接在閘槽內進行。

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

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

圖3 吊裝方式示意圖

1.2.5 支鉸安裝

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

2)吊裝方式，通過交通橋將25 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與鉸座連接。

2)調整支臂位置后，將門葉下節與支臂下節(靴板段)用螺栓準確連接。

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場焊縫焊接。

4)焊接好后，頂部一節吊裝方法同底下兩節相同。

5)焊接完成后進行焊縫質量檢查，最后安裝閘門止水結構，調試閘門(見圖5)。

圖5 支臂及頂節閘門安裝圖

1.3 門葉安裝受力分析

1)底部兩節閘門對接過程中，會出現閘門向迎水面傾倒的問題(見圖6)。

圖6 底部兩節安裝示意圖

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為鋼板許用應力，kN/cm2；τM為彎矩M作用下垂直于焊縫方向的剪應力，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。

單節閘門重9.5 t，二節閘門取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鋼板許用應力參數查表為τ=345 MPa=34.50 kN/cm2。

將上述數據代入式(3)～(8)計算，Fmax=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 質量控制與安全管理

2.1 質量控制

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

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

3)施工準備的檢查。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，其技術參數符合設計要求，嚴禁使用不合格的原材料；②測量控制網點的精度符合設計要求；③門葉面板焊縫焊接前，制定焊接工藝措施并經有關部門審查批準[3]，施工中嚴格按批準的工藝措施實施。

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

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

6)做好質量檔案管理工作。設立專人負責質量資料保管，保存好原始記錄，材料證明書、設備合格證、質量返修記錄等[5]，按規定格式如實填寫施工質量檢查報告，提供詳實的施工記錄報告，繪制竣工圖，竣工資料及時送監理工程師審定認可。

2.2 安全管理

1)施工中堅持“安全第一，預防為主”的方針，認真貫徹“安全生產，人人有責”的原則，堅決執行國家有關安全生產的法律、法規和政策。

2)配置專職安全員對現場各個施工部位的安全施工進行監督、檢查和管理，發現問題及時處理，并做好各項記錄。

3)經常檢查施工場所、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的規程，并嚴格執行，杜絕事故發生[6]；在場內行駛和進行運輸作業的車輛必須遵守機動車輛安全管理與施工安全的規定。

4)金屬結構設備吊裝前，根據其參數，制訂安全可靠的吊裝方案，報送監理機構審查批準后實施[7]；起吊設施處于良好使用狀態，鋼絲繩滿足規范要求，焊接的吊耳符合設計要求、且布置合理、并經過強度計算；使用的卷揚機、吊車、滑車組等吊裝工具，均需進行計算分析，并滿足起重規范要求；吊裝過程中，專人指揮，整個過程緩慢進行，在不同部位有專人監護，保證設備平穩吊裝；吊裝就位后，在確認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護管理，電焊機、電源、開關等電器設備均需設置防雨罩，工作場所搭設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措施。

3 結 語

向家草壩節制閘弧形閘門于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，經施工單位自檢，監理單位復核，質量評定合格，經過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。