水利工程水閘金屬結構施工方法

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工程（水閘）建設內容為1座內外海水換水閘。水閘設計流量550m3/s，閘身順水流向長20.5m，寬度為97.26m，屬于中型水閘。水閘工作閘門為8孔布置，單孔凈寬10m，凈高5m。閘室由內側向外海側依次設置內側檢修門槽、工作閘門門槽及外海側檢修閘門門槽，并配工作閘門8套、卷揚啟閉機各8套、檢修閘門1套、電動葫蘆及軌道2套。

2.閘門施工內容

2.1 功能目標

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

2.2 施工內容及工程量

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

3.閘門及埋件施工方法

3.1 總體施工方法

圖1 中新天津生態(tài)城北堤水閘金屬結構安裝工程量表

閘門埋件安裝順序：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。

單孔閘門總高度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。待門楣安裝完成后，開始安裝閘門。采用100t汽車吊吊裝，首先吊裝底節(jié)閘門，放入門槽內，調直固定，然后吊裝上節(jié)閘門，調整對接，連接固定螺栓，上下節(jié)焊接。

3.2 埋件安裝

（1）埋件安裝準備工作。在進行金屬結構設備安裝時，首先從存放場地調運出進行安裝的該設備的全部構件、結構總成、機械總成、零件等進行拼裝檢查：檢查門槽埋件等是否齊全，各部件在運輸、存放過程中有否損傷；檢查各部件在拼接處的安裝標記是否屬于本金屬結構的；在組裝檢查中出現(xiàn)損傷、缺陷、或零件丟失等，進行修整、補備零件后才準許進行安裝。金屬結構安裝前，先對一期混凝土預留槽進行檢查，并對一期混凝土中預留的插筋進行調直。在門槽埋設件安裝以前進行鑿毛清洗處理。

（2）埋件安裝。采用汽車吊將埋件吊至門槽，并利用千斤頂調節(jié)螺桿，進行精調，檢查驗收后再加固。埋件就位調整完畢，與一期混凝土中的預留錨栓、錨筋或預埋連接件焊牢。嚴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，仔細打磨，其表面粗糙度應與焊接構件一致。埋件安裝完畢后，對所有的工作表面進行清理，門槽范圍內影響閘門安全運行的外露物必須清除干凈，并對埋件的最終安裝精度進行復測，做好記錄報送監(jiān)理工程師。安裝好的門軌外露表面進行防腐處理。二期混凝土拆模后，應進行復測，同時清除遺留的鋼筋頭等雜物，并將埋件表面清理干凈。

3.3 閘門施工方法

單節(jié)閘門采用2點吊吊裝方法。底節(jié)閘門臨時吊耳設置：吊耳間距6.6 m，吊耳采用鋼板吊耳，板厚20mm、Q345鋼板制作，單個吊耳采用4顆8.8級φ24螺栓與閘門連接，上節(jié)閘門利用頂梁肋板上的閘門永久吊耳作為起吊吊點。

3.4 鋼絲繩受力計算

鋼絲繩受力計算：單節(jié)閘門采用2點吊吊裝方法，底節(jié)閘門17T最重，以底節(jié)閘門吊裝進行驗收鋼絲繩強度。

底節(jié)閘門吊耳設置：吊耳間距6.6 m，吊耳采用鋼板吊耳，板厚20mm、Q345鋼板制作，單個吊耳采用4顆8.8級φ24螺栓與閘門連接，單節(jié)底閘門總計2個吊點，吊裝時設定鋼絲繩與閘門水平夾角為60°。

G計算=閘門質量+吊具質量（吊具質量取1.5t）=17t+1.5t=18.5t

最重閘門單根鋼絲繩所受拉力為18.5t÷2÷sin60°=10.7t

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

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

3.5 吊裝步驟

（1）100t汽車吊停在1#閘孔閘門吊裝位置，四個支腿全部打開，支墊、升高，汽車處于水平狀態(tài)；工作半徑有效高度以外13m內障礙物應予以清除；工作前空負荷運行5分鐘以上，檢查機械工作運行是否正常，安全裝置是否可靠。

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

（3）準備工作完成后，現(xiàn)場司索工將鋼絲繩連接在底節(jié)閘門兩端的2個吊點上，等準備工作一切就緒后，首先進行試吊，吊車在指揮人員的指揮下緩緩起吊底節(jié)閘門，待整個閘門豎立后，起吊閘門離地面200～300mm時停吊。觀察10分鐘無異常后才能繼續(xù)起吊。

（4）起吊底節(jié)閘門高度超過閘墩50cm，然后向左慢慢轉動，移至閘門安裝位置上方，指揮人員位于閘門內側底板上，在門槽內外海側站立一人，進行閘門與門槽的定位，定位準確后緩緩落下，保證閘門的縱橫向位置準確，如果定位不準，必須重新進行調整，直至達到規(guī)定要求為止。

（5）吊裝過程中為避免吊起的閘門因為風的影響發(fā)生擺動、失穩(wěn)等情況，應在閘門內海側兩端用2根溜繩綁好，作為牽引溜繩調整方向。當閘門底部距離門槽底40～100mm時，調整閘門方向達到準確位置，指揮吊車下降就位。

（6）底節(jié)閘門就位后，因底節(jié)閘門側面只有一只主滑動輪，為防止閘門向內海側傾覆，需對閘門進行支撐固定，內海側采用4道16#工字鋼固定間距2m，工字鋼與地面角度為45°，型鋼頂與閘門型鋼焊接，底部支撐在底板鋼筋處。胸墻側采用腳手管與頂托固定閘門，頂托與閘門間墊木方。

（7）閘門固定好之后，解開鋼絲繩與閘門的卸扣，進行上節(jié)閘門吊裝。上節(jié)閘門按照底節(jié)閘門吊裝步驟安裝就位后，利用上下節(jié)閘門的對準孔校準使上下節(jié)閘門平面垂直度不大于4mm，連接兩節(jié)閘門之間螺栓進行固定。

（8）閘門內海側底板設置一臺登高作業(yè)車，焊工站在登高車上對兩節(jié)閘門進行焊接，外海側焊接利用胸墻腳手架做施工平臺。焊接技術要求：焊接工藝采用二氧化碳氣體保護焊，鍍銅低合金鋼氣體保護焊焊絲，面板對接采用V型坡口，坡口角度60°。移動吊車至下一閘孔繼續(xù)安裝。

4.結束語

水利工程中閘門全部是金屬制造而成，其閘門的重量非常大，面積與尺寸也比較大，但施工現(xiàn)場場地又比較狹小，給運輸和安裝帶來相當大的困難，并且安裝過程中需要投很大的起重吊裝設備，增加了項目的成本投入和安全風險。所以目前國內的大中型水閘的平面閘門基本選擇了分節(jié)制作、運輸、安裝，現(xiàn)場進行組對、焊接。這種安裝方法施工簡單、快速有效、成本較低，大大降低了安裝過程中的風險，得到各參建單位的普遍認可。