船閘閘室墻鋼板護面制作與安裝關鍵技術研究與應用

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.南京水利科學研究院江蘇科興項目管理有限公司，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，閘室結構一般采用鋼護木對閘室墻進行保護，通過以往船閘運行使用情況來看，平均5～10年時間后船閘閘室墻鋼護木均會造成一定程度的破壞，需進行大修處理[1]。隨著行業(yè)對工程耐久性的要求逐漸提高，尤其是建設“平安百年，品質工程”的高標準目標要求，近階段船閘閘室墻設計更多優(yōu)化設計為整體鋼板護面結構。

通過研究調查，類似閘室墻施工時鋼板護面安裝多采用雙吊機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，在整體鋼板護面閘室墻施工中針對鋼板護面制作、安裝工藝進行了革新，實現(xiàn)了機械化減人，大幅提升效率，同時也使得鋼板護面平整度合格率得到進一步提高。

1 工程概況

某樞紐工程，設計最大船舶等級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構方案，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，懸壁墻臨水面自標高7.71m 至17.91m 設置1cm 鋼板護面，高度為10.2m。

2 鋼板護面制作

2.1 鋼板護面分層設計

本工程閘室墻共計13 段，根據(jù)設計圖紙，每標準段鋼板護面分為2 段，尺寸分別為：10.2m*6.2m，10.2m*9.1m。通過市場調研，普通鋼板出廠寬度一般為2m 左右，若采用傳統(tǒng)鋼板護面安裝方式，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，長時間占用起重設備及龍門架，對資源浪費較大[2]。根據(jù)以往經驗，焊縫則分為橫向、豎向或橫豎交替等，從耐久性方面考慮，同時參考設計單位及使用單位意見，在鋼板護面分層制作過程中應盡可能采用橫縫焊接工藝。

因此，為了減少焊接時高空作業(yè)，提高耐久性，結合閘室墻總體工藝，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計，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)調研鋼板廠家生產能力，并考慮加工成本、長途運輸?shù)纫蛩兀蕦⒌谝粚印⒌诙佑址譃?.5m定尺寬度的三塊鋼板運輸至現(xiàn)場后在胎架上進行焊接。

圖1 鋼板分層設計圖

圖2 龍門架正視圖

圖3 龍門架側視圖

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 鋼板護面焊接

按照鋼板護面分層方案，第三層（1.2m 高）在專業(yè)廠家制作成型后運至施工現(xiàn)場，而第一，二層（4.5m高），分為三塊1.5m 鋼板運輸至現(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)以往施工經驗，若焊接工藝選擇不當，則將會對成品的質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”（全稱二氧化碳氣體保護焊）工藝，施工中采用“分段退焊”工序步驟。

根據(jù)現(xiàn)場二保焊機型號為NB-350 雙模塊逆變式二保焊機，而焊接電弧電壓等是影響焊接質量的最關鍵因素。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，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，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級焊縫標準，且電弧電壓過大，受熱面積加大造成鋼板受熱變形變大。經現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)對比分析（如表1），當電弧電壓為24V 時，成品質量最好，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，實測統(tǒng)計鋼板平整度達到96.25%。

表1 不同參數(shù)焊接效果對比表

3 鋼板護面安裝工藝改進

通過調查以往船閘施工經驗，總體閘室墻模板均采用龍門架工藝，且經實踐檢驗此工藝較為成熟。但是針對安裝護面鋼板這一工序的工藝相關資料甚少，如何實現(xiàn)鋼板護面安裝是鋼板護面閘室墻施工的關鍵點，根據(jù)資料顯示類似設計的船閘使用龍門架配合雙吊機抬吊鋼桁架工藝，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，再利用雙吊機將鋼桁架平置于閘室底板，重復之前步驟進行下一段閘室墻施工。

此工藝的不足之處在于：占用機械設備多，每段閘室墻施工均需通過雙吊機將鋼桁架反復起吊，增加了起重作業(yè)的風險；占用人工多，每段閘室墻鋼板與鋼桁架之間連接與分開時均需大量人工進行緊固或解離螺栓，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，經討論、分析、研究決定對此工藝進行改進，避免鋼桁架反復起吊這一工序。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。此次工藝改進主要是對龍門架進行創(chuàng)新改造，在原有基礎上，通過對龍門架起吊系統(tǒng)的重新組合設計，實現(xiàn)自身鋼板護面吊裝功能。

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

第①組電動葫蘆設計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組電動葫蘆設計在橫擔于主梁上方的型鋼上，可在兩根主梁間隙內縱向移動，同時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、橫行走梁實現(xiàn)吊點的多方向調節(jié)，使模板調整靈活高效。3 組電動葫蘆通過集成控制柜控制，通過遙控可實現(xiàn)單個、單組葫蘆的串并聯(lián)運行，操作簡單。通過對龍門架改進后，鋼板護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將鋼板護面在臺架上加工成型；③利用一臺吊機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，重復之前步驟進行下一段閘室墻施工。

通過對比傳統(tǒng)工藝可見，改進后的工藝，臨水面模板框架一次安裝成型后無需反復安拆，避免了其剛性變型，使整體質量得到有效保障；鋼板安裝時，無需再使用雙吊機進行反復抬吊，大大節(jié)約了機械使用成本的同時實現(xiàn)了機械化減人，保證了本質安全。另外，對于鋼板護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焊、極大節(jié)省了人工成本。

4 結語

某樞紐工程閘室墻共計13 段，若采用傳統(tǒng)工藝單段閘室墻施工周期約11 天，而工藝改進后單段施工周期減少為8 天，總計節(jié)省工期39 天。船閘閘室墻鋼板護面制作與安裝工藝革新在工程中成功應用，解決了鋼板護面施工過程中安裝效率低、安全風險高等問題，同時保證護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。