水利工程水閘金屬結構施工方法

高學先

（山東省調水工程運行維護中心龍口管理站，山東 龍口 265700）

1 水利金屬結構特點

（1）水利金屬結構具有較高的強度和剛度，能夠承受較大的荷載和水壓力，這使水利金屬結構能夠滿足水利工程對于安全性和穩定性的要求；（2）水利金屬結構施工方便、速度快。相比于傳統的混凝土結構，金屬結構可以在工廠預制，然后現場進行組裝和安裝，大大縮短了工期，提高了施工效率；（3）水利金屬結構重量輕，占地面積小。由于金屬材料的特性，水利金屬結構相對來說更加輕巧，對基礎的要求也比較低，可以節約土地資源并降低對環境的影響；（4）水利金屬結構具有較好的耐久性和可維護性。金屬材料具有較好的抗腐蝕性和耐久性，不易受到水環境和氣候的影響，并且金屬結構也容易進行維護和修理，延長了金屬結構的使用壽命[1]。

2 水利金屬結構的設計與優化的重要性

2.1 提高結構安全性和穩定性

水利工程通常面臨較大的水壓力、荷載和環境變化等挑戰，因此水利金屬結構的安全性和穩定性至關重要。通過設計優化，可以確保結構的強度和剛度滿足工程要求，提高結構的抗風、抗震和抗沖擊能力，從而保證工程的安全運行。

2.2 提高結構效能和經濟性

水利金屬結構的設計優化可以在保證結構安全和穩定的前提下，盡可能減少材料的使用量和構件的數量，提高材料利用率和結構效能。合理的設計優化可以降低施工成本，并減輕對資源的消耗，達到經濟和環境雙贏的效果。

2.3 提高施工效率和減少工期

通常水利金屬結構需要在現場進行組裝和安裝，設計優化可以簡化結構形式和連接方式，提高施工的精確度和速度，縮短施工周期，優化設計還可以減少誤差和修正的需求，降低施工風險和工期延誤的可能性。

2.4 優化材料選擇和環境適應性

水利金屬結構的設計優化可以考慮不同材料的特點和性能，選擇最適合工程要求的材料，以提高結構的耐久性和抗腐蝕性。優化設計還可以充分考慮環境因素，如溫度、濕度和氧化等，使結構與環境條件相適應，延長使用壽命。

2.5 實現可持續發展目標

在當前追求可持續發展的背景下，水利金屬結構的設計優化可以進一步提高工程的節能性和環境友好性。通過優化設計，可以減少能源消耗和碳排放，并且結構的可維護性和可拆解性也可以降低工程的廢棄物產生和資源浪費[2]。

3 水利金屬結構常見問題

3.1 結構安全性問題

水利金屬結構承載著重要的水壓力和荷載，因此結構的安全性是至關重要的。常見問題包括結構強度不足、連接件的松動或斷裂以及結構的穩定性問題。這可能導致結構的失穩、塌陷甚至倒塌，嚴重威脅工程的安全。

3.2 腐蝕問題

由于水環境的特殊性，水利金屬結構容易受到腐蝕的影響，尤其是在鹽水或海洋環境中。腐蝕會導致金屬結構的損壞和減弱，甚至引發嚴重的結構失效，因此，必須選擇適合水環境條件的耐蝕材料，并采取防腐措施，如涂覆防腐劑或增加防腐保護層。

3.3 疲勞問題

由于水利金屬結構通常會長期受到往復荷載和應力的作用，容易引發疲勞破壞。疲勞破壞在金屬結構中表現為裂紋的產生和擴張，最終導致結構的破裂，因此，在設計和施工中需要充分考慮結構的疲勞壽命，并合理控制荷載范圍，防止疲勞破壞。

3.4 材料問題

水利金屬結構的材料選擇也是一個重要問題，不合適的材料會導致結構的強度不足、腐蝕或疲勞問題等。因此，在設計和選材時需要綜合考慮金屬材料的性能和特點，確保選擇適合工程環境和要求的材料。

3.5 誤差累積問題

在水利金屬結構的制作和安裝過程中，存在誤差的累積問題，由于精度要求較高，任何小的誤差在累積過程中都可能導致結構不符合設計要求，這可能包括尺寸、角度或連接誤差等。因此，在施工前需要進行詳細的測量和檢查，確保結構的準確性和質量。

3.6 風振問題

水利金屬結構常常會受到風力的影響，特別是對于高聳的水利設施如橋梁和閘門等。當風速超過結構所能承受的極限時，會引發結構的振動，進而導致結構的破壞，因此，風振問題需要在設計和施工中予以考慮，并采取相應的措施進行抑制。

3.7 適應性問題

在高溫環境下，水利金屬結構可能會受到熱膨脹和塑性變形的影響，導致結構的變形和變形，甚至破壞。而在低溫環境下，金屬結構的強度通常會下降，容易發生脆斷和裂紋。

4 水利金屬結構的設計與優化的策略

4.1 結構荷載

根據水利工程的具體要求和環境條件，合理確定結構所承受的水壓力、荷載和地震力等。對于大型水利金屬結構，需要進行結構荷載分析和計算，確保結構在不同荷載作用下的安全性和穩定性。

4.2 強度和剛度

水利金屬結構需要具備足夠的強度和剛度，以承受荷載及水壓力的作用。在設計過程中，應根據實際情況和設計要求進行結構強度和剛度的計算和驗證，確保結構的安全可靠。

4.3 腐蝕防護

由于水環境的特殊性，水利金屬結構容易受到腐蝕的影響。因此，在設計中需要考慮采用耐腐蝕材料以及適當的腐蝕防護措施，如涂層、防腐劑、防腐保護層等，以延長結構的使用壽命[3]。

4.4 連接方式

水利金屬結構的連接方式對結構的穩定性和強度有著重要影響。在設計時，需要選擇適當的連接方式，并合理計算和驗證連接件的強度和剛度。同時，金屬結構的連接緊固件和焊接等細節要求也需要嚴格控制，以確保連接的可靠性。

4.5 疲勞壽命

水利金屬結構通常會長期受到往復荷載和應力的作用，容易引發疲勞破壞。因此，在設計中需要考慮結構的疲勞壽命，并進行相應的疲勞分析和評估。合理控制荷載范圍、選擇適當的材料和工藝，以延長結構的疲勞壽命。

4.6 環境適應性

水利金屬結構通常要在惡劣的環境條件下運行，如高溫、低溫、濕度等。因此，在設計中需要合理選擇材料并考慮結構對環境的適應性。必要時，可以采取降溫、保溫、防雨等措施，以確保結構的正常運行。

4.7 CAD和數值分析

現代化設計工具如計算機輔助設計（CAD）和數值分析軟件在水利金屬結構設計中扮演著重要角色。通過CAD軟件進行三維建模，可以直觀地展示結構，并輔助進行工程分析和設計，數值分析軟件可以幫助進行結構強度、剛度、穩定性和疲勞分析等，提供科學的數據支持。

5 水利施工中水閘金屬結構施工分析

5.1 埋件安裝

埋件利用載重汽車運輸，運至現場后利用汽車吊將埋件吊至各孔槽內，在各孔槽內使用起重設備及鋼絲繩將埋件吊起就位。焊接底坎支架，將底坎吊裝到位，然后用千斤頂、導鏈、拉緊器等精確調整，確保底坎的高程，工作面平面度，對門槽中心線、孔口中心線的位置符合要求。底坎調整好后，在一期插筋間焊接鋼筋進行加固。底坎調整加固完畢，經檢查合格后澆筑二期砼，等到砼凝固拆模后復測安裝尺寸，符合要求后開始搭設門楣以下埋件，在底坎上表面進行主軌、反軌控制點、線的位置劃線。將底節主、反軌分別吊裝就位，用調節螺栓與一期插筋搭焊進行初步固定，進行粗調，再進行精調。驗收合格后加固埋件。底節主、反軌安裝后進行測量檢查，合格后進行其它各節主軌、反軌的吊裝、調整、加固，進行節間螺栓連接、節間焊縫焊接、打磨及防腐。主、反軌安裝到門楣高程，進行門楣安裝，門楣安裝驗收合格后，進行門楣以上主、反軌的吊裝。

5.2 鋼閘門安裝

鋼閘門用貨車運至施工現場，用汽車吊吊至閘室旁，然后進行閘門附件的組拼及安裝。在門槽安裝完成并具備閘門安裝條件時，利用汽車吊將閘門整體吊放入槽。閘門安裝完成驗收合格后，對閘門進行啟閉試驗：試驗前清除門槽內和門葉上的所有雜物，清除不銹鋼水封座板表面的泥漿。然后按設計和有關規定及現場實際情況進行閘門試驗，用啟閉機將門體沉放入槽，啟閉試驗進行三次。水封橡皮與不銹鋼水封座板接觸面在閘門下降過程中采用水沖淋潤滑，試驗過程檢查閘門主輪運行無卡阻和異常聲響，在閘門達到全關位后，對水封裝置的嚴密性作漏光檢查，試驗后將閘門提出孔口檢查止水橡皮無撕裂，檢查閘門運行正常。

5.3 固定卷揚式啟閉機安裝

首先，對設備進行檢查，包括數量清點及質量檢查，啟閉機縱橫向中心位置線以閘門中心線為準定位，高程點以卷筒中心為準。啟閉機采用汽車吊整體吊裝就位，啟閉機就位后以機座的加工面為準測量和控制水平度，通過千斤頂和楔子板進行調整符合設備技術文件的規定。啟閉機調整合格后，灌注螺栓基礎孔，待砼強度達到要求后擰緊所有基礎螺栓，打緊所有調整用的楔子板，然后再復測一次啟閉機的水平度和中心位置，合格后將所有調整用的墊板和楔子板點焊固定，然后松放鋼絲繩，后纏繞鋼絲繩。啟閉機安裝并檢查合格后，按施工圖紙和制造廠技術說明書對其機械、電氣設備及控制系統等各項性能進行試驗。

6 水利工程金屬結構質量管理策略

6.1 從源頭上加大管理維護力度

在實施水利工程質量管理工作中，水利主管部門及有關單位都要對其進行有效的質量管理，做到從源頭上進行有效的控制。在信息化時代，機電自動化不僅在操作上受到了高度關注，而且在產品的檢測、自動識別等多個領域中也受到了廣泛的關注，這可以有效地節省了企業產品檢測和識別分解的時間。水利主管部門要加強對水利設備生產企業的審核，選擇資質好，信譽好，質量管理體系完善的供應商。運用大數據監測裝備，配置相應的專業人才，強化對金屬結構及機電設備的監管，確保監管的力度與水準。

6.2 加強水利設施的日常維護管理

不斷地完善水利工程質量監管體系，確保體系的可操作性和綜合性，從而保障有關監管工作的有效執行。在日常的管理工作中，認真檢查水利工程金屬結構和機電設備，加大巡檢頻率，要不定時地清理在設備的工作和運轉中產生的灰塵與污垢，以保證其工作和運轉的空間，減少腐蝕物質對設備的損害。由于機械的持續運轉，機械的震動會造成機械零件的損壞，造成機械故障。所以，一定要進行不定時的檢驗，做到及時發現解決問題，還要定期檢查設備的工作情況，以及設備的位置，這樣才能保證設備在任何時候都能處于最好的工作狀態。例如：運用現代信息技術，對閘門進行自動監測，主要是通過輸入閘門開度數據，就能真正地實現對閘門的開關和其他設備的遠程控制。當閘門達到了設置的最低限度時，可以通過自動停止來保證系統的安全。當設備發生一定的故障時，該系統將會發出警報，提示員工迅速處理。

6.3 設備維修與技術改造相結合

建立了水利工程設備維修的標準化、規范化的質量管理制度。對與之有關的質量管理職能進行合理的劃分，并采用考核方式，對區域內的設備維修人員展開績效測評，將測評結果與其工資和獎金相結合，制定獎懲制度，對因工作人員疏忽和故意損壞而造成水利設備故障的行為給予嚴重的處罰，并定期對設備磨損度、維修和保養情況展開檢查評定，挑選專業素養和技能水平較高的工作人員來負責整體水利工程設備維修工作。因為國家水利工程持續地發展，所以中小型規模的水利工程設備也在持續地進行著更新換代，為了保證水利工程的長遠發展，需要對水利設備進行改造和更新，伴隨著水利設備的金屬結構越來越復雜，越來越精密，這就對工作人員的技能要求也越來越高。所以，設備的維護和技術革新是緊密聯系在一起的，對于設備質量管理人員，要根據現代化技術的要求，對水利設備進行改造和更新，學習全新的設備維護技術知識，使用新技術，提高水利工程的工作效率。

6.4 培養專業技術人員

把綜合素質高、工作能力強的人員安排到工作崗位上，能夠取得較好的工作效果，而在水利工程中，機電設備的質量管理工作更是要求有一支專門的隊伍。水利工程部門應重視技術人才的培訓，不僅要使其掌握更多的水利設備管理專業技能，還要使其將理論與實際相結合，實現其全方位的發展。通過激勵和引導的方法，使水利工程技術人員學會去思考分析，歸納總結經驗，從不同的角度去提升自身的專業技能，采用先進的科學管理方式，充分發揮水利工程設備管理的主動性，不斷提升專業素質，為水利工程設備的正常運行保駕護航。

7 結語

總之，在我國的社會經濟發展過程中，水利工程是十分重要的組成部分，而水閘金屬結構施工在水利施工中占有重要地位，無論是運輸、灌溉還是發電防洪方面都有著重要作用。水利工程中水閘金屬結構施工中的每一個環節都要嚴格把控，施工過程中要嚴格管理，規范管理手段，合理運用科學技術，保證水閘金屬結構施工符合要求。我國的水閘金屬結構施工管理還存在很多缺陷，應該多學習先進的施工管理辦法與管理理念，提升我國水閘金屬結構施工管理水平。