水闸闸室加固钢支撑的设计与施工方案探讨
2014-04-16万泉
万 泉
(江苏省江都水利工程管理处,江苏江都 225200)
钢支撑一般情况下是倾斜的连接构件,最常见的是人字形和交叉形,截面形式可以是钢管、H型钢、角钢等,作用是增强结构的稳定性。在水闸闸室加固施工过程中,因闸室内排水,两侧闸墩将承受较大水压力,为确保两侧闸墩稳定,通常在上下游检修闸门之间的闸墩位置上设置临时钢结构对撑,它是闸室支护结构的重要措施,具有设备简单、施工工期短、造价低、支撑轴力大以及拆除方便等优点。
1 工程概况
万福闸位于扬州市以东10km的廖家沟上,为淮河入江水道主要控制建筑物之一,也是淮河入江水道归江控制工程中最大的口门,承担着淮河中上游约65%洪水入江任务。工程兴建于1959年,闸室共65孔,为开敞式钢筋混凝土结构,每孔净宽6m,总净宽390m,设计流量8270m3/s,属大 (1)型水闸、水工Ⅱ级建筑物[1]。经过50年频繁运用,设施已逐渐老化,建筑物存在安全隐患,亟待进行加固改造。工程加固后,将大大改善区域排涝状况,恢复最大行洪能力,进一步促进区域经济的可持续发展,具有良好的社会、经济综合效益。
此次万福闸加固工程主要内容包括:加固闸室结构,上、下游护底,减载加固翼墙,增建启闭机房,拆建控制楼,恢复观测设施以及对万福闸、芒稻闸水文站进行改造等[2]。
万福闸上下游河面宽度近500m。根据万福闸工程功能要求,施工阶段工程需正常运行,施工期间不允许封堵、减小万福闸口门的过流宽度,总体要求是“不断流、不断交通”,施工时底板不得大面积承受浮托力,闸墩不得承受侧向水头[1]。限于以上施工条件,闸室加固施工为水上作业,实施排水加固。闸室上下游检修门间闸门主轨道、底槛进行改造时,将在上下游检修门槽安放检修门排除积水,形成干施工环境。因闸室内排水,两侧闸墩将承受较大水压力,为确保闸室改造施工过程中,两侧闸墩稳定,拟在上下游检修门之间的闸墩3.5m高程位置处每孔增设临时钢结构对撑4根。闸室内钢支撑的布设结构如图1所示。
2 钢支撑设计计算[3 ]
2.1 施工荷载
闸孔上下游检修门间距为6.10m,共设置4道对撑,则毎根对撑承受的轴向压力为
2.2 钢支撑截面的选择
拟选择φ300的钢管,壁厚为10mm。
施工荷载和钢支撑截面的选择见图2。
图1 闸室钢支撑布置 高程:m;尺寸:mm
图2 施工荷载和钢支撑截面 高程:m;尺寸:mm
2.3 钢管支撑稳定性验算
将钢管支撑视为两端铰支座的压杆,μ=1,截面的最小惯性半径为
压杆的柔度为λ=μl/imin=1×6000/102=58.8<λμ=60(Q235钢管短管与中长管的柔度临界值),因此钢支撑为短杆,主要破坏形式为强度破坏,压杆的承载力满足强度要求即可。选用壁厚为10mm的φ300的钢管,满足要求。
2.4 钢支撑活络头设计
由于闸孔净宽不同,钢支撑长度必须可调节,拟对钢支撑端部进行下述设置,如图3所示。
钢支撑可能承受的最大侧压力约为373.60kN,活络头B施加于活络头A的轴向压力将产生图4所示分力F1、F2,其中 F1由联接活络头 B、A之间的M20对拉螺栓承受。
M20对拉螺栓满足要求,实际工作状态中受力远小于此值。
每根钢支撑自重约0.45t,其端部将搁置于由4根φ16螺栓固定于墩墙的钢托架上。
由于同一闸墩不同位置的混凝土表面平整度不一致,安装对撑时需进行调整,在刚度满足要求时不宜设置横撑,不便于对称调整,否则会对施工过程中的转孔安拆造成影响。
3 钢支撑制作加工的质量控制
该工程钢支撑制作加工时的质量控制需注意以下几点:原材料 (包括钢材的种类、材质、厚度)须符合要求;支撑钢管要顺直,无弯曲变形、严重锈蚀;用于两个活络头接触面的钢板要平整;焊缝的高度不小于8mm,焊缝质量符合规范要求;活络头A、B成套制作相匹配并做好标识,尤其是φ40钢管位置要准确。
4 钢支撑的安装与拆除
钢支撑运往现场安装前,先在墩墙上按设计标高钻孔埋设膨胀螺栓、安装钢托架。钢支撑采用8t吊车在公路桥或工作桥上吊装安放在钢支架上并固定好。再安放活络头A,并与活络头B采用M20螺栓连接拧紧。钢支撑拆除顺序与安装程序正好相反:先将活络头B的M20螺栓连接松开,拆开活络头B,然后拆开活络头A,最后用8t吊车在公路桥或工作桥上将钢支撑吊出闸室至指定地点安放。
5 钢支撑制作施工进度计划及资源的配备
5.1 钢支撑制作施工进度安排
钢支撑的制作、安装及施工过程中的转孔施工,均在工程施工关键线路上,其制作进度在一定程度上会影响主体工程工期,因此,需从紧安排其制作进度计划:2012年3月10~15日完成2孔8根对撑的制作,2012年3月16~20日再完成3孔12根对撑的制作。2012年汛前先加5套20根式,汛后将根据施工进度情况适时增加数量。
5.2 钢支撑制作施工资源的配备
5.2.1 钢支撑制作施工配备的主要施工机械设备
钢支撑制作施工配备的主要施工机械设备见下表。
主要施工机械设备表
5.2.2 施工人员配备
钢支撑制作施工配备电焊工约4人,起重工2人,机电工2人,普工6人。施工时将根据进度情况适时调整施工人员的配备,确保制作施工进度。
6 安全生产
6.1 水上作业的安全
施工前对施工人员进行安全技术交底,各岗位制定安全操作规程。水上作业人员一律要求会游泳,作业时佩戴好安全帽并穿好救生衣或系扣救生圈。此外,利用浮箱船只等作为施工作业平台时,锚索系扣牢靠,并考虑物料的堆放均匀、对称,以防偏心失稳。
6.2 用电安全
钢围支撑加工焊接的电焊工需持证上岗,现场配电箱设有可靠的接地设施,每个配电箱配备独立的漏电保护器。配电箱内导线无破损、老化,接头按要求做好防水、防漏电处理;手持式电动工具的绝缘性能必须符合要求,并定期检查其安全性能,夜间施工有足够照明。
6.3 吊装安全
钢支撑的施工、转场吊装操作人员必须持证上岗;起重、运输车辆的证件齐全、有效。起重设备的工作能力必须经过验算,满足构件安全吊装的要求并留有足够的安全系数,吊装的索、钩必须经常检验,发现隐患及时更换,吊装程序符合规范要求。
6.4 交通安全
该工程闸下公路为扬州至江都主干道,交通十分繁忙。施工期间,交警部门对公路桥北侧人行道进行封闭,从夜间0时至凌晨5时对公路桥进行半幅封闭,项目部将拆除和吊装工作安排在下半夜施工;拆除吊装前,项目部在施工现场设置“万福闸改建施工,请绕道行驶”、“前方施工、减速慢行”等专用道路标志;现场拆除吊装时,项目部派专人在万福闸两端及施工区域维持交通秩序,做到安全第一、以人为本、有序通行[4]。
7 结 语
万福闸加固工程闸室加固采用的钢支撑施工体系具有制作简单、施工速度快、造价低、支撑轴力大、拆除方便以及对周围环境影响小、安全可靠等优点,该施工体系的成功运用不仅保证了万福闸加固工程闸室加固以及其他土建项目的顺利实施,而且为类似水闸闸室加固钢支撑的设计和施工积累了经验。
[1]江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司.淮河入江水道整治工程万福闸加固工程施工图设计总说明[R].2011,10:1,3,4.
[2]江苏省水利厅.关于淮河入江水道整治万福闸加固及万福闸、芒稻闸水文站改造工程初步设计及概算的批复[R].2011,8:1-2.
[3]范崇仁.水工钢结构.第四版[M].北京:中国水利水电出版社,2008.
[4]江苏省水利建设工程有限公司.淮河入江水道万福闸加固工程交通管制专项方案[R].2012,3:5.