浅论水渡河河坝改造工程利用平面钢闸门作为启闭机平台的施工承重架技术

李枝龙肖振华

（长沙县水务局　长沙市　410100）

浅论水渡河河坝改造工程利用平面钢闸门作为启闭机平台的施工承重架技术

李枝龙肖振华

（长沙县水务局长沙市410100）

文章介绍了水利工程闸坝启闭机平台承重架牛腿设计和高强螺栓受剪承载的一种施工方法，认为该方法有利于加快施工进度，节省投资，保证施工安全和提高施工质量。

启闭机平台钢牛腿高强螺栓

1 工程概况

长沙县水渡河河坝改造工程位于湘江一级支流捞刀河下游，工程主要担负安沙、星沙两镇农田的灌溉和长沙经济开发区的供水任务，正常蓄水位为▽30.5m，过闸流量4326.7m3/s属于大（Ⅱ）型水闸工程。闸坝设计采用大跨度大吨位的升卧式平面钢闸门挡水，启闭机平台为现浇钢筋混凝土结构，平台主梁梁高1.8m，梁宽0.6m，梁长单孔18.2m，混凝土约67m3。单孔启闭机平台的钢筋混凝土荷载为167.5t，模板及承重架荷载为20.0t，风载系数按0.8计算为1.8m×16m×2×0.8=46.08t，施工荷载按0.3t/m2考虑为16×7.7×0.3=36.96t，单孔的荷载约为270.54t，加上钢闸门自重78t，总荷载共计348.54t。

在本工程施工过程中遇到了水位▽31.6m的洪水，围堰被迫提前破除，基坑过水，启闭机平台施工时无法从基础面搭设22.5m高的满堂红脚手架作为承重架平台。为确保在主汛期进行闸坝上部结构的施工安全，节省施工成本，加快施工进度，经复核验算，闸门在设计工作状态下能承受486.72t的水压力荷载，大于施工承重荷载的1.15倍，能满足启闭机平台施工时的承载能力。因此采取利用平面钢闸门卧放置在▽42.58m高程作为启闭机上部结构的施工承重平台。

2 承重架设计

在已浇筑好的混凝土闸墩两边分别安装4个钢结构牛腿，然后将闸门平放安装在牛腿上，利用闸门（长7.8m×宽16.0m）作为承重架的底座，在闸门上搭设满堂红的承重架到▽47.0高程，承重架顶部的横担全部采用双扣件进行紧固后，在上面铺设方木和模板，然后制安梁钢筋和浇筑混凝土。

（1）在浇筑闸墩混凝土时，安装高强螺栓，该高强螺栓严格按照经批准的设计图纸的尺寸安装。安装时，高强螺栓两端需用-20mm厚铁板进行稳定并与模板紧密相贴，目的是钢牛腿在安装时能与铁板紧密贴合，使钢牛腿与闸墩紧密结合摩擦一起受力。

（2）钢牛腿安装好后，用架桥机将闸门分别吊装到各个闸孔内，平稳安放在钢牛腿上。

（3）闸门平卧架设在钢牛腿上稳定后，搭设满堂红承重架。承重架的步距按1.5m布设，跨距按0.6m布设进行搭设，承重架底部搭设扫地杆，承重架纵向每隔6排加设剪刀撑；承重架搭设完后，进行承重架验收。

（4）由于闸墩门槽中线下游有门槽和二期混凝土埋件，中心线下游的两个钢牛腿安装高程要相对下移，为确保闸门安放平稳，在钢牛腿与闸门门页之间架设钢凳支撑，并在相应位置增加Ⅰ45工字钢和［20槽钢进行稳定和加固。

附图　启闭机平台承重架搭设示意图

3 钢牛腿和高强螺栓的制作

（1）钢牛腿的制作和安装见附

加图纸。

（2）钢牛腿的制作按图纸由专业厂家加工制作，并应严格按图纸进行加工，尤其是焊接质量和车削面的平整度；采用E5303或E5018焊条进行焊接，焊接时应严格按照钢结构焊接要求进行打坡口施焊，确保焊接质量，必要时作探伤检测。

（3）钢牛腿和预埋钢板采用16

Mn钢板加工制作；预埋钢板制作后，

应按图焊接Φ25锚筋钩，在现场安装时，还应采用Φ25的钢筋与对面的闸墩钢筋进行45°焊接。

（4）牛腿与闸墩预埋钢板采用预埋高强螺栓（10.9级，直径42mm）连接，紧固用高强度双大六角螺帽；高强度螺栓的长度计算如下：

L=L'+△L（m+ns+3p）+2牛腿铁板厚（30mm）式中L——高强螺栓的长度（mm）；

L'——连接板层总厚度（mm）；

m——高强度螺母公称厚度（mm）（50mm）；

n——垫圈个数，扭剪型高强度螺栓为1，大六角头高强度螺栓为2；

s——高强度垫圈公称厚度（mm）（20mm）；

p——螺纹的螺距（mm）（4mm）。则本部位钢牛腿的高强螺栓长度为：

①：L=2200+30×2+50×2×2+2×2×20+2×3×4= 2564mm，取2580mm。型式为中间光圆长2260 mm，两端丝杆分别长160mm。

②：L=1000+30×2+50×2×2+2×2×20+2×3×4= 1364mm，取1380mm。型式为中间光圆长1060 mm，两端丝杆分别长160mm（用于闸门槽中）。

附图为启闭机平台承重架搭设示意图。

4 高强螺栓承载力计算

（1）本工程的钢牛腿支撑连接方式为摩擦型，根据中国建筑工业出版社出版、江正荣编著的《建筑施工计算手册》第14.6章节［高强螺栓施工计算］的规定，该高强螺栓在连接同时承受剪切和螺杆轴方向的外拉力，则该高强度螺栓的承载力按下式计算：

Nby=knfu（P-1.25Nt）

式中Nby——高强螺栓受剪承载力设计值；

k——系数，普通钢结构构件取0.9，冷弯薄壁型钢构件取0.8；

nf——传力摩擦面数目；

u——摩擦面的抗滑移系数；

P——高强螺栓的预应力；

Nt——每个高强螺栓在其杆轴方向的外拉力，其值不得大于0.8P；

摩擦型连接在环境温度为（100～150）℃时，其受剪设计承载力应降低10%。

附表为摩擦面的抗滑移系数u值。

附表　　摩擦面的抗滑移系数u值

当连接构件采用不同钢号时，u值按较低值取用。

（2）由表查和计算得出M42的高强度螺栓的预拉力P（kn）为690kN。

（3）一个高强螺栓的外拉力计算：（每孔闸墩按布置8个钢牛腿计算，则每个牛腿承受荷载为348.54÷ 8=43.6T=436kN）

Nt=N×L/h=436×24cm/51cm=205kN

（4）一根M42高强螺栓承载力计算：

Nby=knfu（P-1.25Nt）

Nby=0.9×1×0.35×（690-1.25×205）=137kN

（5）单个牛腿需要M42的高强螺栓个数为：

n=N/Nby=436/137=3.18（个）；按2.8倍安全系数考虑，取9个。

（6）高强螺栓的布置：为上4中2下3。

5 施工安全和质量控制

为确保埋件的施工质量和各高强螺栓和钢结构牛腿均匀受力，在施工时需注意以下事项：

（1）施工人员在安装钢牛腿时，应清除原预埋钢板和钢牛腿结合面的杂物和铁锈等；用砂轮机将螺孔处的卷边磨平。使钢牛腿与原预埋钢板行成紧密结合，增加摩擦力。

（2）必须严格控制钢牛腿的安装高程，所有牛腿的高程应统一。

（3）钢牛腿的制作，所有焊缝均为一类焊缝；钢牛腿与埋件的螺栓紧固，必须使用加力杆加劲拧紧。

（4）由于本工程的特殊性，在安装钢牛腿之前，我们就根据牛腿的荷载力及闸墩的重量，计算了当钢牛腿单侧受力时，牛腿以上闸墩的抗倾覆能力。为确保安全，我们先期就从闸墩▽34.0m高程开始预埋4根Φ25的HRB400级钢筋作为拉筋。

（5）在钢牛腿及闸门门页承受荷载期间，应加强观测并对记录数据进行认真分析，及时排除隐患。

6 结语

本施工方案是在大跨度大吨位的升卧式平面闸门挡水水闸施工过程中，遇到不具备从基础面搭设满堂红承重架时，充分利用了平面钢闸门在检修状态时的受力条件作为上部启闭机平台的施工承重架平台，在实际施工过程中既保证了工程施工安全和施工质量，又节省了施工投资，加快了施工进度。但因为理论计算的局限和实际施工现场条件的复杂性，需要着重注意控制的是闸门门页的制作质量和设计荷载是否能承受上部结构的荷载力及荷载的传递，同时应加强对钢牛腿的制作安装及高强螺栓的埋设质量控制。

［1］江正荣.建筑施工计算手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］GBJ204-83.钢筋混凝土工程施工及验收规范［S］.

［3］GB50017-2003.钢结构设计规范［S］.

李技龙（1974-），男，函授本科，工程师，主要从事水利工程建设与管理工作。

（2016-08-12）