向家草坝节制闸牛腿拆除后弧形闸门的安装技术

牛爱军，李新华，陈崇德

(湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156)

向家草坝节制闸位于长江一级支流沮漳河的西支，地处当阳市玉泉办事处焦堤村，是1座灌溉节制闸。节制闸设计洪水P=3.3%，校核洪水标准P=1%，节制闸设计洪水位89.24 m，校核洪水位为91.38 m，节制闸由拦河闸、左右岸连接土坝、调节泄水渠等建筑物组成。节制闸弧形工作闸门9孔，新设计弧形闸门孔口尺寸12 m×8.5 m(宽×高)。根据现场道路情况，为方便安全运输，弧形闸门横向分成3节，单节重9.5 t，弧形闸门门叶重26 t；弧形闸门支臂分直段与靴板段2节，重6 t；支铰单重3.8 t。

由于在施工中，老闸门同时还要承担汛期的挡水工作，因而闸门安装只有一个枯水季节的时间，且这个枯水季节还要完成老闸门的拆除工作，由此可见工期十分紧张。又由于新设计弧形闸门支铰与老闸门牛腿尺寸不相符，老牛腿必须凿除，重新立模板浇筑，如按常规施工方法(即先装支铰、支臂，再装门叶)已经不能满足项目工期的要求，故参建各方经过多次讨论，采用先装门叶再装支铰的施工方法。

1 闸门安装施工工艺流程及操作要点

1.1 闸门安装施工工艺流程

闸门安装施工工艺流程见图1。

图1 闸门安装施工工艺流程图

1.2 闸门安装施工操作要点

1.2.1 施工准备

施工准备主要工作有：

1)吊装车道是否满足吊装车辆通行要求，路面是否坚实；

2)妨碍吊装工作的障碍物是否已经清除；

3)闸门吊装前，闸室内门槽埋件表面的混凝土残渣和其他杂物是否清除；

4)检查埋件各部相关尺寸是否符合图纸尺寸；

5)对制作的闸门门体按编号逐一检查、核对；

6)对吊装或运输过程中造成的变形，及时予以矫正[1]。

1.2.2 安装控制线测量放样

1)闸门安装根据闸孔中心线、底槛中心线和支铰中心线进行控制，高程统一由坝体高程控制，面板弧度根据支铰中心及曲率半径控制。

2)安装基准线根据支铰中心线和孔口宽度确定，支铰中心线在安装铰座前精确测定。

3)基准线放样过程中应做到测量工具尽可能统一、测量人员基本固定、测量时间相对一致。

4)吊装利用原闸门启闭机，1台25 t的汽车起重机。并在交通桥上布置2台5 t卷扬机，用吊车将构件从交通桥与启闭机房空隙处吊至闸室，再利用卷扬机吊至安装位。

1.2.3 吊装前准备

1)闸门从上游围堰新建的临时便道进入，车道宽5 m，截止于上游铺盖。利用铺盖地板加垫枕木作为吊装平台，安装采用25 t汽车吊，将分节闸门调入门槽内。吊装流程见图2。

图2 吊装流程图

2)吊装设备参数。选用25 t汽车吊，工作半径5 m，仰角64.6°；查相关资料(25 t吊车参数表)，当工作幅度5 m，吊臂伸展长度17.6 m时，额定起重量为13.5 t。

实际起吊能力计算：

Q1=cosαQ

(1)

按式(1)计算，Q1为13.02 t，吊装总荷重P为9.5 t，而13.02 t>9.5 t；实际起吊能力满足要求。

3)吊车吊装能力校核计算：

A=P/Q1

(2)

式中：P为吊装总荷重，t；Q为起吊能力，t。

按式(2)计算，吊车吊装能力校核计算为73%，选用的主吊车能够满足吊装要求。

4)吊索选用。吊索与构件的夹角一般不应小于30°,通常采用45°～60°，以减小吊索对构件产生的水平压力。吊装时按60°考虑使用2根直径为28 mm钢丝绳吊装。

1.2.4 门叶安装

1)门叶分三节制造完毕后，运输至工地，闸门组装焊接在闸槽内进行。

2)第一节使用25 t吊车吊入闸槽后，利用老闸门卷扬机启闭机、手拉葫芦配合调整门叶的安装位置，并用定位板将闸门与底槛、侧轨固定。

3)第二节按照第一节的吊装方法吊入闸槽，与最底部一节进行焊缝焊接，焊接完成后同样用定位板在侧轨处加固焊接(见图3)。

图3 吊装方式示意图

1.2.5 支铰安装

1)第一、二节弧形闸门安装固定，牛腿处二期砼强度达到要求，开始进行铰座的安装。

2)吊装方式，通过交通桥将25 t的吊车放入闸室，配合老闸门卷扬启闭机、交通桥上的卷扬机与手拉葫芦，调整闸门位置并与牛腿埋件相连接(见图4)。

图4 支铰安装示意图

1.2.6 支臂及顶节闸门安装

1)铰座安装完成后，用同样的吊装方式，将支腿靴板段吊放入闸室内与铰座连接。

2)调整支臂位置后，将门叶下节与支臂下节(靴板段)用螺栓准确连接。

3)加固好后再将水平段支臂放入闸槽后与中间门叶及靴板段现场焊缝焊接。

4)焊接好后，顶部一节吊装方法同底下两节相同。

5)焊接完成后进行焊缝质量检查，最后安装闸门止水结构，调试闸门(见图5)。

图5 支臂及顶节闸门安装图

1.3 门叶安装受力分析

1)底部两节闸门对接过程中，会出现闸门向迎水面倾倒的问题(见图6)。

图6 底部两节安装示意图

2)受力分析。

G=mg

(3)

F=G×cos59°

(4)

(5)

τM=M/W=6FmaxL/0.75kh2

(6)

τM=Fmax/A=Fmax/0.7kh

(7)

(8)

式中：G为闸门重力，kN；m为闸门质量，kg；g为重力加速度9.8 N/kg；F为闸门向前倾力，kN；τ为钢板许用应力，kN/cm2；τM为弯矩M作用下垂直于焊缝方向的剪应力，kN/cm2；M为弯矩，kN/m；W为截面抵抗矩；τO为Fmax作用下平行于焊缝方向的剪应力，kN/cm2；A为焊缝计算截面积，cm2；L为钢板宽度，cm；Fmax为单块加固钢板承受拉力，kN。

单节闸门重9.5 t，二节闸门取20 t。采用10 mm的Q345B的钢板加固，每块钢板尺寸为10 mm×60 mm×120 mm，焊缝长度h为40 mm，焊缝焊高k为10 mm，Q345B钢板许用应力参数查表为τ=345 MPa=34.50 kN/cm2。

将上述数据代入式(3)～(8)计算，Fmax=10.68 kN，在弧门安装过程中共有12块加固钢板，即总焊接力计算公式为

F总=12Fmax

(9)

按式(9)计算，F总为128.16 kN≥F=101 kN，加焊定位块完全满足闸门受力要求。

2 质量控制与安全管理

2.1 质量控制

1)工程质量控制标准。弧形闸门安装施工质量控制标准《水利水电工程单元工程施工质量验收评定标准SL635-2012》、《水利水电工程钢闸门设计规范》(SL74-2013)、《水电水利工程钢闸门制造安装及验收规范DL/T5018-2004》、《水利水电工程钢闸门制造、安装及验收规范》(GB/T14173-2008)。

2)质量管理制度与主要措施。①按ISO9002质量标准，建立健全质量保证、控制体系，编制质量管理手册；②施工质量须符合技术条款规定和有关规程规范的技术规定；③及时收集施工原始记录、说明、报表等资料，分析质量控制管理的动态信息，制定改进施工质量的措施，提高质量管理水平；④配备专职的质量检查员对金属结构安装的质量进行跟踪检验，各班组配备兼职质量检查员对本班组施工质量进行控制；⑤认真落实监理例会、专题会议中议定的事项，对有关单位巡视检查中发现的各种问题，及时组织整改，并制定防止类似问题再次出现的措施；⑥做好图纸会审和技术交底工作，加强技术培训，坚持特殊工种持证上岗制度，提高全体员工的质量意识[2]。

3)施工准备的检查。①钢材、电焊条、电焊机、油漆等主要材料必须具有出厂合格证，其技术参数符合设计要求，严禁使用不合格的原材料；②测量控制网点的精度符合设计要求；③门叶面板焊缝焊接前，制定焊接工艺措施并经有关部门审查批准[3]，施工中严格按批准的工艺措施实施。

4)施工过程中的质量控制。①施工过程中严格按设计图纸及文件施工，如遇有与设计图纸不相符时，及时书面报告有关单位，待取得文字依据后再继续施工[4]。②加强施工工序的衔接,每道工序按照“三检制”进行检查。隐蔽工程和关键部位的检查，在监理工程师终检后进行覆盖或进入下一道工序。施工中坚持工序质量传递卡制度，不合格的产品决不传入下一道工序。③在施工过程中发生质量缺陷或事故时，坚持“三不放过”的原则，认真分析，严肃处理。④贯彻质量与经济挂钩的原则，对施工质量作出贡献的单位和个人给予奖励，对造成的质量事故须认真调查、分析，找出事故原因，对事故的责任人或单位给予处罚。

5)开展质量活动。成立质量活动(QC)小组，加强质量教育，进行质量分析、交流、总结，定期召开质量现场会，进行质量评比，形成质量竞赛。不断优化施工工艺，采用新技术、新方法提高质量水平。

6)做好质量档案管理工作。设立专人负责质量资料保管，保存好原始记录，材料证明书、设备合格证、质量返修记录等[5]，按规定格式如实填写施工质量检查报告，提供详实的施工记录报告，绘制竣工图，竣工资料及时送监理工程师审定认可。

2.2 安全管理

1)施工中坚持“安全第一，预防为主”的方针，认真贯彻“安全生产，人人有责”的原则，坚决执行国家有关安全生产的法律、法规和政策。

2)配置专职安全员对现场各个施工部位的安全施工进行监督、检查和管理，发现问题及时处理，并做好各项记录。

3)经常检查施工场所、施工机械的安全与完好情况，并做好记录；对易燃、易爆等化工危险品的运输及保管制定相应的规程，并严格执行，杜绝事故发生[6]；在场内行驶和进行运输作业的车辆必须遵守机动车辆安全管理与施工安全的规定。

4)金属结构设备吊装前，根据其参数，制订安全可靠的吊装方案，报送监理机构审查批准后实施[7]；起吊设施处于良好使用状态，钢丝绳满足规范要求，焊接的吊耳符合设计要求、且布置合理、并经过强度计算；使用的卷扬机、吊车、滑车组等吊装工具，均需进行计算分析，并满足起重规范要求；吊装过程中，专人指挥，整个过程缓慢进行，在不同部位有专人监护，保证设备平稳吊装；吊装就位后，在确认其已落实或已可靠固定后，才允许摘钩。

5)闸门焊接时上、下层间搭设牢固且密闭效果好的隔离层，防止施工人员受伤。

6)加强施工人员的安全监护管理，电焊机、电源、开关等电器设备均需设置防雨罩，工作场所搭设雨棚或采取其他防雨措施。高温天气需采取可靠的防暑降温等劳动保护措施。

3 结 语

向家草坝节制闸弧形闸门于2016-01-03日开始安装施工，2016-04-03日安装完成，总安装9扇弧形工作闸门，与常规安装方案相比较，提前了近1个月时间，确保了在汛期前完成闸门安装工作，并具备挡水条件。9孔弧形工作闸门安装完成后，经施工单位自检，监理单位复核，质量评定合格，经过3年时间的检验，9孔弧形工作闸门运行正常。实践证明，向家草坝节制闸弧形闸门采用先装门叶再装支铰的施工方法是可行的。