钢围堰施工技术在万福闸加固工程中的应用

2022-05-26许德宏姚玉扣骆永军

治淮 2022年4期

许德宏姚玉扣骆永军

随着我国社会经济的快速发展，水利工程作为国民经济基础设施，在防洪、发电、水运和水产养殖等方面起着不可替代的作用。水闸作为控制水道中水流的主要水工建筑，不仅能抗洪减灾，还能为农业生产提供灌溉用水。随着使用年限的增加，水闸会出现不同程度的老化，有些已经不能正常工作，产生诸多安全隐患，若拆除重建所需成本太高，一般采取加固改造。万福闸就是采取加固，根据施工要求，主要采用钢围堰施工技术进行加固。

一、概述

万福闸加固工程施工总体要求是“不断流、不断交通”，施工中应尽量避免出现结构产生超原设计内力的工况。限于以上施工条件，大部分工作内容都是在水上作业，实施排水加固。需排水加固的内容主要有三部分：①水下底板及止水伸缩缝修补；②上下游检修门槽之间、上下扉主门槽二期混凝土及门轨埋设；③闸墩表面混凝土凿除及抹面施工等。针对以上施工内容，项目部采用检修门、钢结构围堰封闭，抽排积水，形成旱地施工环境。

根据工程总体部署，计划配置墩头部位钢围堰四套，闸墩侧面用钢围堰六套，满足三个闸墩同时作业。

施工期下游侧最高水位▽6.0m，最低水位▽0.5m，上游侧水位基本恒定按最高水位▽6.0m，最低水位▽4.0m。

二、钢围堰的设计与施工

（一）钢围堰的结构

1.闸墩直线段加固钢围堰

闸墩直线段加固钢围堰，钢围堰总高度8.5m。为确保低水位钢围堰移位时的稳定性，拟将其分为两节，下节高度6.0m，上节高度2.5m，当下游水位▽0.5～3.5m 时，闸墩的表面处理采用下节钢围堰挡水干作业，当下游最高水位▽3.5～6.0m 时，将上、下节围堰组合挡水干作业。上、下节围堰自重分别约5t、20t，围堰为双壁浮箱式，侧面钢板为8mm 钢板，框架采用45C 工字钢，斜撑为25C 工字钢，内部空箱作为调节水箱，水箱分隔成若干单元，便于调整平衡、纠偏。

2.闸墩圆头加固钢围堰

闸墩圆头加固围堰采用单壁钢围堰，高度8.5m，采用32a 型钢骨架，外侧为8mm 钢板。下游围堰分节制作，下节高度为6.0m，上节高度为2.5m，围堰总重约为15t，根据下游水位情况分节使用同直线段围堰。

闸墩上游水位变化幅度小，圆头加固钢围堰按整体制作使用，总高度8.5m，围堰自重约14t。

（二）钢围堰浮力、自沉的验算

1.当直线段钢围堰位于下游墩头侧位置时

（1）下游水位▽0.5m

当下游水位▽0.5m 时，采用下节围堰挡水，围堰及浮箱均匀浸入水中的深度为2.0m 时，浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t，钢围堰的浮力2F2+F3=9.3t，钢围堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3=36.3t>G1+G2=32t，组合体能上浮。

当钢围堰就位后，围堰与浮箱脱开，钢堰的重量G1=20t>钢围堰的浮力2F2+F3=11.3t（水深2.5m），钢围堰能自沉就位。

（2）下游水位▽3.5m

当下游水位▽3.5m 时，由上述可知组合体能上浮。

当钢围堰就位后，围堰与浮箱脱开依靠自重下沉到入水深度为4.4m 时，处于平衡状态，钢围堰可通过注水下沉▽-2.0m 时，平均注水深度约1.2～1.3m。

（3）下游水位超过▽3.5m

当下游水位超过▽3.5m 时，将钢围堰接高至8.5m，上下节间采用螺栓连接，接缝处设平板橡皮上水、止水压板。此时钢围堰总重约为25t。此工况下钢围堰入水深度约为5.5m 时，钢围堰的自重与浮力平衡。因此当下游水位超过▽3.5m 时，围堰原则上可以不需另配备浮箱，但考虑到施工荷载及安全、稳定性要求，将在其上游设置浮箱。当钢围堰不依靠自重下沉，进行注水压重就位。

2.当直线段钢围堰加固下游检修门槽时

当直线段钢围堰加固下游检修门槽时，此时主门安装完成，钢围堰与钢闸门之间间距约90cm。

当下游水位▽0.5m 时，假围堰及浮箱均匀浸入水中的深度为2.0m 时，大浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t；小浮箱的浮力F4=2.6t，浮箱的重量G4=2t，钢围堰的浮力为2F2+F3=9.3t，钢围堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3+F4=38.9t>G1+G2+G4=34t，但由于A 端浮力作用点偏于钢围堰的一侧，此工状下钢围堰就位时需系绳索于公路桥上游侧，在A 端施加拉力，将A 端处的横向围堰加宽至1.2m，或在钢围堰的内侧布置橡胶气囊，解决浮力作用点偏心的问题。

当下游水位超过▽3.5m 时，解决A 端浮力偏于一侧的矛盾，仍采用上述方法。当钢围堰就位后，可通过注水下沉。

3.闸墩圆头加固钢围堰

闸墩圆头加固围堰采用单壁钢围堰，高度8.5m、型钢骨架、外侧为8mm 钢板，下游围堰分节制作，下节高度为6.0m，上节高度为2.5m，参照直线段围堰分节使用；上游圆头钢围堰不分节。围堰重约为16t。

上下游圆头钢围堰将由两只钢浮箱通过注水、排水来实施围堰的移动、就位。

浮箱均匀浸入水中的深度为2.0m 时，浮箱浮力F1=13.5t，浮箱重量G2=6t；钢堰重量G1=15t（下游侧），2F1=27t=G1+G2=27t，另在钢围堰的内侧布置橡胶气囊助浮。

（三）钢围堰的支撑强度复核

钢围堰的支撑型钢承载力的复核按最高水位为▽6.0m 计算，假定沿水深方向的水压力由水平向框架承受，每榀承受的水压力的范围为与其相邻榀梁承受压力的跨中范围。

1.闸墩直线段钢围堰

闸墩直线段钢围堰，每榀承受的水压力的范围为竖向水压力。

将钢围堰的型钢梁简化为受力件。

表1 直线段钢围堰简支梁计算表

2.闸墩圆头钢围堰

闸墩圆头钢围堰，每榀承受的水压力的范围为竖向水压力。对于简支梁，根据计算如表2所示。

表2 圆头钢围堰简支梁计算表

三、钢围堰制作、安装、就位

（一）各部件放样、下料、矫正、预变形

腹板采用半自动割刀气割下料，横梁腹板手割刀开漏水孔，端柱、腹板、加强板用手割刀预割孔；各纵梁内端柱、翼缘板、腹板、背拉架节点板、顶底筋板、止水压板等采用剪板机剪切下料，各种型钢采用手割刀气割下料。

横梁、各纵梁翼缘板矫正合格后，放翼缘板和腹板拼装位置中心线，采用冲床和专用模具进行焊接变形预处理，其预变形量根据施工详细图纸，视其板厚、板宽及焊缝大小而定预变形量。

（二）各部组合件的拼装，焊接及矫正

端柱先划线，拼焊加强板，矫正平直后作为单构件，进入横梁端柱、纵梁放在专用胎架上进行拼装。面板按面板拼焊工艺图依次进行拼焊，焊缝采取埋弧自动焊进行焊接，面板翻身后用碳弧气刨结合砂轮机打磨进行清根处理，焊后如有变形，对面板进行平直矫正，质检人员检查合格后放各梁格拼装控制线，留足最后角方余量，对面板焊缝进行检查。

（三）钢围堰就位

对工地现场的钢围堰进行检查，若吊卸、运输、存放和防腐过程中有碰撞变形，进行矫正处理。闸孔钢围堰吊放前，需清除淤泥和杂物等。再用浮箱（或汽车吊）将钢围堰在放入水中（紧靠闸墩），利用钢围堰四周设置的固定环系扣，用钢丝绳加以固定牢靠。钢围堰安装固定好，将堰体积水内排出，观察钢围堰是否漏水，确保门槽、闸墩等部位的处理和混凝土浇筑在干燥仓面上。

（四）排水堵漏

钢围堰安装完毕后进行抽水，考虑到刚开始抽水时钢围堰漏水较严重，因此闸孔抽水开始时用5.5kW 潜水泵2～4 台进行强排水，使围堰内水位迅速下降，从而使钢围堰紧贴闸墩。再派潜水工用棉花胎进行钢围堰堵漏（闸墩堵漏及闸底板堵漏），直至不漏水为止，确保门槽、墩头、闸墩等部位的改造在无水条件下进行。为防止钢围堰因其他原因造成部分漏水，应经常检查钢围堰渗漏水情况，如有渗漏，及时组织潜水工进行堵漏。