船闸闸室墙钢板护面制作与安装关键技术研究与应用

孙向举，何建新，王贇，何广全

（1.江苏省徐州市港航事业发展中心，江苏 徐州 221018；2.南京水利科学研究院江苏科兴项目管理有限公司，江苏 南京 210029）

为防止过闸船舶对船闸闸室墙临水面钢筋混凝土闸室墙的破坏，闸室结构一般采用钢护木对闸室墙进行保护，通过以往船闸运行使用情况来看，平均5～10年时间后船闸闸室墙钢护木均会造成一定程度的破坏，需进行大修处理[1]。随着行业对工程耐久性的要求逐渐提高，尤其是建设“平安百年，品质工程”的高标准目标要求，近阶段船闸闸室墙设计更多优化设计为整体钢板护面结构。

通过研究调查，类似闸室墙施工时钢板护面安装多采用双吊机抬吊并辅以桁架固定工艺，不仅在安全性方面难以保障，施工效率极低，且钢板安装后的平整度效果较差。本文以某枢纽工程为背景，在整体钢板护面闸室墙施工中针对钢板护面制作、安装工艺进行了革新，实现了机械化减人，大幅提升效率，同时也使得钢板护面平整度合格率得到进一步提高。

1 工程概况

某枢纽工程，设计最大船舶等级1000t 级，船闸规模230×23×4.0m（闸室长×口门宽×门槛水深）。闸室采用整体坞式结构方案，共分13 段，间距布置为19.3m+11×17.4m+19.3m。闸室墙整体高度为15.17m，分为输水廊道和悬臂墙，悬壁墙临水面自标高7.71m 至17.91m 设置1cm 钢板护面，高度为10.2m。

2 钢板护面制作

2.1 钢板护面分层设计

本工程闸室墙共计13 段，根据设计图纸，每标准段钢板护面分为2 段，尺寸分别为：10.2m*6.2m，10.2m*9.1m。通过市场调研，普通钢板出厂宽度一般为2m 左右，若采用传统钢板护面安装方式，分段分块吊装固定焊接，焊接人员高空作业，焊接效率低下，存在较大安全隐患，且分段吊装，长时间占用起重设备及龙门架，对资源浪费较大[2]。根据以往经验，焊缝则分为横向、竖向或横竖交替等，从耐久性方面考虑，同时参考设计单位及使用单位意见，在钢板护面分层制作过程中应尽可能采用横缝焊接工艺。

因此，为了减少焊接时高空作业，提高耐久性，结合闸室墙总体工艺，本工程将钢板沿高度方向共分为4层，长度方向采用通长设计，从而避免竖向焊缝。钢板分块尺寸分别为：第一层4.5m*6.2m（9.1m），第二层4.5m*6.2m（9.1m），第三层1.2m*6.2m（9.1m），示意图见图1。根据调研钢板厂家生产能力，并考虑加工成本、长途运输等因素，故将第一层、第二层又分为1.5m定尺宽度的三块钢板运输至现场后在胎架上进行焊接。

图1 钢板分层设计图

图2 龙门架正视图

图3 龙门架侧视图

图4 起吊系统分组示意图

图5 钢板锚固工艺示意图

2.2 钢板护面焊接

按照钢板护面分层方案，第三层（1.2m 高）在专业厂家制作成型后运至施工现场，而第一，二层（4.5m高），分为三块1.5m 钢板运输至现场后，平铺在胎架上焊接而成。焊接前将用槽钢制作而成的胎架顶面调整水平后铺装定尺钢板，焊接破口采用单面“V”型型式。根据以往施工经验，若焊接工艺选择不当，则将会对成品的质量尤其是整体平整度造成不良影响。本工程在施工过程中通过不断摸索，最终确定为“二保焊”（全称二氧化碳气体保护焊）工艺，施工中采用“分段退焊”工序步骤。

根据现场二保焊机型号为NB-350 双模块逆变式二保焊机，而焊接电弧电压等是影响焊接质量的最关键因素。施工过程中，采用直径1.2mm 焊丝，焊接电流选择200A，均符合规范要求，但施工中发现不同电弧电压下的成品质量参差不齐。通常在焊丝直径、焊接电流不变的情况下，电弧电压过低时，焊缝较窄，余高过大，钢板平整度不满足要求；电弧电压过高时，焊缝较宽，余高降低，超出一定范围后会出现凹坑，不满足Ⅰ级焊缝标准，且电弧电压过大，受热面积加大造成钢板受热变形变大。经现场实际数据对比分析（如表1），当电弧电压为24V 时，成品质量最好，故确定焊接参数为：焊丝直径1.2mm、电流200A、电弧电压24V。工程施工完成后，实测统计钢板平整度达到96.25%。

表1 不同参数焊接效果对比表

3 钢板护面安装工艺改进

通过调查以往船闸施工经验，总体闸室墙模板均采用龙门架工艺，且经实践检验此工艺较为成熟。但是针对安装护面钢板这一工序的工艺相关资料甚少，如何实现钢板护面安装是钢板护面闸室墙施工的关键点，根据资料显示类似设计的船闸使用龙门架配合双吊机抬吊钢桁架工艺，简要步骤如下：①将作为临水面模板框架的钢桁架平置于闸室底板；②将钢板护面在钢桁架上加工成型，通过螺栓固定，组合成闸室墙临水面模板；③利用双吊机将模板起吊斜靠于闸室墙廊道层上；④龙门架移动至模板位置，利用电动葫芦起吊模板后与临土面模板组合成整套闸室墙模板；⑤进行闸室墙混凝土浇筑；⑥模板拆除，即将模板分离后，利用龙门架将其移动至下一段施工位置，拆除临水面模板钢桁架，将其斜靠于廊道层上，再利用双吊机将钢桁架平置于闸室底板，重复之前步骤进行下一段闸室墙施工。

此工艺的不足之处在于：占用机械设备多，每段闸室墙施工均需通过双吊机将钢桁架反复起吊，增加了起重作业的风险；占用人工多，每段闸室墙钢板与钢桁架之间连接与分开时均需大量人工进行紧固或解离螺栓，施工效率低，人工成本高；钢板平整度难控制，由于反复起吊作为临水面模板的钢桁架，难免会造成钢桁架的刚性变型，故而造成后期施工的闸室墙钢板平整度难以保证。

为解决传统工艺弊端，经讨论、分析、研究决定对此工艺进行改进，避免钢桁架反复起吊这一工序。传统龙门架多采用两组电动葫芦，一组用于闸室墙临土面模板，一组用于起吊闸室墙临水面模板。此次工艺改进主要是对龙门架进行创新改造，在原有基础上，通过对龙门架起吊系统的重新组合设计，实现自身钢板护面吊装功能。

新设计龙门架加装一组钢板专用电动葫芦，同时对其他两组行走梁进行调整，以实现模板安装过程中不同方向的调整。具体原理如下：吊装装置全部采用10t 电动葫芦，按使用功能设计分为3 组，分别用于临水面框架、钢板护面、临土面模板吊装，共计32 个。

第①组电动葫芦设计于主梁下方焊接的型钢上面，可沿主梁方向行走，行程2m，用于吊装临水面模板及后期钢板安装完成后与临土面模板组合。第②组电动葫芦设计在横担于主梁上方的型钢上，可在两根主梁间隙内纵向移动，同时使用液压杆将型钢与主框架连接，使其整体可延横向移动，方便吊装钢板后移位靠近迎水面框架，进而组合成闸室墙临水面模板。第③组电动葫芦用于吊装临土面模板，通过加装纵、横行走梁实现吊点的多方向调节，使模板调整灵活高效。3 组电动葫芦通过集成控制柜控制，通过遥控可实现单个、单组葫芦的串并联运行，操作简单。通过对龙门架改进后，钢板护面安装工艺简述如下：①将作为临水面模板框架的钢桁架、临土面模板用龙门架起吊就位；②将钢板护面在台架上加工成型；③利用一台吊机斜靠于闸室墙廊道层上；④利用电动葫芦起吊钢板与钢桁架锚固，与临土面模板组合成整体模板；⑤进行闸室墙混凝土浇筑；⑥模板拆除，龙门架移动至下一段施工位置，重复之前步骤进行下一段闸室墙施工。

通过对比传统工艺可见，改进后的工艺，临水面模板框架一次安装成型后无需反复安拆，避免了其刚性变型，使整体质量得到有效保障；钢板安装时，无需再使用双吊机进行反复抬吊，大大节约了机械使用成本的同时实现了机械化减人，保证了本质安全。另外，对于钢板护面如何与临水面框架连接的工艺，通过比选采用焊接锚固的方式代替了原先的螺栓工艺，避免对钢板开孔及后期补焊、极大节省了人工成本。

4 结语

某枢纽工程闸室墙共计13 段，若采用传统工艺单段闸室墙施工周期约11 天，而工艺改进后单段施工周期减少为8 天，总计节省工期39 天。船闸闸室墙钢板护面制作与安装工艺革新在工程中成功应用，解决了钢板护面施工过程中安装效率低、安全风险高等问题，同时保证护面钢板安装后的平整度，在类似船闸闸室墙施工具有极大的参考意义。