水利工程水闸金属结构施工方法

高学先

（山东省调水工程运行维护中心龙口管理站，山东 龙口 265700）

1 水利金属结构特点

（1）水利金属结构具有较高的强度和刚度，能够承受较大的荷载和水压力，这使水利金属结构能够满足水利工程对于安全性和稳定性的要求；（2）水利金属结构施工方便、速度快。相比于传统的混凝土结构，金属结构可以在工厂预制，然后现场进行组装和安装，大大缩短了工期，提高了施工效率；（3）水利金属结构重量轻，占地面积小。由于金属材料的特性，水利金属结构相对来说更加轻巧，对基础的要求也比较低，可以节约土地资源并降低对环境的影响；（4）水利金属结构具有较好的耐久性和可维护性。金属材料具有较好的抗腐蚀性和耐久性，不易受到水环境和气候的影响，并且金属结构也容易进行维护和修理，延长了金属结构的使用寿命[1]。

2 水利金属结构的设计与优化的重要性

2.1 提高结构安全性和稳定性

水利工程通常面临较大的水压力、荷载和环境变化等挑战，因此水利金属结构的安全性和稳定性至关重要。通过设计优化，可以确保结构的强度和刚度满足工程要求，提高结构的抗风、抗震和抗冲击能力，从而保证工程的安全运行。

2.2 提高结构效能和经济性

水利金属结构的设计优化可以在保证结构安全和稳定的前提下，尽可能减少材料的使用量和构件的数量，提高材料利用率和结构效能。合理的设计优化可以降低施工成本，并减轻对资源的消耗，达到经济和环境双赢的效果。

2.3 提高施工效率和减少工期

通常水利金属结构需要在现场进行组装和安装，设计优化可以简化结构形式和连接方式，提高施工的精确度和速度，缩短施工周期，优化设计还可以减少误差和修正的需求，降低施工风险和工期延误的可能性。

2.4 优化材料选择和环境适应性

水利金属结构的设计优化可以考虑不同材料的特点和性能，选择最适合工程要求的材料，以提高结构的耐久性和抗腐蚀性。优化设计还可以充分考虑环境因素，如温度、湿度和氧化等，使结构与环境条件相适应，延长使用寿命。

2.5 实现可持续发展目标

在当前追求可持续发展的背景下，水利金属结构的设计优化可以进一步提高工程的节能性和环境友好性。通过优化设计，可以减少能源消耗和碳排放，并且结构的可维护性和可拆解性也可以降低工程的废弃物产生和资源浪费[2]。

3 水利金属结构常见问题

3.1 结构安全性问题

水利金属结构承载着重要的水压力和荷载，因此结构的安全性是至关重要的。常见问题包括结构强度不足、连接件的松动或断裂以及结构的稳定性问题。这可能导致结构的失稳、塌陷甚至倒塌，严重威胁工程的安全。

3.2 腐蚀问题

由于水环境的特殊性，水利金属结构容易受到腐蚀的影响，尤其是在盐水或海洋环境中。腐蚀会导致金属结构的损坏和减弱，甚至引发严重的结构失效，因此，必须选择适合水环境条件的耐蚀材料，并采取防腐措施，如涂覆防腐剂或增加防腐保护层。

3.3 疲劳问题

由于水利金属结构通常会长期受到往复荷载和应力的作用，容易引发疲劳破坏。疲劳破坏在金属结构中表现为裂纹的产生和扩张，最终导致结构的破裂，因此，在设计和施工中需要充分考虑结构的疲劳寿命，并合理控制荷载范围，防止疲劳破坏。

3.4 材料问题

水利金属结构的材料选择也是一个重要问题，不合适的材料会导致结构的强度不足、腐蚀或疲劳问题等。因此，在设计和选材时需要综合考虑金属材料的性能和特点，确保选择适合工程环境和要求的材料。

3.5 误差累积问题

在水利金属结构的制作和安装过程中，存在误差的累积问题，由于精度要求较高，任何小的误差在累积过程中都可能导致结构不符合设计要求，这可能包括尺寸、角度或连接误差等。因此，在施工前需要进行详细的测量和检查，确保结构的准确性和质量。

3.6 风振问题

水利金属结构常常会受到风力的影响，特别是对于高耸的水利设施如桥梁和闸门等。当风速超过结构所能承受的极限时，会引发结构的振动，进而导致结构的破坏，因此，风振问题需要在设计和施工中予以考虑，并采取相应的措施进行抑制。

3.7 适应性问题

在高温环境下，水利金属结构可能会受到热膨胀和塑性变形的影响，导致结构的变形和变形，甚至破坏。而在低温环境下，金属结构的强度通常会下降，容易发生脆断和裂纹。

4 水利金属结构的设计与优化的策略

4.1 结构荷载

根据水利工程的具体要求和环境条件，合理确定结构所承受的水压力、荷载和地震力等。对于大型水利金属结构，需要进行结构荷载分析和计算，确保结构在不同荷载作用下的安全性和稳定性。

4.2 强度和刚度

水利金属结构需要具备足够的强度和刚度，以承受荷载及水压力的作用。在设计过程中，应根据实际情况和设计要求进行结构强度和刚度的计算和验证，确保结构的安全可靠。

4.3 腐蚀防护

由于水环境的特殊性，水利金属结构容易受到腐蚀的影响。因此，在设计中需要考虑采用耐腐蚀材料以及适当的腐蚀防护措施，如涂层、防腐剂、防腐保护层等，以延长结构的使用寿命[3]。

4.4 连接方式

水利金属结构的连接方式对结构的稳定性和强度有着重要影响。在设计时，需要选择适当的连接方式，并合理计算和验证连接件的强度和刚度。同时，金属结构的连接紧固件和焊接等细节要求也需要严格控制，以确保连接的可靠性。

4.5 疲劳寿命

水利金属结构通常会长期受到往复荷载和应力的作用，容易引发疲劳破坏。因此，在设计中需要考虑结构的疲劳寿命，并进行相应的疲劳分析和评估。合理控制荷载范围、选择适当的材料和工艺，以延长结构的疲劳寿命。

4.6 环境适应性

水利金属结构通常要在恶劣的环境条件下运行，如高温、低温、湿度等。因此，在设计中需要合理选择材料并考虑结构对环境的适应性。必要时，可以采取降温、保温、防雨等措施，以确保结构的正常运行。

4.7 CAD和数值分析

现代化设计工具如计算机辅助设计（CAD）和数值分析软件在水利金属结构设计中扮演着重要角色。通过CAD软件进行三维建模，可以直观地展示结构，并辅助进行工程分析和设计，数值分析软件可以帮助进行结构强度、刚度、稳定性和疲劳分析等，提供科学的数据支持。

5 水利施工中水闸金属结构施工分析

5.1 埋件安装

埋件利用载重汽车运输，运至现场后利用汽车吊将埋件吊至各孔槽内，在各孔槽内使用起重设备及钢丝绳将埋件吊起就位。焊接底坎支架，将底坎吊装到位，然后用千斤顶、导链、拉紧器等精确调整，确保底坎的高程，工作面平面度，对门槽中心线、孔口中心线的位置符合要求。底坎调整好后，在一期插筋间焊接钢筋进行加固。底坎调整加固完毕，经检查合格后浇筑二期砼，等到砼凝固拆模后复测安装尺寸，符合要求后开始搭设门楣以下埋件，在底坎上表面进行主轨、反轨控制点、线的位置划线。将底节主、反轨分别吊装就位，用调节螺栓与一期插筋搭焊进行初步固定，进行粗调，再进行精调。验收合格后加固埋件。底节主、反轨安装后进行测量检查，合格后进行其它各节主轨、反轨的吊装、调整、加固，进行节间螺栓连接、节间焊缝焊接、打磨及防腐。主、反轨安装到门楣高程，进行门楣安装，门楣安装验收合格后，进行门楣以上主、反轨的吊装。

5.2 钢闸门安装

钢闸门用货车运至施工现场，用汽车吊吊至闸室旁，然后进行闸门附件的组拼及安装。在门槽安装完成并具备闸门安装条件时，利用汽车吊将闸门整体吊放入槽。闸门安装完成验收合格后，对闸门进行启闭试验：试验前清除门槽内和门叶上的所有杂物，清除不锈钢水封座板表面的泥浆。然后按设计和有关规定及现场实际情况进行闸门试验，用启闭机将门体沉放入槽，启闭试验进行三次。水封橡皮与不锈钢水封座板接触面在闸门下降过程中采用水冲淋润滑，试验过程检查闸门主轮运行无卡阻和异常声响，在闸门达到全关位后，对水封装置的严密性作漏光检查，试验后将闸门提出孔口检查止水橡皮无撕裂，检查闸门运行正常。

5.3 固定卷扬式启闭机安装

首先，对设备进行检查，包括数量清点及质量检查，启闭机纵横向中心位置线以闸门中心线为准定位，高程点以卷筒中心为准。启闭机采用汽车吊整体吊装就位，启闭机就位后以机座的加工面为准测量和控制水平度，通过千斤顶和楔子板进行调整符合设备技术文件的规定。启闭机调整合格后，灌注螺栓基础孔，待砼强度达到要求后拧紧所有基础螺栓，打紧所有调整用的楔子板，然后再复测一次启闭机的水平度和中心位置，合格后将所有调整用的垫板和楔子板点焊固定，然后松放钢丝绳，后缠绕钢丝绳。启闭机安装并检查合格后，按施工图纸和制造厂技术说明书对其机械、电气设备及控制系统等各项性能进行试验。

6 水利工程金属结构质量管理策略

6.1 从源头上加大管理维护力度

在实施水利工程质量管理工作中，水利主管部门及有关单位都要对其进行有效的质量管理，做到从源头上进行有效的控制。在信息化时代，机电自动化不仅在操作上受到了高度关注，而且在产品的检测、自动识别等多个领域中也受到了广泛的关注，这可以有效地节省了企业产品检测和识别分解的时间。水利主管部门要加强对水利设备生产企业的审核，选择资质好，信誉好，质量管理体系完善的供应商。运用大数据监测装备，配置相应的专业人才，强化对金属结构及机电设备的监管，确保监管的力度与水准。

6.2 加强水利设施的日常维护管理

不断地完善水利工程质量监管体系，确保体系的可操作性和综合性，从而保障有关监管工作的有效执行。在日常的管理工作中，认真检查水利工程金属结构和机电设备，加大巡检频率，要不定时地清理在设备的工作和运转中产生的灰尘与污垢，以保证其工作和运转的空间，减少腐蚀物质对设备的损害。由于机械的持续运转，机械的震动会造成机械零件的损坏，造成机械故障。所以，一定要进行不定时的检验，做到及时发现解决问题，还要定期检查设备的工作情况，以及设备的位置，这样才能保证设备在任何时候都能处于最好的工作状态。例如：运用现代信息技术，对闸门进行自动监测，主要是通过输入闸门开度数据，就能真正地实现对闸门的开关和其他设备的远程控制。当闸门达到了设置的最低限度时，可以通过自动停止来保证系统的安全。当设备发生一定的故障时，该系统将会发出警报，提示员工迅速处理。

6.3 设备维修与技术改造相结合

建立了水利工程设备维修的标准化、规范化的质量管理制度。对与之有关的质量管理职能进行合理的划分，并采用考核方式，对区域内的设备维修人员展开绩效测评，将测评结果与其工资和奖金相结合，制定奖惩制度，对因工作人员疏忽和故意损坏而造成水利设备故障的行为给予严重的处罚，并定期对设备磨损度、维修和保养情况展开检查评定，挑选专业素养和技能水平较高的工作人员来负责整体水利工程设备维修工作。因为国家水利工程持续地发展，所以中小型规模的水利工程设备也在持续地进行着更新换代，为了保证水利工程的长远发展，需要对水利设备进行改造和更新，伴随着水利设备的金属结构越来越复杂，越来越精密，这就对工作人员的技能要求也越来越高。所以，设备的维护和技术革新是紧密联系在一起的，对于设备质量管理人员，要根据现代化技术的要求，对水利设备进行改造和更新，学习全新的设备维护技术知识，使用新技术，提高水利工程的工作效率。

6.4 培养专业技术人员

把综合素质高、工作能力强的人员安排到工作岗位上，能够取得较好的工作效果，而在水利工程中，机电设备的质量管理工作更是要求有一支专门的队伍。水利工程部门应重视技术人才的培训，不仅要使其掌握更多的水利设备管理专业技能，还要使其将理论与实际相结合，实现其全方位的发展。通过激励和引导的方法，使水利工程技术人员学会去思考分析，归纳总结经验，从不同的角度去提升自身的专业技能，采用先进的科学管理方式，充分发挥水利工程设备管理的主动性，不断提升专业素质，为水利工程设备的正常运行保驾护航。

7 结语

总之，在我国的社会经济发展过程中，水利工程是十分重要的组成部分，而水闸金属结构施工在水利施工中占有重要地位，无论是运输、灌溉还是发电防洪方面都有着重要作用。水利工程中水闸金属结构施工中的每一个环节都要严格把控，施工过程中要严格管理，规范管理手段，合理运用科学技术，保证水闸金属结构施工符合要求。我国的水闸金属结构施工管理还存在很多缺陷，应该多学习先进的施工管理办法与管理理念，提升我国水闸金属结构施工管理水平。