分塊制作安裝鋼圍堰在泵站改造工程中的應(yīng)用

張政凱　張成斌

(江蘇省灌溉總渠管理處， 江蘇 淮安　223200)

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分塊制作安裝鋼圍堰在泵站改造工程中的應(yīng)用

張政凱張成斌

(江蘇省灌溉總渠管理處， 江蘇 淮安223200)

【摘要】淮安抽水三站加固改造工程需要對(duì)上游工作閘門(mén)前胸墻鑿除改造，擋水設(shè)計(jì)采用成本低、施工便捷的鋼圍堰。在實(shí)施過(guò)程中針對(duì)工程實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)鋼圍堰方案優(yōu)化，分塊制作安裝，有效避免了施工過(guò)程中可能遇到的困難。分塊鋼圍堰作業(yè)時(shí)間僅有28天，工作效率高，節(jié)省了工期。

【關(guān)鍵詞】分塊； 鋼圍堰； 泵站； 加固改造

1概述

江蘇省淮安抽水三站，位于江蘇省淮安市淮安區(qū)南郊，北臨灌溉總渠與京杭大運(yùn)河的交匯處，1997年6月建成并投入使用。該站抽引江都站送來(lái)的長(zhǎng)江水入灌溉總渠，為農(nóng)業(yè)灌溉提供水源，當(dāng)淮水豐沛時(shí)，淮安三站可逆向運(yùn)行，結(jié)合向里運(yùn)河送水，反向發(fā)電。泵站原規(guī)劃設(shè)計(jì)流量60m3/s，實(shí)際裝機(jī)流量為66m3/s，總裝機(jī)容量(2×1700)kW，兩臺(tái)雙向運(yùn)行臥式機(jī)組。

淮安三站投運(yùn)以來(lái)，運(yùn)行期間存在的問(wèn)題：機(jī)組啟動(dòng)困難、電機(jī)超功率運(yùn)行、泵站裝置效率較低和2號(hào)機(jī)組發(fā)電工況振動(dòng)較大等。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，泵站機(jī)組設(shè)備老化、主變壓器在超功率運(yùn)行情況下已不具備安全運(yùn)行的條件，影響淮安三站功能的發(fā)揮。當(dāng)下游水位低于6.00m設(shè)計(jì)水位時(shí)，多次開(kāi)機(jī)未成功。

2009年，由江蘇省水利廳組織對(duì)淮安三站進(jìn)行安全鑒定，綜合評(píng)定泵站安全類(lèi)別為三類(lèi)，建議加固改造。2015年1月，省發(fā)展與改革委員會(huì)對(duì)《淮安三站改造工程初設(shè)計(jì)》進(jìn)行了批復(fù)，同意實(shí)施淮安三站改造工程。工程按原規(guī)劃設(shè)計(jì)流量進(jìn)行更新改造，主要對(duì)主機(jī)、主泵、機(jī)電設(shè)備進(jìn)行更新改造，站身的主體結(jié)構(gòu)保持原貌，土建部分配合主機(jī)和主泵設(shè)備進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)鑿除、修補(bǔ)及碳化處理等，工程概算總投資6702萬(wàn)元。

2鋼圍堰設(shè)計(jì)目的

根據(jù)淮安三站站身結(jié)構(gòu)布置，上游端為工作閘門(mén)。為了改善機(jī)組啟動(dòng)困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)更換工作閘門(mén)，擬在工作閘門(mén)上增設(shè)小拍門(mén)溢流。新閘門(mén)厚度增加，由于原工作閘門(mén)前胸墻對(duì)拍門(mén)的開(kāi)啟造成影響，故對(duì)該胸墻進(jìn)行改造，需要將彎曲部分鑿除。鑿除第一道胸墻底部圓弧部分至高程5.90m，使該胸墻不影響機(jī)組抽水啟動(dòng)時(shí)拍門(mén)開(kāi)啟。為改善發(fā)電時(shí)進(jìn)水流態(tài)，將該胸墻下部做成20cm平段和半徑30cm的圓弧。

胸墻改造時(shí)，下游采用檢修閘門(mén)擋水；上游施工期設(shè)計(jì)水位為9.90m(見(jiàn)圖1)，上游擋水如采用土圍堰攔河，雖可以達(dá)到無(wú)水界面施工，但是因胸墻改造工程量較小，土圍堰施工成本太大，而且周邊無(wú)土源，遠(yuǎn)距離調(diào)土對(duì)工期會(huì)有影響，最終設(shè)計(jì)采用鋼圍堰擋水以滿(mǎn)足胸墻施工要求。

圖1　淮安三站站上(10—次年5月)最高日均水位頻率計(jì)算

3原鋼圍堰設(shè)計(jì)方案及缺陷

上游擋水鋼圍堰原設(shè)計(jì)方案為整塊制作，鋼圍堰尺寸為高×長(zhǎng)(11.13m×14.327m)，設(shè)計(jì)重量約47t，鋼圍堰在工廠一次制作成型后，運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)整塊進(jìn)行吊裝。

整體制作鋼圍堰體積大，運(yùn)輸難度大，運(yùn)輸和吊裝過(guò)程中止水、防腐層容易被破壞。淮安三站上游出水池兩側(cè)為空箱翼墻，吊裝時(shí)吊距較長(zhǎng)，較難操控。且整體設(shè)計(jì)鋼圍堰高11.13m，安裝時(shí)側(cè)向沒(méi)有設(shè)計(jì)門(mén)槽定位結(jié)構(gòu)，出水池兩側(cè)翼墻是喇叭形混凝土結(jié)構(gòu)，安裝過(guò)程中如果遇到水下部位混凝土結(jié)構(gòu)不平整等情況，很難進(jìn)行調(diào)整。

4優(yōu)化鋼圍堰方案

通過(guò)召開(kāi)方案審查會(huì)，設(shè)計(jì)、制作、施工單位經(jīng)過(guò)商討研究，提出將鋼圍堰進(jìn)行水平分塊制作安裝的優(yōu)化方案(見(jiàn)圖2)，具體優(yōu)化內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。

a.分塊制安。將鋼圍堰自下向上水平分成3塊制作、分2節(jié)安裝，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

b.定位措施。圍堰外翼墻兩側(cè)固定活動(dòng)門(mén)檔，用于圍堰吊裝下水過(guò)程側(cè)向定位；第一節(jié)圍堰安裝就位后全部位于水面以下，在第一節(jié)圍堰上制作喇叭形結(jié)構(gòu)定位槽，便于第二節(jié)圍堰安裝時(shí)定位。

c.固定平衡。鋼圍堰安裝就位后，為保持鋼圍堰平衡，圍堰內(nèi)側(cè)上部?jī)蛇吋爸虚g增加支撐，固定在胸墻及閘門(mén)中墩上；水下部圍堰外側(cè)底端和翼墻側(cè)由潛水員水下植筋與混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定；嚴(yán)格控制鋼圍堰擋水水位差，上游水位不得高于9.70m,水泵抽排控制下游水位不低于4.00m。

圖2　分塊制作鋼圍堰平、立面

d.輔助設(shè)施。第一節(jié)圍堰增加4個(gè)吊耳；兩節(jié)圍堰之間增加一道P形水平止水；鋼圍堰安裝固定后，在圍堰頂端焊接50cm高鋼板保證擋浪高度。

表1　鋼圍堰分塊制作

5鋼圍堰施工

5.1安裝前準(zhǔn)備

a.檢查鋼圍堰到場(chǎng)時(shí)工廠制造件是否齊全，全部部件在吊卸、運(yùn)輸、存放和防腐過(guò)程中有無(wú)碰撞變形，如有變形，進(jìn)行矯正處理。

b.鋼圍堰吊裝前，采用潛水員水下作業(yè)，安裝活動(dòng)門(mén)擋，并對(duì)安裝作業(yè)區(qū)域進(jìn)行清場(chǎng)，不能影響鋼圍堰的吊移運(yùn)行。清除鋼圍堰安裝位置的殘?jiān)推渌s物。

c.對(duì)鋼圍堰進(jìn)行一次復(fù)測(cè)，檢查各部位相關(guān)尺寸是否符合圖紙尺寸。

d.檢查安裝使用的工具是否齊全、臨時(shí)用電設(shè)施是否完好，以及觸保、接地是否可靠。

e.安裝前組織對(duì)參與安裝人員進(jìn)行技術(shù)交底，主要是安裝方案、操作要點(diǎn)及安全注意事項(xiàng)。

f.檢查安裝用鋼絲繩、鎖夾等是否存在裂紋、斷絲等損傷，如有損傷，進(jìn)行更換。

5.2測(cè)量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和站身心線，以鋼圍堰工作提升中心放出安裝樣線，做出標(biāo)志。為安裝需要，鋼圍堰工作提升中心點(diǎn)掛垂球定點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于控制點(diǎn)位。

5.3起重設(shè)備選擇

a.最大吊重。取鋼圍堰最重的一節(jié)重31t。

b.起吊高度計(jì)算。最高一節(jié)圍堰6.63m，加上護(hù)欄高1m，最小起吊高度為7.63m。

c.工作半徑。圍堰一半長(zhǎng)7.14m，空箱翼墻寬4m，再加上起重機(jī)車(chē)身長(zhǎng)度，吊距按16m計(jì)算。

d.起重機(jī)選擇。綜述上面參數(shù)選用QAY220全地面起重機(jī)，出桿31.5m，半徑16m，起吊高度7.63m，根據(jù)起重機(jī)性能表，吊重參數(shù)為38.3t(見(jiàn)表2)。吊具采用φ26mm的鋼絲繩，查詢(xún)鋼絲繩通用技術(shù)參數(shù)滿(mǎn)足吊裝受力要求。

e.地基承載力計(jì)算：220t吊車(chē)自重56t、最大配重78t；吊車(chē)支腿下墊鋼板尺寸為2.5m×2.5m×0.05m。

表2　QAY220全地面起重機(jī)主臂起重性能

鋼圍堰重31t?；A(chǔ)底面土層的承載力考慮220t吊車(chē)自重及最大配重，4個(gè)支腿受力均勻，按承受軸心荷載采用下式計(jì)算：

式中P——基底平均壓應(yīng)力；

N——作用短期效應(yīng)組合在基底產(chǎn)生的堅(jiān)向力；

A——基礎(chǔ)底面面積。

N=1.2×(56+78)×10+1.4×31×10=2042kN；

A=4×2.5×2.5=25m2；

P=N/A=2042/25=82.8kPa。

考慮到鋼圍堰吊裝吊車(chē)的施工安全，取1.2倍的安全系數(shù)，即現(xiàn)場(chǎng)碾壓夯實(shí)處理后的地基承載力必須滿(mǎn)足fa≥1.2P=98.01kPa。

按吊車(chē)支腿下的地基基礎(chǔ)為5m×5m，根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告土層厚度及相關(guān)特性，通過(guò)軟件計(jì)算得知，將0.3m埋深的土層進(jìn)行處理后承載力可以達(dá)到104.22kPa(見(jiàn)圖3)。實(shí)際施工時(shí)，考慮地面不平整等因素，將0.5m厚的土層拌和碎石進(jìn)行碾壓加固處理。

圖3　處理后的地基承載力計(jì)算結(jié)果

5.4試吊

安裝前進(jìn)行試吊，起重機(jī)就位后，按照安裝方案確定的吊點(diǎn)對(duì)吊物進(jìn)行綁扎，試吊時(shí)吊物起高離地10cm，檢查各項(xiàng)參數(shù)是否正常。

試吊過(guò)程中，重點(diǎn)觀察地基承載力是否滿(mǎn)足要求，支腿位置是否下沉，鋼絲繩是否滿(mǎn)足吊裝荷載，吊物綁扎方法是否可行、牢固，吊點(diǎn)是否平衡。經(jīng)試吊檢查無(wú)問(wèn)題后再進(jìn)行正式吊裝。

5.5鋼圍堰安裝就位

第一節(jié)鋼圍堰安裝時(shí)，采用4根1長(zhǎng)5mφ26mm鋼絲繩鎖扣固定鎖緊在第一節(jié)鋼圍堰吊孔內(nèi)，用大鉤鎖鉤。先緩慢提升離地10cm，檢查確認(rèn)無(wú)異后，再緩慢提升鋼圍堰至安裝位置，緩慢放鋼絲繩，順著活動(dòng)門(mén)檔滑落至底部就位，第一節(jié)安裝就位后，4根鋼絲繩留置在水中，分別固定在兩側(cè)翼墻上，待拆除時(shí)繼續(xù)使用。

采用同樣的方法安裝第二節(jié)，為確保第二節(jié)沿活動(dòng)門(mén)擋緩慢下降至喇叭形定位槽內(nèi)，鋼圍堰兩端系扣兩根纜風(fēng)繩，在鋼圍堰吊移至活動(dòng)門(mén)擋位置過(guò)程中，人工配合吊車(chē)進(jìn)行就位控制。在兩頭設(shè)置2個(gè)手拉葫蘆，在鋼圍堰灌入時(shí)，利用手拉葫蘆配合，調(diào)整鋼圍堰位置，保證第二節(jié)圍堰與第一節(jié)圍堰連接到位。

5.6安裝過(guò)程中注意事項(xiàng)

安裝過(guò)程中主要控制鋼圍堰灌入速度，緩慢下落，出現(xiàn)卡住停頓或者摩擦聲響過(guò)大等異常情況時(shí)，及時(shí)暫停灌入，檢查原因，利用吊車(chē)大臂進(jìn)行方向微調(diào)，改變吊物的方向，再進(jìn)行灌入。

鋼圍堰吊裝過(guò)程中，做好鋼圍堰的成品、底止水的保護(hù)，在起吊前對(duì)止水橡皮用澆水法進(jìn)行防護(hù)。對(duì)鋼絲繩綁扎部位墊鋪汽車(chē)輪胎片，防止鋼絲繩磨損鋼圍堰表面防腐層。

5.7鋼圍堰的拆除

鋼圍堰拆除前采用水泵往圍堰內(nèi)注水，使圍堰上、下游水位保持平衡，吊車(chē)上鉤，保持受力狀態(tài)，拆除活動(dòng)門(mén)擋、支撐等定位和固定裝置，而后采用手拉葫蘆往外拉，使鋼圍堰脫離翼墻，必要時(shí)采用千斤頂在內(nèi)側(cè)配合將鋼圍堰吊離出水。

6結(jié)語(yǔ)

泵站加固改造工程中水工結(jié)構(gòu)改造的工程量往往很小，采用鋼圍堰結(jié)構(gòu)與筑壩土圍堰相比有成本低、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)。淮安抽水三站改造工程針對(duì)工程實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)鋼圍堰方案進(jìn)一步優(yōu)化，分塊制作安裝，有效避免了施工過(guò)程可能遇到的困難。鋼圍堰擋水效果良好，胸墻改造得以順利完工，分塊制作安裝鋼圍堰生產(chǎn)、施工操作簡(jiǎn)單，效率高，滿(mǎn)足了工期要求。

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.006

中圖分類(lèi)號(hào)：TV551.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1005-4774(2016)07- 0019- 05

Application of block production and installation of steel cofferdam in pumping station renovation project

ZHANG Zhengkai, ZHANG Chengbin

(JiangsuIrrigationGeneralCanalManagementOffice,Huai’an223200,China)

Abstract：Front quay wall of upstream service gate should be chiseled and renovated in Huai’an water pumping No. 3 station reinforcing and reform project. Steel cofferdam with low cost and convenient construction is adopted in water retaining design. In the implementation process, the cofferdam is produced and installed in blocks through optimizing steel cofferdam plan aiming at actual condition of the project. Possible difficulties in construction process are effectively avoided. Block steel cofferdam operation time is only 28d. The working efficiency is high. Construction duration is saved.

Key words：block; steel cofferdam; pumping station; reinforcement renovation