大型弧形鋼閘門更換施工技術(shù)探討

劉媛媛 萬 泉

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 江都 225200)

大型弧形鋼閘門更換施工技術(shù)探討

劉媛媛 萬 泉

(江蘇省江都水利工程管理處， 江蘇 江都 225200)

弧形鋼閘門是水閘建設(shè)中采用較多的門型之一。它具有閘門啟門力小、運(yùn)行速度較快、操作靈活、運(yùn)轉(zhuǎn)安全等優(yōu)點(diǎn)，是眾多閘門中最為經(jīng)濟(jì)的一種門型，在五六十年代被廣泛應(yīng)用。本文對芒稻閘弧形鋼閘門更換的制作、安裝施工技術(shù)進(jìn)行整理和探討，可為類似工程提供借鑒。

弧形鋼閘門； 加固改造； 施工技術(shù)

1 工程概況

南水北調(diào)東線工程輸水干線沿線有300多座涵閘，大多建于20世紀(jì)60—70年代，由于年久失修，多數(shù)閘門和啟閉機(jī)破損，漏水嚴(yán)重。芒稻閘位于揚(yáng)州市江都區(qū)引江橋西的芒稻河口上，是國家南水北調(diào)東線源頭工程江都水利樞紐工程的重要組成部分，也是江都管理處沿運(yùn)閘洞漏水處理工程的主要建設(shè)內(nèi)容之一。

芒稻閘始建于1964年，共7孔，每孔凈寬10m，設(shè)計(jì)流量830m3/s。工程規(guī)模為中型，工程等級為Ⅱ等。根據(jù)江蘇省水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測站出具的《芒稻閘閘門及啟閉機(jī)安全檢測報(bào)告》，該閘存在閘門止水結(jié)構(gòu)老化、局部漏水、閘門外觀銹蝕嚴(yán)重等問題。經(jīng)復(fù)核驗(yàn)算，強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。為滿足南水北調(diào)東線工程通水的要求，減少水資源流失，提高江都抽水站輸水效益，需要更換閘門。

2 工藝特點(diǎn)

由于芒稻閘門葉尺寸較大，弧形面展開長和寬均接近10m，新閘門門重達(dá)41t，受閘孔尺寸、施工空間和起吊位置的限制，制作好的新閘門安裝難度較大，經(jīng)施工階段多次研究論證，最終采用門葉整體吊裝、支臂現(xiàn)場焊接的方法。此外，為滿足芒稻閘新閘門安裝施工作業(yè)空間的要求，臨時(shí)拆除公路橋內(nèi)側(cè)人行道欄桿和翼緣板，并在新閘門安裝完成后進(jìn)行恢復(fù)。

3 原閘門拆除

拆除流程：開閘沖污、閉門→安裝上游檢修門→拆除公路橋內(nèi)側(cè)人行道欄桿及翼緣板→閘門吊起→安裝鋼制平臺→吊放閘門拆除→解體閘門后分塊吊出→搭腳手架拆支鉸、支臂→側(cè)軌、止水拆除。

4 新弧形鋼閘門制作安裝

4.1 新弧形鋼閘門制作

流程：門葉各部件放樣下料→門葉各部組合件的拼裝、焊接及矯正→門葉整體焊接、拼裝、矯正→焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)→安裝側(cè)止水座板和底止水壓板→噴砂、鍍鋅、上底漆→出廠驗(yàn)收，運(yùn)至現(xiàn)場對焊接→第三方檢測合格后，噴涂面漆和安裝止水橡皮。

考慮到芒稻閘新制作弧形鋼閘門門葉尺寸較大(長9940mm×寬9856mm)，普通平板拖車無法運(yùn)輸，因此，閘門生產(chǎn)廠商采取縱向分兩片(長4750mm×寬9856mm，長5670mm×寬9856mm)的制作方案，從而滿足運(yùn)輸要求。

兩片閘門制作完成后，生產(chǎn)廠商對閘門表面先噴砂預(yù)處理，接著噴涂鋅層，閘門接縫處兩邊各留10cm不噴涂鋅層，以方便施工現(xiàn)場兩片閘門的對焊接工作；鋅層檢驗(yàn)合格后按照圖紙要求在閘門表面上一道底漆和中層漆，面漆留在施工現(xiàn)場閘門對接好后再噴涂，之后，閘門經(jīng)陸路由平板拖車運(yùn)輸至芒稻閘施工現(xiàn)場，將閘門卸至預(yù)先準(zhǔn)備好的登高馬凳上，按照廠商制作閘門時(shí)留下的靠模對縫焊接閘門，閘門焊接好后對面板進(jìn)行矯正，矯正好后由專業(yè)無損檢測人員對焊縫進(jìn)行外觀檢查和無損探傷檢驗(yàn)，自檢合格后提交監(jiān)理單位和建設(shè)單位委托的第三方檢測，檢測合格后對面板焊縫進(jìn)行防腐處理，最后噴涂面漆。待閘門吊裝進(jìn)入閘孔就位，安裝止水橡皮。

4.2 新弧形鋼閘門安裝

流程：安裝平臺就位→安裝方鋼滑行軌道→平板車將新閘門運(yùn)至閘孔→兩臺汽車吊將閘門吊入閘孔→啟閉機(jī)和閘門連接，在閘門進(jìn)入閘孔、逐步進(jìn)入安裝預(yù)定位置過程中，由公路橋上的兩臺汽車吊、啟閉機(jī)兩個(gè)吊點(diǎn)，共4個(gè)吊點(diǎn)，使閘門在閘孔中逐漸進(jìn)入軌道→閘門沿軌道下滑至安裝位置→固定門葉→支臂、支鉸現(xiàn)場焊接→安裝側(cè)、底、頂止水→焊縫防腐→閘門和啟閉機(jī)聯(lián)動調(diào)試、移交。

4.2.1 吊裝設(shè)備選擇

a. 閘門吊點(diǎn)設(shè)置。上吊點(diǎn)設(shè)置在閘門兩側(cè)縱梁頂部面板上，下吊點(diǎn)設(shè)置在兩側(cè)縱梁面板上，吊點(diǎn)距與啟閉機(jī)吊點(diǎn)距保持一致(9m)，從而保證啟閉機(jī)的安全運(yùn)行。

b. 鋼絲繩選配。起重機(jī)使用的鋼絲繩安全系數(shù)取5.5倍，門葉主體最重按28t，吊裝時(shí)鋼絲繩夾角為30°，根據(jù)計(jì)算公式s=k×q/n，k值為常數(shù)取1.15，n為使用時(shí)鋼絲繩根數(shù)，取4根，q為物體重量，則s=1.15×28/4=8.05t，8.05t×5.5=44.275t。查鋼絲繩使用表得直徑為φ30×6×37+1鋼絲繩，使用拉力為53.5t，53.5×0.866=46.331t，46.331>44.275t，滿足吊裝要求。

c. 吊裝使用的卸扣。卸扣φ30，單件載荷15t，15t×2=30t，30t>28t，滿足閘門吊裝。

d. 臨時(shí)吊耳設(shè)計(jì)計(jì)算。局部緊接承壓應(yīng)力[σcj]=80MPa；孔壁抗拉應(yīng)力[σk]=120MPa；容許拉應(yīng)力[σ]=160MPa，門葉最重約28000kg；設(shè)計(jì)采用4只吊耳均勻受力，每只吊耳承受載荷p=28000/4=7000kg；取吊耳卸扣所配中心孔徑d=80mm；板寬B=[2.4×2.6]d，B=2.5d=2.5×80mm=200mm，取B=240mm；驗(yàn)證δ≥B/20=240/20=12mm，取材質(zhì)為235，板厚為s=20，r=120。

吊耳孔壁承壓力σcj=p/d，δ=7000×9.8/(80×20)=42.875MPa<[σ?j]=80MPa。

吊耳孔壁抗拉應(yīng)力σk=σcj[R2+(d/2)2]/(R2-(d/2)2]=39.8×(120×120+40×40)/(120×120-40×40)=49.75MPa<[σΚ]=120MPa。

e. 焊縫的強(qiáng)度計(jì)算。σ=P/δΒ=7000×9.8/(20×240)=14.29MPa。

采用s=20mm，兩側(cè)開坡口焊接，焊縫10mm，因此選值吊耳參數(shù)是δΗΒ=20×200×240，d=80mm，R=120mm。

閘門臨時(shí)吊耳圖如圖1所示。

圖1 閘門臨時(shí)吊耳 (單位： m)

f. 吊裝汽車吊選值。50t，臂長18.0m，幅度10m，吊重9.2t，9.2×2t=18.4>7×2=14t，滿足吊裝要求。

4.2.2 吊裝準(zhǔn)備

a. 技術(shù)準(zhǔn)備。熟悉圖紙、計(jì)算荷載、編制吊裝方案、進(jìn)行方案審查和完善工作。

b. 現(xiàn)場準(zhǔn)備。由于閘門尺寸較大，閘門在轉(zhuǎn)運(yùn)至現(xiàn)場時(shí)，需要將芒稻閘西側(cè)大門拆除，以及將上游側(cè)圍擋拆除以便閘門順利進(jìn)入現(xiàn)場；同時(shí)根據(jù)閘門安裝的精確位置將滑道布置到位并將滑道固定，放置閘門在沿滑道下滑時(shí)滑道錯(cuò)位。

c. 吊具及輔助設(shè)備準(zhǔn)備。鋼絲繩購置加工、臨時(shí)吊耳準(zhǔn)備等。

d. 操作人員準(zhǔn)備。吊裝人員提前到現(xiàn)場察看，詳細(xì)了解設(shè)備重量、設(shè)備形狀、吊裝點(diǎn)設(shè)置、滑道布置，查明吊裝現(xiàn)場周圍環(huán)境、危險(xiǎn)障礙物等，制定吊裝作業(yè)方案并對相關(guān)人員進(jìn)行交底。

4.2.3 吊裝施工

先在安裝閘門的閘室內(nèi)吊入一個(gè)安裝平臺，在平臺上安裝兩根方鋼連接平臺與工作橋，方鋼作為閘門安裝時(shí)的滑行軌道，閘門面板向上用汽車運(yùn)輸至安裝位置，用2臺50t汽車吊平抬就位，汽車吊的后腳支撐在閘墩上，靠閘墩處制作支撐臺2只，汽車吊后腳、前腳支撐1000mm×1000mm×200mm鋼墊4只，保證施工安全，將閘門平吊起，轉(zhuǎn)移到閘室，用已設(shè)置的吊耳與啟閉機(jī)鋼絲繩連接，啟閉機(jī)上行至吊車內(nèi)吊點(diǎn)鋼絲繩松弛處，此時(shí)解除吊車的內(nèi)吊點(diǎn)鋼絲繩。門葉下端由啟閉機(jī)吊起門葉上端暫擱置在閘公路橋上，松開汽車吊吊點(diǎn)，開走平板運(yùn)輸車，汽車吊再分別吊起門葉上端的兩個(gè)吊點(diǎn)。啟閉機(jī)下行，吊車配合，使閘門沿規(guī)道下滑至安裝位置，解除啟閉機(jī)及汽車吊點(diǎn)，再將啟閉機(jī)連接至門頂?shù)醵希瑢㈤l門拉起，用上游設(shè)置的手拉葫蘆將閘門精確定位至安裝位置保險(xiǎn)。用汽車吊分別將支臂吊入閘室與其他輔助設(shè)施就位，就位后先安裝支鉸側(cè)，后與門體連接，嚴(yán)格控制支鉸中心到閘門面板的曲率半徑，兩側(cè)、頂?shù)追弦?guī)范要求后，進(jìn)行加固，報(bào)監(jiān)理單位驗(yàn)收合格后，進(jìn)行焊接；支臂焊接后，開啟啟閉機(jī)上行，將閘門拉起，安裝側(cè)、底止水后，將閘門吊起，移走水上施工平臺，將閘門降到底坎上，安裝頂止水，安裝時(shí)施工人員要保證頂止水與頂止水座的密合，再進(jìn)行固定牢靠，進(jìn)行焊接，先焊上部焊縫，再焊下部焊縫，焊接后，進(jìn)行焊縫防腐。最后，閘門和啟閉機(jī)進(jìn)行聯(lián)動、調(diào)試。新閘門吊裝如下頁圖2所示。

圖2 新閘門吊裝示意圖

5 結(jié) 語

芒稻閘新制作弧形鋼閘門的制作安裝，采用了門葉分兩片制作，現(xiàn)場對縫拼接，汽車吊啟閉機(jī)閘門聯(lián)動，門葉整體吊裝，支臂、支鉸閘孔內(nèi)現(xiàn)場焊接的施工方案，較好解決了因施工場地狹小所帶來的安裝困難。該施工方案的成功運(yùn)用不僅保證了芒稻閘閘門更換及其他項(xiàng)目的順利實(shí)施，而且為類似水閘大型弧形鋼閘門的施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 范崇仁.水工鋼結(jié)構(gòu)[M].4版.北京：中國水利水電出版社，2008.

[2] SL 36—2016水工金屬結(jié)構(gòu)焊接通用技術(shù)條件[S].北京：中國水利水電出版社，2016.

Discussion on replacement construction technology of large steel arc gate

LIU Yuanyuan, WAN Quan

(JiangsuJiangduWaterConservancyProjectAdministrativeOffice,Jiangdu225200,China)

Steel arc gate is one of gate forms which are adopted in the construction of sluice frequently. It has advantages of low gate opening force, faster operation speed, flexible operation, safe operation, etc. It is the most economical gate form among many gates, which was widely applied in 1950s and 1960s. In the paper, the replacement production and installation construction technology of Mangdao sluice steel arc gate is sorted and discussed, thereby providing reference for similar projects.

steel arc gate; reinforcement reform; construction technology

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.06.004

TV663+.2

A

1005-4774(2017)06- 0015- 04