水利工程水闸金属结构施工方法

赵大海 中交一航局中交河海工程有限公司

1.工程概况

中新天津生态城北堤水闸及船闸建设工程（水闸）建设内容为1座内外海水换水闸。水闸设计流量550m³/s，闸身顺水流向长20.5m，宽度为97.26m，属于中型水闸。水闸工作闸门为8孔布置，单孔净宽10m，净高5m。闸室由内侧向外海侧依次设置内侧检修门槽、工作闸门门槽及外海侧检修闸门门槽，并配工作闸门8套、卷扬启闭机各8套、检修闸门1套、电动葫芦及轨道2套。

2.闸门施工内容

2.1 功能目标

中新天津生态城北堤水闸为尽早实现内海系统与外海的连通和水体交换，恢复区域内水系的海洋属性，保障该区域内水体交换能力的总目标，同时具备挡水和换水功能。

2.2 施工内容及工程量

安装施工的主要内容：闸门埋件安装及二期混凝土浇筑、第一节工作闸门安装，第二节工作闸门吊装、螺栓紧固及焊接、闸门止水安装。

3.闸门及埋件施工方法

3.1 总体施工方法

图1 中新天津生态城北堤水闸金属结构安装工程量表

闸门埋件安装顺序：底槛——浇筑二期混凝土——主轨道——反轨道——浇筑二期混凝土——副轨道——浇筑二期混凝土。埋件吊装采用25t汽车吊吊装，人工焊接固定，安装模板浇筑二期混凝土，其中底槛和门楣二期混凝土一次浇筑，主轨道和反轨道二期混凝土每3.5m高浇筑一次，共浇筑2次，混凝土人工振捣密实。

单孔闸门总高度5.4m，分两节制作，底节高度为3.4m，重量为17t；上节高度2m，重量为13t。待门楣安装完成后，开始安装闸门。采用100t汽车吊吊装，首先吊装底节闸门，放入门槽内，调直固定，然后吊装上节闸门，调整对接，连接固定螺栓，上下节焊接。

3.2 埋件安装

（1）埋件安装准备工作。在进行金属结构设备安装时，首先从存放场地调运出进行安装的该设备的全部构件、结构总成、机械总成、零件等进行拼装检查：检查门槽埋件等是否齐全，各部件在运输、存放过程中有否损伤；检查各部件在拼接处的安装标记是否属于本金属结构的；在组装检查中出现损伤、缺陷、或零件丢失等，进行修整、补备零件后才准许进行安装。金属结构安装前，先对一期混凝土预留槽进行检查，并对一期混凝土中预留的插筋进行调直。在门槽埋设件安装以前进行凿毛清洗处理。

（2）埋件安装。采用汽车吊将埋件吊至门槽，并利用千斤顶调节螺杆，进行精调，检查验收后再加固。埋件就位调整完毕，与一期混凝土中的预留锚栓、锚筋或预埋连接件焊牢。严禁将加固材料直接焊接在主轨、反轨、底槛等的工作面上。埋件所有工作面上的连接焊缝，在安装工作完毕和浇筑二期混凝土后，仔细打磨，其表面粗糙度应与焊接构件一致。埋件安装完毕后，对所有的工作表面进行清理，门槽范围内影响闸门安全运行的外露物必须清除干净，并对埋件的最终安装精度进行复测，做好记录报送监理工程师。安装好的门轨外露表面进行防腐处理。二期混凝土拆模后，应进行复测，同时清除遗留的钢筋头等杂物，并将埋件表面清理干净。

3.3 闸门施工方法

单节闸门采用2点吊吊装方法。底节闸门临时吊耳设置：吊耳间距6.6 m，吊耳采用钢板吊耳，板厚20mm、Q345钢板制作，单个吊耳采用4颗8.8级φ24螺栓与闸门连接，上节闸门利用顶梁肋板上的闸门永久吊耳作为起吊吊点。

3.4 钢丝绳受力计算

钢丝绳受力计算：单节闸门采用2点吊吊装方法，底节闸门17T最重，以底节闸门吊装进行验收钢丝绳强度。

底节闸门吊耳设置：吊耳间距6.6 m，吊耳采用钢板吊耳，板厚20mm、Q345钢板制作，单个吊耳采用4颗8.8级φ24螺栓与闸门连接，单节底闸门总计2个吊点，吊装时设定钢丝绳与闸门水平夹角为60°。

G计算=闸门质量+吊具质量（吊具质量取1.5t）=17t+1.5t=18.5t

最重闸门单根钢丝绳所受拉力为18.5t÷2÷sin60°=10.7t

根据JGJ276-2012《建筑施工起重吊装工程安全技术规范》用吊环吊装重物时钢丝绳安全倍数不小于6，取钢丝绳安全系数k=7，F=10.7＊7=74.9t。

选用6＊37-φ34.5-1850MPa规格（公称直径34.5mm，抗拉强度1850MPa，纤维芯）的钢丝绳2根，水平夹角60°，单根钢丝绳计算载荷破断拉力为82.5t＞74.9t，满足要求。

3.5 吊装步骤

（1）100t汽车吊停在1#闸孔闸门吊装位置，四个支腿全部打开，支垫、升高，汽车处于水平状态；工作半径有效高度以外13m内障碍物应予以清除；工作前空负荷运行5分钟以上，检查机械工作运行是否正常，安全装置是否可靠。

（2）100t汽车吊四个支腿全部打开后宽度为8m。首先将一扇闸门的上下两节吊装至起吊位置，然后再将100t吊机停放至闸门起吊位置，保证吊装半径12m。

（3）准备工作完成后，现场司索工将钢丝绳连接在底节闸门两端的2个吊点上，等准备工作一切就绪后，首先进行试吊，吊车在指挥人员的指挥下缓缓起吊底节闸门，待整个闸门竖立后，起吊闸门离地面200～300mm时停吊。观察10分钟无异常后才能继续起吊。

（4）起吊底节闸门高度超过闸墩50cm，然后向左慢慢转动，移至闸门安装位置上方，指挥人员位于闸门内侧底板上，在门槽内外海侧站立一人，进行闸门与门槽的定位，定位准确后缓缓落下，保证闸门的纵横向位置准确，如果定位不准，必须重新进行调整，直至达到规定要求为止。

（5）吊装过程中为避免吊起的闸门因为风的影响发生摆动、失稳等情况，应在闸门内海侧两端用2根溜绳绑好，作为牵引溜绳调整方向。当闸门底部距离门槽底40～100mm时，调整闸门方向达到准确位置，指挥吊车下降就位。

（6）底节闸门就位后，因底节闸门侧面只有一只主滑动轮，为防止闸门向内海侧倾覆，需对闸门进行支撑固定，内海侧采用4道16#工字钢固定间距2m，工字钢与地面角度为45°，型钢顶与闸门型钢焊接，底部支撑在底板钢筋处。胸墙侧采用脚手管与顶托固定闸门，顶托与闸门间垫木方。

（7）闸门固定好之后，解开钢丝绳与闸门的卸扣，进行上节闸门吊装。上节闸门按照底节闸门吊装步骤安装就位后，利用上下节闸门的对准孔校准使上下节闸门平面垂直度不大于4mm，连接两节闸门之间螺栓进行固定。

（8）闸门内海侧底板设置一台登高作业车，焊工站在登高车上对两节闸门进行焊接，外海侧焊接利用胸墙脚手架做施工平台。焊接技术要求：焊接工艺采用二氧化碳气体保护焊，镀铜低合金钢气体保护焊焊丝，面板对接采用V型坡口，坡口角度60°。移动吊车至下一闸孔继续安装。

4.结束语

水利工程中闸门全部是金属制造而成，其闸门的重量非常大，面积与尺寸也比较大，但施工现场场地又比较狭小，给运输和安装带来相当大的困难，并且安装过程中需要投很大的起重吊装设备，增加了项目的成本投入和安全风险。所以目前国内的大中型水闸的平面闸门基本选择了分节制作、运输、安装，现场进行组对、焊接。这种安装方法施工简单、快速有效、成本较低，大大降低了安装过程中的风险，得到各参建单位的普遍认可。