水利工程水闸金属结构施工方法研究

◎ 张彬 惠州市水电建筑工程有限公司

某水闸工程的建设内容主要是一座海水换水闸，流量为550m/s，水闸长度约为20.5m，从顺水流向来看，它的宽大概有97.3m，为规模中型的水闸。运行闸门采取八孔布置，每孔的高度和宽度依次是5m、10m。在闸室之中设计多种门槽，例如有运行门槽、检修门槽，同时设置相关的配套设施。

1.水闸的相关介绍

水闸主要设置在河道或渠道上，能够对流量及水位进行有效调节，属于水工建筑物。对闸门进行关闭操作，能够有效发挥拦洪及挡潮作用，还可以增加上游水位，有利于更好地实现灌溉及发电等需要；闸门打开后，能够实现泄洪及排水功能，给下游提供大量的水资源。闸门与启闭机都是八套，电动葫芦（图1）与轨道均为两套，并且配置一套检修闸门。基于水利工程来看，水闸可以挡水及泄水，有着广泛的运用。

图1 电动葫芦

1.1 组成

就水闸来看，它包含多个构成部分，例如闸室，在水闸成分中，这一结构有着不可忽视的地位，闸室中还设置了闸门及启闭机等。对于闸门而言，能够对过闸流量进行有效控制，可以实现挡水功能，对于闸墩而言，它能够对闸孔及一系列设施进行分隔。在闸室中，底板属于基础设施，可以有效将荷载传递至地基，且还具有防渗及防冲功能。不但能够同上游连接段实施连接，还能同下游连接段实施连接。针对上游连接段来看，它由三部分构成，其中包括翼墙、护坡与河床，可以对水流实行科学引导，让它们流入闸室中，从而对两岸和河床实施保护，避免它们被水流冲刷，它们还同闸室一起构建了相应的渗径，可以更好地确保闸基及两岸稳定性。对于下游连接段来看，它包含护坦及防冲槽等部分，能够对过闸水流向进行科学控制，降低流速，对水流剩余动能实施削弱，进一步避免对河床和两岸形成冲刷。

1.2 特点

借助关闭水闸的方式，来实现挡水功能，在这一过程中，闸室会承载一定的水平推力，这是因为水位差的原因，会导致闸室朝着下游滑动。在对闸室进行设计时，应具备较强的抗滑稳定性。基于上下游水位的作用，会导致上游水资源渗透到下游，进一步形成渗透压力，从而对闸基的连接产生不良影响，对水闸的稳定性影响非常大，究其原因，它设置在土基之上，这使得其渗透性相对较差，所以极易产生渗透变形问题，不利用工程安全，因此，应对闸址地质环境及闸室等多种因素开展分析，在上游位置应安装防渗系统，在下游位置可设置排水系统，从而全面确保闸基抗渗性。基于开门泄水过程来看，需合理设置闸室宽度，以确保水量能够顺利通过。对于闸的孔径来看，应结合使用要求及投资情况等进行选择。因为水闸水流形态相对复杂，流速非常快，为避免对河床及两岸产生冲刷，应运用针对性措施进行防冲处理。

2.闸门施工内容

（1）功能目标。针对内海系统以及外海，该水闸工程为短时间内可以达到二者的连通，以及实现水体交换，能够有效恢复海洋属性，基于这一区域里的水体交换能力，有力确保其总目标，并且可以起到挡水及换水的作用。

（2）施工内容与工程量。在该水闸工程中，实际的安装内容有：水闸钢筋混凝土构筑物施工、闸门埋件安装处理，闸门导轨安装、闸门吊装及焊接操作等。

3.总体施工方法

对于闸门埋件，它的安装施工顺序是：首先为底槛，然后是混凝土浇筑与主反轨道，其次是浇筑混凝土与副轨道，最后是浇筑二期混凝土。在进行埋件吊装时，通过借助25t汽车吊吊装，采取人工焊接的手段，在完成模板安装后进行浇筑作业，对于底槛以及门楣，二者均是一次浇筑，对于主、反轨道二期混凝土，每间隔3.5m的距离，进行依次浇筑作业，一共开展两次，通过人工的形式，实行混凝土振捣操作。对于单孔闸门，它的高度达到5.4m，分两节加工，底节高是3.4m，有17t重；对于上节闸门，它的高度是2m，有13t重。在结束门楣安装操作之后，才对闸门进行安装处理。通过100t的汽车吊吊装，在吊好下节闸门之后，放到门槽里面，调直稳固好，接下来，再吊装上节闸门，调好对接，使用螺栓来固定好，无论是底节闸门，还是上节闸门，都要焊接到位。

4.埋件安装

（1）闸门埋件安装准备。当开展设备安装时，由存放位置将所需安装的设备调运出来，对其相关内容开展拼装检查，例如所有部件及零件；对门槽埋件进行全面检查，查看有没有齐全，在调运所有部件的过程中，有没有出现损伤的情况；认真对部件安装标记进行检查，判断是不是金属结构的；当组装检查时，若出现以下的情况，也就是损伤、丢失，则在实施修正及补件之后，方可开展安装作业。在正式安装之前，需要仔细检查预留槽，同时针对所预留的插筋，需要对其调直处理。正式安装门槽埋设件之前，应该认真开展凿毛清理。

（2）埋件安装。通过对汽车吊的有效运用，需在门槽之上吊着埋件，并借助千斤顶实施调节，力求做到精调，当验收达标后才能开展加固处理。埋件调节结束，同所预留的锚栓等焊接牢固。对于加固材料，不能以直接的形式，将其焊接于工作面。对于埋件全部工作面上的连焊，结束安装以及浇筑作业之后，认真进行打磨处理，它的粗糙程度，需要确保同焊接构件的一致。结束闸门埋件安装之后，认真清理全部的工作面，对于能对闸门工作造成影响的外露物，需要彻底清除，同时针对埋件安装精准度，应该做好复测，在认真进行记录之后，及时报送相应的结果。对于已经安装到位的门轨，需要落实好对其外露表面的防腐工作。在结束拆模之后，也需要开展复测，并且认真清理所遗留的杂物，例如钢筋头，同时做好埋件表面的清理工作。

5.闸门施工方法以及钢丝绳受力计算

（1）闸门施工方法。针对单节闸门，选择两点吊吊装方式。上节闸门吊耳设置：每两个吊耳之间的距离设成6.6m，选择钢板吊耳，通过钢板加工完成，板的厚度是20mm，通过对螺栓的使用，将吊耳同闸门进行连接，对于上节闸门，选择永久吊耳，将其看成起吊吊点。

（2）钢丝绳受力计算。对于单节闸门，选择两点吊吊装方式，下节闸门的重量达到17 t，基于这一闸门吊装，进而开展钢丝绳强度验收。对于底节闸门，它的吊耳共两个，间距为6.6米，选用钢板生产，板厚20毫米，在合理利用螺栓的基础上，将吊耳与闸门进行连接，下节闸门一共设置两个吊点，在进行吊装操作的时候，钢丝绳及闸门二者之间的夹角设成60°。闸门及吊具的重量共达到18.5t，前者的为17t，后者的为1.5t，吊具质量选取1.5t，对于单根钢丝绳，它的受力是10.7t，即18.5t÷2÷sin60°=10.7t。按照有关的安全技术标准，在通过吊环吊装重物的时候，对于钢丝绳来讲，它的安全系数应该超过6，选取系数（一般用k 来表示）为7，F=10.7＊7=74.9t。选择一定规格的钢丝绳两根，公称直径是34.5mm，抗拉强度大小为1.85＊103兆帕，属于一种纤维芯，水平方向上的夹角是60°，对于钢丝绳，它的载荷破断拉力是82.5t，这一数值超过F(74.9t)，显而易见，是符合要求的。

6.吊装步骤

第一，100t汽车吊（图2）停于闸门吊装处，将所有的支腿打开，一共是4个，通过支垫及升高，使其达到水平状态；一定范围之内的障碍物，需要进行清除处理；在正式运行之前，空负荷工作超过5分钟，认真仔细检查机械，判断其运行有没有出现异常，安装处可靠性高不高。

图2 汽车吊

第二，在打开所有支腿之后，宽度达到8m。把闸门的上节与底节，吊装到起吊处，接着再把100t的吊机放到闸门起吊处，确保吊装的半径是12m。

第三，准备工作结束之后，针对下节闸门，把钢丝绳同其两个吊点进行连接，在准备完毕之后，先开展试吊操作，通过专业的指挥，将吊车慢慢起吊下节闸门，在其竖起来之后，同地面之间的距离处于2-3m时停吊。进行一定的观察，建议是十分钟，在判断没有异常之后，方可继续起吊。

第四，起吊下节闸门高大于闸墩0.5m，接下来，朝左缓缓移动，到闸门安装处的上方，针对闸门及门槽，实行二者的定位，在定位精准之后慢慢落下，无论是纵向处，还是水平方向位置，都需要确保精准，若定位不准确，则需要再次开展调整，直到满足有关的要求。

第五，在进行吊装时，为防止吊起的闸门由于风的因素，进而造成摆动及失稳现象，需要于闸门内海侧两端，通过对两根溜绳的使用绑到位，看成其调节方向。对于闸门以及门槽，当二者底部的间距为4-10cm时，对闸门方向进行调节，以便可以处在准确处，确保吊车能够正常下降。

第六，在下节闸门就位之后，由于仅存在1只主滑动轮，为避免闸门出现倾覆，应该认真做好对闸门的支撑固定，对于内海侧，选择工字钢来进行稳固，间距是2m，工字钢同地面之间的夹角为45°，底部支撑于钢筋位置。对于胸墙侧，通过对脚手管的使用，同顶托有效稳固闸门，在二者之间用木方垫上。

第七，在稳固好闸门后，对于闸门以及钢丝绳，需要把二者的卸扣解掉，接着开展上节闸门吊装。根据下节闸门的吊装顺序，在完成安装操作之后，通过对准孔校准，以针对平面垂直度，确保其数值不超过4mm，在连接螺栓的基础上来稳固。

第八，配置登高作业车，作业人员站在其上面，对上节闸门与底节闸门开展焊接操作，对于闸门外海侧，通过选择胸墙脚手架，将其当作操作平台。焊接的主要要求：对于焊接工艺，选择CO2气体保护焊，对于面板对接，选择V型坡口，其角度为60°。将吊车转移到下一闸孔，然后再继续安装。

7.结论

工程之中的所有闸门，均通过金属加工而成，其闸门非常重，无论是面积还是尺寸大小，都是相当突出的，然而，施工场地并不宽敞，不易进行运输及安装作业，同时在安装中需使用到吊装设备，这提高了工程的支出及安全风险。因此很多的大型、中型水闸，它们的闸门一般采用了分节加工、运输及安装，现场开展拼接与焊接。此安装方式易于进行施工、所需时间较短且高效、投入成本不高，显著降低了安装风险，被大多数参建单位所青睐。