水閘閘室加固鋼支撐的設(shè)計(jì)與施工方案探討

萬 泉

(江蘇省江都水利工程管理處，江蘇江都 225200)

鋼支撐一般情況下是傾斜的連接構(gòu)件，最常見的是人字形和交叉形，截面形式可以是鋼管、H型鋼、角鋼等，作用是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在水閘閘室加固施工過程中，因閘室內(nèi)排水，兩側(cè)閘墩將承受較大水壓力，為確保兩側(cè)閘墩穩(wěn)定，通常在上下游檢修閘門之間的閘墩位置上設(shè)置臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)撐，它是閘室支護(hù)結(jié)構(gòu)的重要措施，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、施工工期短、造價(jià)低、支撐軸力大以及拆除方便等優(yōu)點(diǎn)。

1 工程概況

萬福閘位于揚(yáng)州市以東10km的廖家溝上，為淮河入江水道主要控制建筑物之一，也是淮河入江水道歸江控制工程中最大的口門，承擔(dān)著淮河中上游約65%洪水入江任務(wù)。工程興建于1959年，閘室共65孔，為開敞式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，每孔凈寬6m，總凈寬390m，設(shè)計(jì)流量8270m3/s，屬大 (1)型水閘、水工Ⅱ級(jí)建筑物［1］。經(jīng)過50年頻繁運(yùn)用，設(shè)施已逐漸老化，建筑物存在安全隱患，亟待進(jìn)行加固改造。工程加固后，將大大改善區(qū)域排澇狀況，恢復(fù)最大行洪能力，進(jìn)一步促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)綜合效益。

此次萬福閘加固工程主要內(nèi)容包括:加固閘室結(jié)構(gòu)，上、下游護(hù)底，減載加固翼墻，增建啟閉機(jī)房，拆建控制樓，恢復(fù)觀測(cè)設(shè)施以及對(duì)萬福閘、芒稻閘水文站進(jìn)行改造等［2］。

萬福閘上下游河面寬度近500m。根據(jù)萬福閘工程功能要求，施工階段工程需正常運(yùn)行，施工期間不允許封堵、減小萬福閘口門的過流寬度，總體要求是“不斷流、不斷交通”，施工時(shí)底板不得大面積承受浮托力，閘墩不得承受側(cè)向水頭［1］。限于以上施工條件，閘室加固施工為水上作業(yè)，實(shí)施排水加固。閘室上下游檢修門間閘門主軌道、底檻進(jìn)行改造時(shí)，將在上下游檢修門槽安放檢修門排除積水，形成干施工環(huán)境。因閘室內(nèi)排水，兩側(cè)閘墩將承受較大水壓力，為確保閘室改造施工過程中，兩側(cè)閘墩穩(wěn)定，擬在上下游檢修門之間的閘墩3.5m高程位置處每孔增設(shè)臨時(shí)鋼結(jié)構(gòu)對(duì)撐4根。閘室內(nèi)鋼支撐的布設(shè)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 鋼支撐設(shè)計(jì)計(jì)算［3 ］

2.1 施工荷載

閘孔上下游檢修門間距為6.10m，共設(shè)置4道對(duì)撐，則毎根對(duì)撐承受的軸向壓力為

2.2 鋼支撐截面的選擇

擬選擇φ300的鋼管，壁厚為10mm。

施工荷載和鋼支撐截面的選擇見圖2。

圖1 閘室鋼支撐布置 高程:m;尺寸:mm

圖2 施工荷載和鋼支撐截面 高程:m;尺寸:mm

2.3 鋼管支撐穩(wěn)定性驗(yàn)算

將鋼管支撐視為兩端鉸支座的壓桿，μ=1，截面的最小慣性半徑為

壓桿的柔度為λ=μl/imin=1×6000/102=58.8＜λμ=60(Q235鋼管短管與中長管的柔度臨界值)，因此鋼支撐為短桿，主要破壞形式為強(qiáng)度破壞，壓桿的承載力滿足強(qiáng)度要求即可。選用壁厚為10mm的φ300的鋼管，滿足要求。

2.4 鋼支撐活絡(luò)頭設(shè)計(jì)

由于閘孔凈寬不同，鋼支撐長度必須可調(diào)節(jié)，擬對(duì)鋼支撐端部進(jìn)行下述設(shè)置，如圖3所示。

鋼支撐可能承受的最大側(cè)壓力約為373.60kN，活絡(luò)頭B施加于活絡(luò)頭A的軸向壓力將產(chǎn)生圖4所示分力F1、F2，其中 F1由聯(lián)接活絡(luò)頭 B、A之間的M20對(duì)拉螺栓承受。

M20對(duì)拉螺栓滿足要求，實(shí)際工作狀態(tài)中受力遠(yuǎn)小于此值。

每根鋼支撐自重約0.45t，其端部將擱置于由4根φ16螺栓固定于墩墻的鋼托架上。

由于同一閘墩不同位置的混凝土表面平整度不一致，安裝對(duì)撐時(shí)需進(jìn)行調(diào)整，在剛度滿足要求時(shí)不宜設(shè)置橫撐，不便于對(duì)稱調(diào)整，否則會(huì)對(duì)施工過程中的轉(zhuǎn)孔安拆造成影響。

3 鋼支撐制作加工的質(zhì)量控制

該工程鋼支撐制作加工時(shí)的質(zhì)量控制需注意以下幾點(diǎn):原材料 (包括鋼材的種類、材質(zhì)、厚度)須符合要求;支撐鋼管要順直，無彎曲變形、嚴(yán)重銹蝕;用于兩個(gè)活絡(luò)頭接觸面的鋼板要平整;焊縫的高度不小于8mm，焊縫質(zhì)量符合規(guī)范要求;活絡(luò)頭A、B成套制作相匹配并做好標(biāo)識(shí)，尤其是φ40鋼管位置要準(zhǔn)確。

4 鋼支撐的安裝與拆除

鋼支撐運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)安裝前，先在墩墻上按設(shè)計(jì)標(biāo)高鉆孔埋設(shè)膨脹螺栓、安裝鋼托架。鋼支撐采用8t吊車在公路橋或工作橋上吊裝安放在鋼支架上并固定好。再安放活絡(luò)頭A，并與活絡(luò)頭B采用M20螺栓連接擰緊。鋼支撐拆除順序與安裝程序正好相反:先將活絡(luò)頭B的M20螺栓連接松開，拆開活絡(luò)頭B，然后拆開活絡(luò)頭A，最后用8t吊車在公路橋或工作橋上將鋼支撐吊出閘室至指定地點(diǎn)安放。

5 鋼支撐制作施工進(jìn)度計(jì)劃及資源的配備

5.1 鋼支撐制作施工進(jìn)度安排

鋼支撐的制作、安裝及施工過程中的轉(zhuǎn)孔施工，均在工程施工關(guān)鍵線路上，其制作進(jìn)度在一定程度上會(huì)影響主體工程工期，因此，需從緊安排其制作進(jìn)度計(jì)劃:2012年3月10～15日完成2孔8根對(duì)撐的制作，2012年3月16～20日再完成3孔12根對(duì)撐的制作。2012年汛前先加5套20根式，汛后將根據(jù)施工進(jìn)度情況適時(shí)增加數(shù)量。

5.2 鋼支撐制作施工資源的配備

5.2.1 鋼支撐制作施工配備的主要施工機(jī)械設(shè)備

鋼支撐制作施工配備的主要施工機(jī)械設(shè)備見下表。

主要施工機(jī)械設(shè)備表

5.2.2 施工人員配備

鋼支撐制作施工配備電焊工約4人，起重工2人，機(jī)電工2人，普工6人。施工時(shí)將根據(jù)進(jìn)度情況適時(shí)調(diào)整施工人員的配備，確保制作施工進(jìn)度。

6 安全生產(chǎn)

6.1 水上作業(yè)的安全

施工前對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，各崗位制定安全操作規(guī)程。水上作業(yè)人員一律要求會(huì)游泳，作業(yè)時(shí)佩戴好安全帽并穿好救生衣或系扣救生圈。此外，利用浮箱船只等作為施工作業(yè)平臺(tái)時(shí)，錨索系扣牢靠，并考慮物料的堆放均勻、對(duì)稱，以防偏心失穩(wěn)。

6.2 用電安全

鋼圍支撐加工焊接的電焊工需持證上崗，現(xiàn)場(chǎng)配電箱設(shè)有可靠的接地設(shè)施，每個(gè)配電箱配備獨(dú)立的漏電保護(hù)器。配電箱內(nèi)導(dǎo)線無破損、老化，接頭按要求做好防水、防漏電處理;手持式電動(dòng)工具的絕緣性能必須符合要求，并定期檢查其安全性能，夜間施工有足夠照明。

6.3 吊裝安全

鋼支撐的施工、轉(zhuǎn)場(chǎng)吊裝操作人員必須持證上崗;起重、運(yùn)輸車輛的證件齊全、有效。起重設(shè)備的工作能力必須經(jīng)過驗(yàn)算，滿足構(gòu)件安全吊裝的要求并留有足夠的安全系數(shù)，吊裝的索、鉤必須經(jīng)常檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)更換，吊裝程序符合規(guī)范要求。

6.4 交通安全

該工程閘下公路為揚(yáng)州至江都主干道，交通十分繁忙。施工期間，交警部門對(duì)公路橋北側(cè)人行道進(jìn)行封閉，從夜間0時(shí)至凌晨5時(shí)對(duì)公路橋進(jìn)行半幅封閉，項(xiàng)目部將拆除和吊裝工作安排在下半夜施工;拆除吊裝前，項(xiàng)目部在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置“萬福閘改建施工，請(qǐng)繞道行駛”、“前方施工、減速慢行”等專用道路標(biāo)志;現(xiàn)場(chǎng)拆除吊裝時(shí)，項(xiàng)目部派專人在萬福閘兩端及施工區(qū)域維持交通秩序，做到安全第一、以人為本、有序通行［4］。

7 結(jié) 語

萬福閘加固工程閘室加固采用的鋼支撐施工體系具有制作簡(jiǎn)單、施工速度快、造價(jià)低、支撐軸力大、拆除方便以及對(duì)周圍環(huán)境影響小、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，該施工體系的成功運(yùn)用不僅保證了萬福閘加固工程閘室加固以及其他土建項(xiàng)目的順利實(shí)施，而且為類似水閘閘室加固鋼支撐的設(shè)計(jì)和施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司.淮河入江水道整治工程萬福閘加固工程施工圖設(shè)計(jì)總說明［R］.2011，10:1，3，4.

［2］江蘇省水利廳.關(guān)于淮河入江水道整治萬福閘加固及萬福閘、芒稻閘水文站改造工程初步設(shè)計(jì)及概算的批復(fù)［R］.2011，8:1-2.

［3］范崇仁.水工鋼結(jié)構(gòu).第四版［M］.北京:中國水利水電出版社，2008.

［4］江蘇省水利建設(shè)工程有限公司.淮河入江水道萬福閘加固工程交通管制專項(xiàng)方案［R］.2012，3:5.