水利工程水閘金屬結(jié)構(gòu)施工方法

高學(xué)先

（山東省調(diào)水工程運(yùn)行維護(hù)中心龍口管理站，山東 龍口 265700）

1 水利金屬結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）水利金屬結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠承受較大的荷載和水壓力，這使水利金屬結(jié)構(gòu)能夠滿足水利工程對(duì)于安全性和穩(wěn)定性的要求；（2）水利金屬結(jié)構(gòu)施工方便、速度快。相比于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，金屬結(jié)構(gòu)可以在工廠預(yù)制，然后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝和安裝，大大縮短了工期，提高了施工效率；（3）水利金屬結(jié)構(gòu)重量輕，占地面積小。由于金屬材料的特性，水利金屬結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)更加輕巧，對(duì)基礎(chǔ)的要求也比較低，可以節(jié)約土地資源并降低對(duì)環(huán)境的影響；（4）水利金屬結(jié)構(gòu)具有較好的耐久性和可維護(hù)性。金屬材料具有較好的抗腐蝕性和耐久性，不易受到水環(huán)境和氣候的影響，并且金屬結(jié)構(gòu)也容易進(jìn)行維護(hù)和修理，延長(zhǎng)了金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命[1]。

2 水利金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的重要性

2.1 提高結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性

水利工程通常面臨較大的水壓力、荷載和環(huán)境變化等挑戰(zhàn)，因此水利金屬結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可以確保結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足工程要求，提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)、抗震和抗沖擊能力，從而保證工程的安全運(yùn)行。

2.2 提高結(jié)構(gòu)效能和經(jīng)濟(jì)性

水利金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以在保證結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定的前提下，盡可能減少材料的使用量和構(gòu)件的數(shù)量，提高材料利用率和結(jié)構(gòu)效能。合理的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以降低施工成本，并減輕對(duì)資源的消耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙贏的效果。

2.3 提高施工效率和減少工期

通常水利金屬結(jié)構(gòu)需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝和安裝，設(shè)計(jì)優(yōu)化可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)形式和連接方式，提高施工的精確度和速度，縮短施工周期，優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以減少誤差和修正的需求，降低施工風(fēng)險(xiǎn)和工期延誤的可能性。

2.4 優(yōu)化材料選擇和環(huán)境適應(yīng)性

水利金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以考慮不同材料的特點(diǎn)和性能，選擇最適合工程要求的材料，以提高結(jié)構(gòu)的耐久性和抗腐蝕性。優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以充分考慮環(huán)境因素，如溫度、濕度和氧化等，使結(jié)構(gòu)與環(huán)境條件相適應(yīng)，延長(zhǎng)使用壽命。

2.5 實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)

在當(dāng)前追求可持續(xù)發(fā)展的背景下，水利金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以進(jìn)一步提高工程的節(jié)能性和環(huán)境友好性。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以減少能源消耗和碳排放，并且結(jié)構(gòu)的可維護(hù)性和可拆解性也可以降低工程的廢棄物產(chǎn)生和資源浪費(fèi)[2]。

3 水利金屬結(jié)構(gòu)常見(jiàn)問(wèn)題

3.1 結(jié)構(gòu)安全性問(wèn)題

水利金屬結(jié)構(gòu)承載著重要的水壓力和荷載，因此結(jié)構(gòu)的安全性是至關(guān)重要的。常見(jiàn)問(wèn)題包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、連接件的松動(dòng)或斷裂以及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問(wèn)題。這可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)、塌陷甚至倒塌，嚴(yán)重威脅工程的安全。

3.2 腐蝕問(wèn)題

由于水環(huán)境的特殊性，水利金屬結(jié)構(gòu)容易受到腐蝕的影響，尤其是在鹽水或海洋環(huán)境中。腐蝕會(huì)導(dǎo)致金屬結(jié)構(gòu)的損壞和減弱，甚至引發(fā)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)失效，因此，必須選擇適合水環(huán)境條件的耐蝕材料，并采取防腐措施，如涂覆防腐劑或增加防腐保護(hù)層。

3.3 疲勞問(wèn)題

由于水利金屬結(jié)構(gòu)通常會(huì)長(zhǎng)期受到往復(fù)荷載和應(yīng)力的作用，容易引發(fā)疲勞破壞。疲勞破壞在金屬結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)為裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)張，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破裂，因此，在設(shè)計(jì)和施工中需要充分考慮結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，并合理控制荷載范圍，防止疲勞破壞。

3.4 材料問(wèn)題

水利金屬結(jié)構(gòu)的材料選擇也是一個(gè)重要問(wèn)題，不合適的材料會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不足、腐蝕或疲勞問(wèn)題等。因此，在設(shè)計(jì)和選材時(shí)需要綜合考慮金屬材料的性能和特點(diǎn)，確保選擇適合工程環(huán)境和要求的材料。

3.5 誤差累積問(wèn)題

在水利金屬結(jié)構(gòu)的制作和安裝過(guò)程中，存在誤差的累積問(wèn)題，由于精度要求較高，任何小的誤差在累積過(guò)程中都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不符合設(shè)計(jì)要求，這可能包括尺寸、角度或連接誤差等。因此，在施工前需要進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)量和檢查，確保結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性和質(zhì)量。

3.6 風(fēng)振問(wèn)題

水利金屬結(jié)構(gòu)常常會(huì)受到風(fēng)力的影響，特別是對(duì)于高聳的水利設(shè)施如橋梁和閘門(mén)等。當(dāng)風(fēng)速超過(guò)結(jié)構(gòu)所能承受的極限時(shí)，會(huì)引發(fā)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，因此，風(fēng)振問(wèn)題需要在設(shè)計(jì)和施工中予以考慮，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行抑制。

3.7 適應(yīng)性問(wèn)題

在高溫環(huán)境下，水利金屬結(jié)構(gòu)可能會(huì)受到熱膨脹和塑性變形的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形和變形，甚至破壞。而在低溫環(huán)境下，金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度通常會(huì)下降，容易發(fā)生脆斷和裂紋。

4 水利金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化的策略

4.1 結(jié)構(gòu)荷載

根據(jù)水利工程的具體要求和環(huán)境條件，合理確定結(jié)構(gòu)所承受的水壓力、荷載和地震力等。對(duì)于大型水利金屬結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載分析和計(jì)算，確保結(jié)構(gòu)在不同荷載作用下的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 強(qiáng)度和剛度

水利金屬結(jié)構(gòu)需要具備足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受荷載及水壓力的作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計(jì)算和驗(yàn)證，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。

4.3 腐蝕防護(hù)

由于水環(huán)境的特殊性，水利金屬結(jié)構(gòu)容易受到腐蝕的影響。因此，在設(shè)計(jì)中需要考慮采用耐腐蝕材料以及適當(dāng)?shù)母g防護(hù)措施，如涂層、防腐劑、防腐保護(hù)層等，以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命[3]。

4.4 連接方式

水利金屬結(jié)構(gòu)的連接方式對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度有著重要影響。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇適當(dāng)?shù)倪B接方式，并合理計(jì)算和驗(yàn)證連接件的強(qiáng)度和剛度。同時(shí)，金屬結(jié)構(gòu)的連接緊固件和焊接等細(xì)節(jié)要求也需要嚴(yán)格控制，以確保連接的可靠性。

4.5 疲勞壽命

水利金屬結(jié)構(gòu)通常會(huì)長(zhǎng)期受到往復(fù)荷載和應(yīng)力的作用，容易引發(fā)疲勞破壞。因此，在設(shè)計(jì)中需要考慮結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，并進(jìn)行相應(yīng)的疲勞分析和評(píng)估。合理控制荷載范圍、選擇適當(dāng)?shù)牟牧虾凸に?，以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

4.6 環(huán)境適應(yīng)性

水利金屬結(jié)構(gòu)通常要在惡劣的環(huán)境條件下運(yùn)行，如高溫、低溫、濕度等。因此，在設(shè)計(jì)中需要合理選擇材料并考慮結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。必要時(shí)，可以采取降溫、保溫、防雨等措施，以確保結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行。

4.7 CAD和數(shù)值分析

現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和數(shù)值分析軟件在水利金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中扮演著重要角色。通過(guò)CAD軟件進(jìn)行三維建模，可以直觀地展示結(jié)構(gòu)，并輔助進(jìn)行工程分析和設(shè)計(jì)，數(shù)值分析軟件可以幫助進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和疲勞分析等，提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

5 水利施工中水閘金屬結(jié)構(gòu)施工分析

5.1 埋件安裝

埋件利用載重汽車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后利用汽車(chē)吊將埋件吊至各孔槽內(nèi)，在各孔槽內(nèi)使用起重設(shè)備及鋼絲繩將埋件吊起就位。焊接底坎支架，將底坎吊裝到位，然后用千斤頂、導(dǎo)鏈、拉緊器等精確調(diào)整，確保底坎的高程，工作面平面度，對(duì)門(mén)槽中心線、孔口中心線的位置符合要求。底坎調(diào)整好后，在一期插筋間焊接鋼筋進(jìn)行加固。底坎調(diào)整加固完畢，經(jīng)檢查合格后澆筑二期砼，等到砼凝固拆模后復(fù)測(cè)安裝尺寸，符合要求后開(kāi)始搭設(shè)門(mén)楣以下埋件，在底坎上表面進(jìn)行主軌、反軌控制點(diǎn)、線的位置劃線。將底節(jié)主、反軌分別吊裝就位，用調(diào)節(jié)螺栓與一期插筋搭焊進(jìn)行初步固定，進(jìn)行粗調(diào)，再進(jìn)行精調(diào)。驗(yàn)收合格后加固埋件。底節(jié)主、反軌安裝后進(jìn)行測(cè)量檢查，合格后進(jìn)行其它各節(jié)主軌、反軌的吊裝、調(diào)整、加固，進(jìn)行節(jié)間螺栓連接、節(jié)間焊縫焊接、打磨及防腐。主、反軌安裝到門(mén)楣高程，進(jìn)行門(mén)楣安裝，門(mén)楣安裝驗(yàn)收合格后，進(jìn)行門(mén)楣以上主、反軌的吊裝。

5.2 鋼閘門(mén)安裝

鋼閘門(mén)用貨車(chē)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，用汽車(chē)吊吊至閘室旁，然后進(jìn)行閘門(mén)附件的組拼及安裝。在門(mén)槽安裝完成并具備閘門(mén)安裝條件時(shí)，利用汽車(chē)吊將閘門(mén)整體吊放入槽。閘門(mén)安裝完成驗(yàn)收合格后，對(duì)閘門(mén)進(jìn)行啟閉試驗(yàn)：試驗(yàn)前清除門(mén)槽內(nèi)和門(mén)葉上的所有雜物，清除不銹鋼水封座板表面的泥漿。然后按設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)定及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行閘門(mén)試驗(yàn)，用啟閉機(jī)將門(mén)體沉放入槽，啟閉試驗(yàn)進(jìn)行三次。水封橡皮與不銹鋼水封座板接觸面在閘門(mén)下降過(guò)程中采用水沖淋潤(rùn)滑，試驗(yàn)過(guò)程檢查閘門(mén)主輪運(yùn)行無(wú)卡阻和異常聲響，在閘門(mén)達(dá)到全關(guān)位后，對(duì)水封裝置的嚴(yán)密性作漏光檢查，試驗(yàn)后將閘門(mén)提出孔口檢查止水橡皮無(wú)撕裂，檢查閘門(mén)運(yùn)行正常。

5.3 固定卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)安裝

首先，對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，包括數(shù)量清點(diǎn)及質(zhì)量檢查，啟閉機(jī)縱橫向中心位置線以閘門(mén)中心線為準(zhǔn)定位，高程點(diǎn)以卷筒中心為準(zhǔn)。啟閉機(jī)采用汽車(chē)吊整體吊裝就位，啟閉機(jī)就位后以機(jī)座的加工面為準(zhǔn)測(cè)量和控制水平度，通過(guò)千斤頂和楔子板進(jìn)行調(diào)整符合設(shè)備技術(shù)文件的規(guī)定。啟閉機(jī)調(diào)整合格后，灌注螺栓基礎(chǔ)孔，待砼強(qiáng)度達(dá)到要求后擰緊所有基礎(chǔ)螺栓，打緊所有調(diào)整用的楔子板，然后再?gòu)?fù)測(cè)一次啟閉機(jī)的水平度和中心位置，合格后將所有調(diào)整用的墊板和楔子板點(diǎn)焊固定，然后松放鋼絲繩，后纏繞鋼絲繩。啟閉機(jī)安裝并檢查合格后，按施工圖紙和制造廠技術(shù)說(shuō)明書(shū)對(duì)其機(jī)械、電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)等各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)。

6 水利工程金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量管理策略

6.1 從源頭上加大管理維護(hù)力度

在實(shí)施水利工程質(zhì)量管理工作中，水利主管部門(mén)及有關(guān)單位都要對(duì)其進(jìn)行有效的質(zhì)量管理，做到從源頭上進(jìn)行有效的控制。在信息化時(shí)代，機(jī)電自動(dòng)化不僅在操作上受到了高度關(guān)注，而且在產(chǎn)品的檢測(cè)、自動(dòng)識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域中也受到了廣泛的關(guān)注，這可以有效地節(jié)省了企業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)和識(shí)別分解的時(shí)間。水利主管部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)水利設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的審核，選擇資質(zhì)好，信譽(yù)好，質(zhì)量管理體系完善的供應(yīng)商。運(yùn)用大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)裝備，配置相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)人才，強(qiáng)化對(duì)金屬結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)備的監(jiān)管，確保監(jiān)管的力度與水準(zhǔn)。

6.2 加強(qiáng)水利設(shè)施的日常維護(hù)管理

不斷地完善水利工程質(zhì)量監(jiān)管體系，確保體系的可操作性和綜合性，從而保障有關(guān)監(jiān)管工作的有效執(zhí)行。在日常的管理工作中，認(rèn)真檢查水利工程金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)電設(shè)備，加大巡檢頻率，要不定時(shí)地清理在設(shè)備的工作和運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的灰塵與污垢，以保證其工作和運(yùn)轉(zhuǎn)的空間，減少腐蝕物質(zhì)對(duì)設(shè)備的損害。由于機(jī)械的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)械的震動(dòng)會(huì)造成機(jī)械零件的損壞，造成機(jī)械故障。所以，一定要進(jìn)行不定時(shí)的檢驗(yàn)，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題，還要定期檢查設(shè)備的工作情況，以及設(shè)備的位置，這樣才能保證設(shè)備在任何時(shí)候都能處于最好的工作狀態(tài)。例如：運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，對(duì)閘門(mén)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，主要是通過(guò)輸入閘門(mén)開(kāi)度數(shù)據(jù)，就能真正地實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門(mén)的開(kāi)關(guān)和其他設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。當(dāng)閘門(mén)達(dá)到了設(shè)置的最低限度時(shí)，可以通過(guò)自動(dòng)停止來(lái)保證系統(tǒng)的安全。當(dāng)設(shè)備發(fā)生一定的故障時(shí)，該系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出警報(bào)，提示員工迅速處理。

6.3 設(shè)備維修與技術(shù)改造相結(jié)合

建立了水利工程設(shè)備維修的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的質(zhì)量管理制度。對(duì)與之有關(guān)的質(zhì)量管理職能進(jìn)行合理的劃分，并采用考核方式，對(duì)區(qū)域內(nèi)的設(shè)備維修人員展開(kāi)績(jī)效測(cè)評(píng)，將測(cè)評(píng)結(jié)果與其工資和獎(jiǎng)金相結(jié)合，制定獎(jiǎng)懲制度，對(duì)因工作人員疏忽和故意損壞而造成水利設(shè)備故障的行為給予嚴(yán)重的處罰，并定期對(duì)設(shè)備磨損度、維修和保養(yǎng)情況展開(kāi)檢查評(píng)定，挑選專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和技能水平較高的工作人員來(lái)負(fù)責(zé)整體水利工程設(shè)備維修工作。因?yàn)閲?guó)家水利工程持續(xù)地發(fā)展，所以中小型規(guī)模的水利工程設(shè)備也在持續(xù)地進(jìn)行著更新?lián)Q代，為了保證水利工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，需要對(duì)水利設(shè)備進(jìn)行改造和更新，伴隨著水利設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái)越精密，這就對(duì)工作人員的技能要求也越來(lái)越高。所以，設(shè)備的維護(hù)和技術(shù)革新是緊密聯(lián)系在一起的，對(duì)于設(shè)備質(zhì)量管理人員，要根據(jù)現(xiàn)代化技術(shù)的要求，對(duì)水利設(shè)備進(jìn)行改造和更新，學(xué)習(xí)全新的設(shè)備維護(hù)技術(shù)知識(shí)，使用新技術(shù)，提高水利工程的工作效率。

6.4 培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員

把綜合素質(zhì)高、工作能力強(qiáng)的人員安排到工作崗位上，能夠取得較好的工作效果，而在水利工程中，機(jī)電設(shè)備的質(zhì)量管理工作更是要求有一支專(zhuān)門(mén)的隊(duì)伍。水利工程部門(mén)應(yīng)重視技術(shù)人才的培訓(xùn)，不僅要使其掌握更多的水利設(shè)備管理專(zhuān)業(yè)技能，還要使其將理論與實(shí)際相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其全方位的發(fā)展。通過(guò)激勵(lì)和引導(dǎo)的方法，使水利工程技術(shù)人員學(xué)會(huì)去思考分析，歸納總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從不同的角度去提升自身的專(zhuān)業(yè)技能，采用先進(jìn)的科學(xué)管理方式，充分發(fā)揮水利工程設(shè)備管理的主動(dòng)性，不斷提升專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，為水利工程設(shè)備的正常運(yùn)行保駕護(hù)航。

7 結(jié)語(yǔ)

總之，在我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，水利工程是十分重要的組成部分，而水閘金屬結(jié)構(gòu)施工在水利施工中占有重要地位，無(wú)論是運(yùn)輸、灌溉還是發(fā)電防洪方面都有著重要作用。水利工程中水閘金屬結(jié)構(gòu)施工中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把控，施工過(guò)程中要嚴(yán)格管理，規(guī)范管理手段，合理運(yùn)用科學(xué)技術(shù)，保證水閘金屬結(jié)構(gòu)施工符合要求。我國(guó)的水閘金屬結(jié)構(gòu)施工管理還存在很多缺陷，應(yīng)該多學(xué)習(xí)先進(jìn)的施工管理辦法與管理理念，提升我國(guó)水閘金屬結(jié)構(gòu)施工管理水平。