水闸闸室加固钢支撑的设计与施工方案探讨

2014-04-16万泉

中国水能及电气化 2014年2期

万泉

(江苏省江都水利工程管理处，江苏江都 225200)

钢支撑一般情况下是倾斜的连接构件，最常见的是人字形和交叉形，截面形式可以是钢管、H型钢、角钢等，作用是增强结构的稳定性。在水闸闸室加固施工过程中，因闸室内排水，两侧闸墩将承受较大水压力，为确保两侧闸墩稳定，通常在上下游检修闸门之间的闸墩位置上设置临时钢结构对撑，它是闸室支护结构的重要措施，具有设备简单、施工工期短、造价低、支撑轴力大以及拆除方便等优点。

1 工程概况

万福闸位于扬州市以东10km的廖家沟上，为淮河入江水道主要控制建筑物之一，也是淮河入江水道归江控制工程中最大的口门，承担着淮河中上游约65%洪水入江任务。工程兴建于1959年，闸室共65孔，为开敞式钢筋混凝土结构，每孔净宽6m，总净宽390m，设计流量8270m3/s，属大 (1)型水闸、水工Ⅱ级建筑物［1］。经过50年频繁运用，设施已逐渐老化，建筑物存在安全隐患，亟待进行加固改造。工程加固后，将大大改善区域排涝状况，恢复最大行洪能力，进一步促进区域经济的可持续发展，具有良好的社会、经济综合效益。

此次万福闸加固工程主要内容包括:加固闸室结构，上、下游护底，减载加固翼墙，增建启闭机房，拆建控制楼，恢复观测设施以及对万福闸、芒稻闸水文站进行改造等［2］。

万福闸上下游河面宽度近500m。根据万福闸工程功能要求，施工阶段工程需正常运行，施工期间不允许封堵、减小万福闸口门的过流宽度，总体要求是“不断流、不断交通”，施工时底板不得大面积承受浮托力，闸墩不得承受侧向水头［1］。限于以上施工条件，闸室加固施工为水上作业，实施排水加固。闸室上下游检修门间闸门主轨道、底槛进行改造时，将在上下游检修门槽安放检修门排除积水，形成干施工环境。因闸室内排水，两侧闸墩将承受较大水压力，为确保闸室改造施工过程中，两侧闸墩稳定，拟在上下游检修门之间的闸墩3.5m高程位置处每孔增设临时钢结构对撑4根。闸室内钢支撑的布设结构如图1所示。

2 钢支撑设计计算［3 ］

2.1 施工荷载

闸孔上下游检修门间距为6.10m，共设置4道对撑，则毎根对撑承受的轴向压力为

2.2 钢支撑截面的选择

拟选择φ300的钢管，壁厚为10mm。

施工荷载和钢支撑截面的选择见图2。

图1 闸室钢支撑布置高程:m;尺寸:mm

图2 施工荷载和钢支撑截面高程:m;尺寸:mm

2.3 钢管支撑稳定性验算

将钢管支撑视为两端铰支座的压杆，μ=1，截面的最小惯性半径为

压杆的柔度为λ=μl/imin=1×6000/102=58.8＜λμ=60(Q235钢管短管与中长管的柔度临界值)，因此钢支撑为短杆，主要破坏形式为强度破坏，压杆的承载力满足强度要求即可。选用壁厚为10mm的φ300的钢管，满足要求。

2.4 钢支撑活络头设计

由于闸孔净宽不同，钢支撑长度必须可调节，拟对钢支撑端部进行下述设置，如图3所示。

钢支撑可能承受的最大侧压力约为373.60kN，活络头B施加于活络头A的轴向压力将产生图4所示分力F1、F2，其中 F1由联接活络头 B、A之间的M20对拉螺栓承受。

M20对拉螺栓满足要求，实际工作状态中受力远小于此值。

每根钢支撑自重约0.45t，其端部将搁置于由4根φ16螺栓固定于墩墙的钢托架上。

由于同一闸墩不同位置的混凝土表面平整度不一致，安装对撑时需进行调整，在刚度满足要求时不宜设置横撑，不便于对称调整，否则会对施工过程中的转孔安拆造成影响。

3 钢支撑制作加工的质量控制

该工程钢支撑制作加工时的质量控制需注意以下几点:原材料 (包括钢材的种类、材质、厚度)须符合要求;支撑钢管要顺直，无弯曲变形、严重锈蚀;用于两个活络头接触面的钢板要平整;焊缝的高度不小于8mm，焊缝质量符合规范要求;活络头A、B成套制作相匹配并做好标识，尤其是φ40钢管位置要准确。

4 钢支撑的安装与拆除

钢支撑运往现场安装前，先在墩墙上按设计标高钻孔埋设膨胀螺栓、安装钢托架。钢支撑采用8t吊车在公路桥或工作桥上吊装安放在钢支架上并固定好。再安放活络头A，并与活络头B采用M20螺栓连接拧紧。钢支撑拆除顺序与安装程序正好相反:先将活络头B的M20螺栓连接松开，拆开活络头B，然后拆开活络头A，最后用8t吊车在公路桥或工作桥上将钢支撑吊出闸室至指定地点安放。

5 钢支撑制作施工进度计划及资源的配备

5.1 钢支撑制作施工进度安排

钢支撑的制作、安装及施工过程中的转孔施工，均在工程施工关键线路上，其制作进度在一定程度上会影响主体工程工期，因此，需从紧安排其制作进度计划:2012年3月10～15日完成2孔8根对撑的制作，2012年3月16～20日再完成3孔12根对撑的制作。2012年汛前先加5套20根式，汛后将根据施工进度情况适时增加数量。

5.2 钢支撑制作施工资源的配备

5.2.1 钢支撑制作施工配备的主要施工机械设备

钢支撑制作施工配备的主要施工机械设备见下表。

主要施工机械设备表

5.2.2 施工人员配备

钢支撑制作施工配备电焊工约4人，起重工2人，机电工2人，普工6人。施工时将根据进度情况适时调整施工人员的配备，确保制作施工进度。

6 安全生产

6.1 水上作业的安全

施工前对施工人员进行安全技术交底，各岗位制定安全操作规程。水上作业人员一律要求会游泳，作业时佩戴好安全帽并穿好救生衣或系扣救生圈。此外，利用浮箱船只等作为施工作业平台时，锚索系扣牢靠，并考虑物料的堆放均匀、对称，以防偏心失稳。

6.2 用电安全

钢围支撑加工焊接的电焊工需持证上岗，现场配电箱设有可靠的接地设施，每个配电箱配备独立的漏电保护器。配电箱内导线无破损、老化，接头按要求做好防水、防漏电处理;手持式电动工具的绝缘性能必须符合要求，并定期检查其安全性能，夜间施工有足够照明。

6.3 吊装安全

钢支撑的施工、转场吊装操作人员必须持证上岗;起重、运输车辆的证件齐全、有效。起重设备的工作能力必须经过验算，满足构件安全吊装的要求并留有足够的安全系数，吊装的索、钩必须经常检验，发现隐患及时更换，吊装程序符合规范要求。

6.4 交通安全

该工程闸下公路为扬州至江都主干道，交通十分繁忙。施工期间，交警部门对公路桥北侧人行道进行封闭，从夜间0时至凌晨5时对公路桥进行半幅封闭，项目部将拆除和吊装工作安排在下半夜施工;拆除吊装前，项目部在施工现场设置“万福闸改建施工，请绕道行驶”、“前方施工、减速慢行”等专用道路标志;现场拆除吊装时，项目部派专人在万福闸两端及施工区域维持交通秩序，做到安全第一、以人为本、有序通行［4］。