张政凯　张成斌

(江苏省灌溉总渠管理处， 江苏 淮安　223200)



分块制作安装钢围堰在泵站改造工程中的应用

张政凯张成斌

(江苏省灌溉总渠管理处， 江苏 淮安223200)

【摘要】淮安抽水三站加固改造工程需要对上游工作闸门前胸墙凿除改造，挡水设计采用成本低、施工便捷的钢围堰。在实施过程中针对工程实际情况，通过对钢围堰方案优化，分块制作安装，有效避免了施工过程中可能遇到的困难。分块钢围堰作业时间仅有28天，工作效率高，节省了工期。

【关键词】分块； 钢围堰； 泵站； 加固改造

1概述

江苏省淮安抽水三站，位于江苏省淮安市淮安区南郊，北临灌溉总渠与京杭大运河的交汇处，1997年6月建成并投入使用。该站抽引江都站送来的长江水入灌溉总渠，为农业灌溉提供水源，当淮水丰沛时，淮安三站可逆向运行，结合向里运河送水，反向发电。泵站原规划设计流量60m3/s，实际装机流量为66m3/s，总装机容量(2×1700)kW，两台双向运行卧式机组。

淮安三站投运以来，运行期间存在的问题：机组启动困难、电机超功率运行、泵站装置效率较低和2号机组发电工况振动较大等。经过多年运行，泵站机组设备老化、主变压器在超功率运行情况下已不具备安全运行的条件，影响淮安三站功能的发挥。当下游水位低于6.00m设计水位时，多次开机未成功。

2009年，由江苏省水利厅组织对淮安三站进行安全鉴定，综合评定泵站安全类别为三类，建议加固改造。2015年1月，省发展与改革委员会对《淮安三站改造工程初设计》进行了批复，同意实施淮安三站改造工程。工程按原规划设计流量进行更新改造，主要对主机、主泵、机电设备进行更新改造，站身的主体结构保持原貌，土建部分配合主机和主泵设备进行局部结构凿除、修补及碳化处理等，工程概算总投资6702万元。

2钢围堰设计目的

根据淮安三站站身结构布置，上游端为工作闸门。为了改善机组启动困难的问题，设计更换工作闸门，拟在工作闸门上增设小拍门溢流。新闸门厚度增加，由于原工作闸门前胸墙对拍门的开启造成影响，故对该胸墙进行改造，需要将弯曲部分凿除。凿除第一道胸墙底部圆弧部分至高程5.90m，使该胸墙不影响机组抽水启动时拍门开启。为改善发电时进水流态，将该胸墙下部做成20cm平段和半径30cm的圆弧。

胸墙改造时，下游采用检修闸门挡水；上游施工期设计水位为9.90m(见图1)，上游挡水如采用土围堰拦河，虽可以达到无水界面施工，但是因胸墙改造工程量较小，土围堰施工成本太大，而且周边无土源，远距离调土对工期会有影响，最终设计采用钢围堰挡水以满足胸墙施工要求。

图1　淮安三站站上(10—次年5月)最高日均水位频率计算

3原钢围堰设计方案及缺陷

上游挡水钢围堰原设计方案为整块制作，钢围堰尺寸为高×长(11.13m×14.327m)，设计重量约47t，钢围堰在工厂一次制作成型后，运输至施工现场整块进行吊装。

整体制作钢围堰体积大，运输难度大，运输和吊装过程中止水、防腐层容易被破坏。淮安三站上游出水池两侧为空箱翼墙，吊装时吊距较长，较难操控。且整体设计钢围堰高11.13m，安装时侧向没有设计门槽定位结构，出水池两侧翼墙是喇叭形混凝土结构，安装过程中如果遇到水下部位混凝土结构不平整等情况，很难进行调整。

4优化钢围堰方案

通过召开方案审查会，设计、制作、施工单位经过商讨研究，提出将钢围堰进行水平分块制作安装的优化方案(见图2)，具体优化内容包括以下几个方面。

a.分块制安。将钢围堰自下向上水平分成3块制作、分2节安装，具体参数见表1。

b.定位措施。围堰外翼墙两侧固定活动门档，用于围堰吊装下水过程侧向定位；第一节围堰安装就位后全部位于水面以下，在第一节围堰上制作喇叭形结构定位槽，便于第二节围堰安装时定位。

c.固定平衡。钢围堰安装就位后，为保持钢围堰平衡，围堰内侧上部两边及中间增加支撑，固定在胸墙及闸门中墩上；水下部围堰外侧底端和翼墙侧由潜水员水下植筋与混凝土结构进行固定；严格控制钢围堰挡水水位差，上游水位不得高于9.70m,水泵抽排控制下游水位不低于4.00m。

图2　分块制作钢围堰平、立面

d.辅助设施。第一节围堰增加4个吊耳；两节围堰之间增加一道P形水平止水；钢围堰安装固定后，在围堰顶端焊接50cm高钢板保证挡浪高度。

表1　钢围堰分块制作

5钢围堰施工

5.1安装前准备

a.检查钢围堰到场时工厂制造件是否齐全，全部部件在吊卸、运输、存放和防腐过程中有无碰撞变形，如有变形，进行矫正处理。

b.钢围堰吊装前，采用潜水员水下作业，安装活动门挡，并对安装作业区域进行清场，不能影响钢围堰的吊移运行。清除钢围堰安装位置的残渣和其他杂物。

c.对钢围堰进行一次复测，检查各部位相关尺寸是否符合图纸尺寸。

d.检查安装使用的工具是否齐全、临时用电设施是否完好，以及触保、接地是否可靠。

e.安装前组织对参与安装人员进行技术交底，主要是安装方案、操作要点及安全注意事项。

f.检查安装用钢丝绳、锁夹等是否存在裂纹、断丝等损伤，如有损伤，进行更换。

5.2测量放样

根据设计图纸和站身心线，以钢围堰工作提升中心放出安装样线，做出标志。为安装需要，钢围堰工作提升中心点挂垂球定点，对应于控制点位。

5.3起重设备选择

a.最大吊重。取钢围堰最重的一节重31t。

b.起吊高度计算。最高一节围堰6.63m，加上护栏高1m，最小起吊高度为7.63m。

c.工作半径。围堰一半长7.14m，空箱翼墙宽4m，再加上起重机车身长度，吊距按16m计算。

d.起重机选择。综述上面参数选用QAY220全地面起重机，出杆31.5m，半径16m，起吊高度7.63m，根据起重机性能表，吊重参数为38.3t(见表2)。吊具采用φ26mm的钢丝绳，查询钢丝绳通用技术参数满足吊装受力要求。

e.地基承载力计算：220t吊车自重56t、最大配重78t；吊车支腿下垫钢板尺寸为2.5m×2.5m×0.05m。

表2　QAY220全地面起重机主臂起重性能

钢围堰重31t。基础底面土层的承载力考虑220t吊车自重及最大配重，4个支腿受力均匀，按承受轴心荷载采用下式计算：

式中P——基底平均压应力；

N——作用短期效应组合在基底产生的坚向力；

A——基础底面面积。

N=1.2×(56+78)×10+1.4×31×10=2042kN；

A=4×2.5×2.5=25m2；

P=N/A=2042/25=82.8kPa。

考虑到钢围堰吊装吊车的施工安全，取1.2倍的安全系数，即现场碾压夯实处理后的地基承载力必须满足fa≥1.2P=98.01kPa。

按吊车支腿下的地基基础为5m×5m，根据地质钻探报告土层厚度及相关特性，通过软件计算得知，将0.3m埋深的土层进行处理后承载力可以达到104.22kPa(见图3)。实际施工时，考虑地面不平整等因素，将0.5m厚的土层拌和碎石进行碾压加固处理。

图3　处理后的地基承载力计算结果

5.4试吊

安装前进行试吊，起重机就位后，按照安装方案确定的吊点对吊物进行绑扎，试吊时吊物起高离地10cm，检查各项参数是否正常。

试吊过程中，重点观察地基承载力是否满足要求，支腿位置是否下沉，钢丝绳是否满足吊装荷载，吊物绑扎方法是否可行、牢固，吊点是否平衡。经试吊检查无问题后再进行正式吊装。

5.5钢围堰安装就位

第一节钢围堰安装时，采用4根1长5mφ26mm钢丝绳锁扣固定锁紧在第一节钢围堰吊孔内，用大钩锁钩。先缓慢提升离地10cm，检查确认无异后，再缓慢提升钢围堰至安装位置，缓慢放钢丝绳，顺着活动门档滑落至底部就位，第一节安装就位后，4根钢丝绳留置在水中，分别固定在两侧翼墙上，待拆除时继续使用。

采用同样的方法安装第二节，为确保第二节沿活动门挡缓慢下降至喇叭形定位槽内，钢围堰两端系扣两根缆风绳，在钢围堰吊移至活动门挡位置过程中，人工配合吊车进行就位控制。在两头设置2个手拉葫芦，在钢围堰灌入时，利用手拉葫芦配合，调整钢围堰位置，保证第二节围堰与第一节围堰连接到位。

5.6安装过程中注意事项

安装过程中主要控制钢围堰灌入速度，缓慢下落，出现卡住停顿或者摩擦声响过大等异常情况时，及时暂停灌入，检查原因，利用吊车大臂进行方向微调，改变吊物的方向，再进行灌入。

钢围堰吊装过程中，做好钢围堰的成品、底止水的保护，在起吊前对止水橡皮用浇水法进行防护。对钢丝绳绑扎部位垫铺汽车轮胎片，防止钢丝绳磨损钢围堰表面防腐层。

5.7钢围堰的拆除

钢围堰拆除前采用水泵往围堰内注水，使围堰上、下游水位保持平衡，吊车上钩，保持受力状态，拆除活动门挡、支撑等定位和固定装置，而后采用手拉葫芦往外拉，使钢围堰脱离翼墙，必要时采用千斤顶在内侧配合将钢围堰吊离出水。

6结语

泵站加固改造工程中水工结构改造的工程量往往很小，采用钢围堰结构与筑坝土围堰相比有成本低、施工便捷等优点。淮安抽水三站改造工程针对工程实际情况，通过对钢围堰方案进一步优化，分块制作安装，有效避免了施工过程可能遇到的困难。钢围堰挡水效果良好，胸墙改造得以顺利完工，分块制作安装钢围堰生产、施工操作简单，效率高，满足了工期要求。

参考文献

[1]江苏省水利勘测设计研究院有限公司.淮安三站改造工程初步设计[R].2014.

[2]高健，等.浅析浮式钢围堰在水闸加固工程中的应用[J].江苏水利，2014(5)：25-28.

[3]JTG D63—2007公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京：人民交通出版社，2007.

[4]沈万红，等.水闸闸门槽水下修复技术[J].水利建设与管理，2006(1)：64-65.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.006

中图分类号：TV551.3

文献标志码：A

文章编号：1005-4774(2016)07- 0019- 05

Application of block production and installation of steel cofferdam in pumping station renovation project

ZHANG Zhengkai, ZHANG Chengbin

(JiangsuIrrigationGeneralCanalManagementOffice,Huai’an223200,China)

Abstract：Front quay wall of upstream service gate should be chiseled and renovated in Huai’an water pumping No. 3 station reinforcing and reform project. Steel cofferdam with low cost and convenient construction is adopted in water retaining design. In the implementation process, the cofferdam is produced and installed in blocks through optimizing steel cofferdam plan aiming at actual condition of the project. Possible difficulties in construction process are effectively avoided. Block steel cofferdam operation time is only 28d. The working efficiency is high. Construction duration is saved.

Key words：block; steel cofferdam; pumping station; reinforcement renovation