許德宏 姚玉扣 駱永軍

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水利工程作為國民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)設(shè)施，在防洪、發(fā)電、水運(yùn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等方面起著不可替代的作用。水閘作為控制水道中水流的主要水工建筑，不僅能抗洪減災(zāi)，還能為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供灌溉用水。隨著使用年限的增加，水閘會出現(xiàn)不同程度的老化，有些已經(jīng)不能正常工作，產(chǎn)生諸多安全隱患，若拆除重建所需成本太高，一般采取加固改造。萬福閘就是采取加固，根據(jù)施工要求，主要采用鋼圍堰施工技術(shù)進(jìn)行加固。

一、概述

萬福閘加固工程施工總體要求是“不斷流、不斷交通”，施工中應(yīng)盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生超原設(shè)計(jì)內(nèi)力的工況。限于以上施工條件，大部分工作內(nèi)容都是在水上作業(yè)，實(shí)施排水加固。需排水加固的內(nèi)容主要有三部分：①水下底板及止水伸縮縫修補(bǔ)；②上下游檢修門槽之間、上下扉主門槽二期混凝土及門軌埋設(shè)；③閘墩表面混凝土鑿除及抹面施工等。針對以上施工內(nèi)容，項(xiàng)目部采用檢修門、鋼結(jié)構(gòu)圍堰封閉，抽排積水，形成旱地施工環(huán)境。

根據(jù)工程總體部署，計(jì)劃配置墩頭部位鋼圍堰四套，閘墩側(cè)面用鋼圍堰六套，滿足三個(gè)閘墩同時(shí)作業(yè)。

施工期下游側(cè)最高水位▽6.0m，最低水位▽0.5m，上游側(cè)水位基本恒定按最高水位▽6.0m，最低水位▽4.0m。

二、鋼圍堰的設(shè)計(jì)與施工

（一）鋼圍堰的結(jié)構(gòu)

1.閘墩直線段加固鋼圍堰

閘墩直線段加固鋼圍堰，鋼圍堰總高度8.5m。為確保低水位鋼圍堰移位時(shí)的穩(wěn)定性，擬將其分為兩節(jié)，下節(jié)高度6.0m，上節(jié)高度2.5m，當(dāng)下游水位▽0.5～3.5m 時(shí)，閘墩的表面處理采用下節(jié)鋼圍堰擋水干作業(yè)，當(dāng)下游最高水位▽3.5～6.0m 時(shí)，將上、下節(jié)圍堰組合擋水干作業(yè)。上、下節(jié)圍堰自重分別約5t、20t，圍堰為雙壁浮箱式，側(cè)面鋼板為8mm 鋼板，框架采用45C 工字鋼，斜撐為25C 工字鋼，內(nèi)部空箱作為調(diào)節(jié)水箱，水箱分隔成若干單元，便于調(diào)整平衡、糾偏。

2.閘墩圓頭加固鋼圍堰

閘墩圓頭加固圍堰采用單壁鋼圍堰，高度8.5m，采用32a 型鋼骨架，外側(cè)為8mm 鋼板。下游圍堰分節(jié)制作，下節(jié)高度為6.0m，上節(jié)高度為2.5m，圍堰總重約為15t，根據(jù)下游水位情況分節(jié)使用同直線段圍堰。

閘墩上游水位變化幅度小，圓頭加固鋼圍堰按整體制作使用，總高度8.5m，圍堰自重約14t。

（二）鋼圍堰浮力、自沉的驗(yàn)算

1.當(dāng)直線段鋼圍堰位于下游墩頭側(cè)位置時(shí)

（1）下游水位▽0.5m

當(dāng)下游水位▽0.5m 時(shí)，采用下節(jié)圍堰擋水，圍堰及浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時(shí)，浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t，鋼圍堰的浮力2F2+F3=9.3t，鋼圍堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3=36.3t>G1+G2=32t，組合體能上浮。

當(dāng)鋼圍堰就位后，圍堰與浮箱脫開，鋼堰的重量G1=20t>鋼圍堰的浮力2F2+F3=11.3t（水深2.5m），鋼圍堰能自沉就位。

（2）下游水位▽3.5m

當(dāng)下游水位▽3.5m 時(shí)，由上述可知組合體能上浮。

當(dāng)鋼圍堰就位后，圍堰與浮箱脫開依靠自重下沉到入水深度為4.4m 時(shí)，處于平衡狀態(tài)，鋼圍堰可通過注水下沉▽-2.0m 時(shí)，平均注水深度約1.2～1.3m。

（3）下游水位超過▽3.5m

當(dāng)下游水位超過▽3.5m 時(shí)，將鋼圍堰接高至8.5m，上下節(jié)間采用螺栓連接，接縫處設(shè)平板橡皮上水、止水壓板。此時(shí)鋼圍堰總重約為25t。此工況下鋼圍堰入水深度約為5.5m 時(shí)，鋼圍堰的自重與浮力平衡。因此當(dāng)下游水位超過▽3.5m 時(shí)，圍堰原則上可以不需另配備浮箱，但考慮到施工荷載及安全、穩(wěn)定性要求，將在其上游設(shè)置浮箱。當(dāng)鋼圍堰不依靠自重下沉，進(jìn)行注水壓重就位。

2.當(dāng)直線段鋼圍堰加固下游檢修門槽時(shí)

當(dāng)直線段鋼圍堰加固下游檢修門槽時(shí)，此時(shí)主門安裝完成，鋼圍堰與鋼閘門之間間距約90cm。

當(dāng)下游水位▽0.5m 時(shí)，假圍堰及浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時(shí)，大浮箱的浮力F1=13.5t，浮箱的重量G2=6t；小浮箱的浮力F4=2.6t，浮箱的重量G4=2t，鋼圍堰的浮力為2F2+F3=9.3t，鋼圍堰的重量G1=20t。

2F1+2F2+F3+F4=38.9t>G1+G2+G4=34t，但由于A 端浮力作用點(diǎn)偏于鋼圍堰的一側(cè)，此工狀下鋼圍堰就位時(shí)需系繩索于公路橋上游側(cè)，在A 端施加拉力，將A 端處的橫向圍堰加寬至1.2m，或在鋼圍堰的內(nèi)側(cè)布置橡膠氣囊，解決浮力作用點(diǎn)偏心的問題。

當(dāng)下游水位超過▽3.5m 時(shí)，解決A 端浮力偏于一側(cè)的矛盾，仍采用上述方法。當(dāng)鋼圍堰就位后，可通過注水下沉。

3.閘墩圓頭加固鋼圍堰

閘墩圓頭加固圍堰采用單壁鋼圍堰，高度8.5m、型鋼骨架、外側(cè)為8mm 鋼板，下游圍堰分節(jié)制作，下節(jié)高度為6.0m，上節(jié)高度為2.5m，參照直線段圍堰分節(jié)使用；上游圓頭鋼圍堰不分節(jié)。圍堰重約為16t。

上下游圓頭鋼圍堰將由兩只鋼浮箱通過注水、排水來實(shí)施圍堰的移動、就位。

浮箱均勻浸入水中的深度為2.0m 時(shí)，浮箱浮力F1=13.5t，浮箱重量G2=6t；鋼堰重量G1=15t（下游側(cè)），2F1=27t=G1+G2=27t，另在鋼圍堰的內(nèi)側(cè)布置橡膠氣囊助浮。

（三）鋼圍堰的支撐強(qiáng)度復(fù)核

鋼圍堰的支撐型鋼承載力的復(fù)核按最高水位為▽6.0m 計(jì)算，假定沿水深方向的水壓力由水平向框架承受，每榀承受的水壓力的范圍為與其相鄰榀梁承受壓力的跨中范圍。

1.閘墩直線段鋼圍堰

閘墩直線段鋼圍堰，每榀承受的水壓力的范圍為豎向水壓力。

將鋼圍堰的型鋼梁簡化為受力件。

表1 直線段鋼圍堰簡支梁計(jì)算表

2.閘墩圓頭鋼圍堰

閘墩圓頭鋼圍堰，每榀承受的水壓力的范圍為豎向水壓力。對于簡支梁，根據(jù)計(jì)算如表2所示。

表2 圓頭鋼圍堰簡支梁計(jì)算表

三、鋼圍堰制作、安裝、就位

（一）各部件放樣、下料、矯正、預(yù)變形

腹板采用半自動割刀氣割下料，橫梁腹板手割刀開漏水孔，端柱、腹板、加強(qiáng)板用手割刀預(yù)割孔；各縱梁內(nèi)端柱、翼緣板、腹板、背拉架節(jié)點(diǎn)板、頂?shù)捉畎?、止水壓板等采用剪板機(jī)剪切下料，各種型鋼采用手割刀氣割下料。

橫梁、各縱梁翼緣板矯正合格后，放翼緣板和腹板拼裝位置中心線，采用沖床和專用模具進(jìn)行焊接變形預(yù)處理，其預(yù)變形量根據(jù)施工詳細(xì)圖紙，視其板厚、板寬及焊縫大小而定預(yù)變形量。

（二）各部組合件的拼裝，焊接及矯正

端柱先劃線，拼焊加強(qiáng)板，矯正平直后作為單構(gòu)件，進(jìn)入橫梁端柱、縱梁放在專用胎架上進(jìn)行拼裝。面板按面板拼焊工藝圖依次進(jìn)行拼焊，焊縫采取埋弧自動焊進(jìn)行焊接，面板翻身后用碳弧氣刨結(jié)合砂輪機(jī)打磨進(jìn)行清根處理，焊后如有變形，對面板進(jìn)行平直矯正，質(zhì)檢人員檢查合格后放各梁格拼裝控制線，留足最后角方余量，對面板焊縫進(jìn)行檢查。

（三）鋼圍堰就位

對工地現(xiàn)場的鋼圍堰進(jìn)行檢查，若吊卸、運(yùn)輸、存放和防腐過程中有碰撞變形，進(jìn)行矯正處理。閘孔鋼圍堰吊放前，需清除淤泥和雜物等。再用浮箱（或汽車吊）將鋼圍堰在放入水中（緊靠閘墩），利用鋼圍堰四周設(shè)置的固定環(huán)系扣，用鋼絲繩加以固定牢靠。鋼圍堰安裝固定好，將堰體積水內(nèi)排出，觀察鋼圍堰是否漏水，確保門槽、閘墩等部位的處理和混凝土澆筑在干燥倉面上。

（四）排水堵漏

鋼圍堰安裝完畢后進(jìn)行抽水，考慮到剛開始抽水時(shí)鋼圍堰漏水較嚴(yán)重，因此閘孔抽水開始時(shí)用5.5kW 潛水泵2～4 臺進(jìn)行強(qiáng)排水，使圍堰內(nèi)水位迅速下降，從而使鋼圍堰緊貼閘墩。再派潛水工用棉花胎進(jìn)行鋼圍堰堵漏（閘墩堵漏及閘底板堵漏），直至不漏水為止，確保門槽、墩頭、閘墩等部位的改造在無水條件下進(jìn)行。為防止鋼圍堰因其他原因造成部分漏水，應(yīng)經(jīng)常檢查鋼圍堰滲漏水情況，如有滲漏，及時(shí)組織潛水工進(jìn)行堵漏。

（五）鋼閘門圍堰拆除

待閘室改造完畢，用潛水泵抽水至閘鋼圍堰內(nèi)，直至與鋼圍堰外水位平齊，然后拆除鋼圍堰，再移至下一個(gè)工作面進(jìn)行施工。

四、結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，鋼圍堰施工技術(shù)逐漸成為水利施工中的關(guān)鍵組成部分。本文詳細(xì)分析了鋼圍堰施工技術(shù)在萬福閘加固工程中的具體應(yīng)用情況。萬福閘加固工程中鋼圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，嚴(yán)格控制建筑材料及技術(shù)方法，規(guī)范施工流程，提高鋼圍堰施工水平，保障了工程加固質(zhì)量■