专利名称：一种闸底板的浮运沉放方法
技术领域：
本发明涉及水利工程中的水闸施工方法，具体的来说是闸底板的浮运沉放 方法。
背景技术：
水闸和船闸是用于航道中克服航道水位差而设置的一种过航建筑物。例如 国外的巴拿马运河、国内的葛洲坝水电工程枢纽都使用了船闸。
而由于在内河航道中有很多航道是从大城市中间穿过的，航道曲折，地形 复杂，现有的船闸技术由于施工面积大，影响范围广，很难应用于城市航道的 施工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种闸底板的浮运沉放方法，以解决 城市航道施工的难题。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现 一种闸底板的浮运沉放方法，包括如下步骤模型试验、沉放现场准备、 闸底板浮运沉放三个步骤，其特征在于，模型试验包括拖航、转向、横移、下 沉姿态四步，沉放现场准备包括制作预留功能、挖泥、围堰拆除、锚墩、限位、 验潮、应急预案七步，闸底板浮运沉放包括调平、进入河道、进入限位、下沉、 测量五步。
本发明通过以上技术方案的控制， 一次性将闸底板沉放就位(平面位置最 大偏差为5cm，高程最大偏差为2mm)，完全达到设计允许偏差的标准，满足建 设方的使用要求。特别适合城市航道的施工。
下面结合附图和具体实施方式
来详细说明本发明；
图1为本发明所述闸底板结构示意图； 图2为本发明所述闸底板预埋件示意图； 图3为本发明所述闸底板位置平面示意图； 图4为本发明所述闸底板就位前断面示意图; 图5为本发明所述船闸结构示意图； 图6为某月29日潮位曲线图。
具体实施例方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合苏州河河口水闸工程，进一步阐述本发明。
下面以上海苏州河河口水闸工程为例来详细说明本发明的技术方案。
闸底板是苏州河河口水闸工程的重要结构之一，具有固定100m跨度钢闸门 的功能。北岸有俄罗斯总领事馆和海鸥饭店，南岸为黄浦公园和人民英雄纪念 碑，上游有吴淞路闸桥和外白渡桥，下游是黄浦江。新建的构筑物是南北中墩、 上下游潜水钢板桩。根据苏州河的潮位情况以及通航情况，确定沉放条件为 趁大潮汛高平潮沉放闸底板；苏州河水流最小；苏州河河口水域全面封港；苏 州河河口具备闸底板浮运、横移的空间。
1、模型试验
1) 、拖航
闸底板尾端用2艘拖轮绑拖，不考虑绑拖拖轮的助推力，取拖轮的推进效 率为0.5，拖轮速度5节，静水中拖航需要2400HP的拖轮拖运；拖轮速度5节， 在有义波高为1. Om的波浪中拖运，需要2600HP的拖轮拖运。拖航速度4节， 在有义波高为1. Om的波浪中拖运，则需要1600HP的拖轮拖运。
闸底板密封，可以有效解决，闸底板在有义波高为1. Om的波浪中拖运，会 出现闸底板盖板上浪现象。
2) 、转向
闸底板河流中停泊后，根据实际条件。ltt和3tt巻扬机的钢丝绳拖拉闸底板， 5tt巻扬机控制闸底板的方向，让闸底板首端进入一侧水域，再用2#和4#巻扬机 拉闸底板的尾端，使闸底板逐步转向垂直于水流方向，再用1井和2#巻扬机同步
拉闸底板，直至到达基坑位置。
3) 、横移
闸底板从河口到基坑位置，采用设置于下游侧的两台巻扬机拖拉，拖拉时 的钢丝绳张力测试结果表明在静水中拖拉，拖速为0.5m/min 1.0m/min，拉 力为5t;苏州河中略有水流，流速0.05m/s，拉力为25t;河流处于落潮时刻， 水流流速0.3m/s，拉力为112t。试验记录曲线表明，在河中有落潮流的情况下， 由于闸底板横截苏州河断面，闸底板不仅受水流力作用，同时有堵水作用，在 闸底板上下游两侧形成一定的水位差。所以，在闸底板从苏州河河口拖向基坑 位置的过程中，拖力不断增加，在基坑位置达到最大值。牵引闸底板的1#和2# 巻扬机会要求很大功率。
4) 、下沉姿态
在闸底板下沉前打开封盖钢板，下沉过程中向围板内加水，让闸底板自由 下沉，若基坑上下游不布设限位，闸底板会在下沉过程中倾覆。主要原因是由 于闸底板的重力与浮力产生的很大倾力距造成的。
在不打开封盖板情况下的几个下沉方案试验，全封闭状态下无法下沉到底， 必须在闸底板封盖板上开进水孔和安装排气管。进水孔的数量及面积控制进水 量；排气管的数量及面积控制进水速度和下沉速度。
(1) 苏州河无水流情况下，盖板上开10个进水孔，四个角各安装①0.25m排 气孔，下沉过程中闸底板作用于限位上的最大水平力发生在下游侧， 一般情况 下，最大水平力为200t 250t，随着下沉速度加快，会产生420t的瞬时最大力， 发生闸底板一端底部与基坑边墩的撞击。
(2) 苏州河有落潮水流情况下，盖板上开10个进水孔，四个角各安装O0.4m 排气孔，流速0.3m/s时， 一般情况下，闸底板作用于下游侧限位上的最大水平 力达390t，有时会产生600t的瞬时最大力，会发生闸底板下沉卡住的现象。
(3) 改变压水部位，使加载水流入钢筋混凝土隔仓内。盖板上开10个进水孔， 四个角各安装OO. 25m排气孔，流速0.3m/s时，闸底板下沉平稳，有时上游侧 先着底，有时下游侧先着底，作用于限位上的最大水平力60t。
闸底板沉放模型试验中采用的前两种方式存在较大的不安全因素，限位装 置受到很大的水平作用力，同时闸底板也会受到相应的反作用力，限位装置的结构设计带来很多问题，闸底板的结构强度受到威胁。在苏州河有落潮流的情
况下沉放，闸底板的姿态很难控制，试验中模拟的流速是0.3m/s，苏州河实际 的最大落潮流可能达到0.7m/s以上，水平作用力会成倍增加，且会发生卡住现 象，不安全因素很难预料。采用第三种方式沉放，加载水的重心大大降低，水 体在钢筋混凝土隔仓内相对固定，不易流动，闸底板的纵倾和横倾现象明显改 善，如果沉放时吴淞路闸桥的闸门关闭、逢高潮位过水断面增大，对闸底板的 沉放更为有利。
通过数月的科学试验，不断调整施工工况，不断修正试验方法，取得了大 量有价值的数据，经统计分析研究，最后确定采用第三种方式沉放闸底板。 2、沉放现场准备
为确保闸底板顺利浮运、横移、沉放到位，在闸底板预制过程中、拖运沿 线、沉放现场进行准备工作。 1)制作预留功能
在闸底板预制过程中设置助浮、助沉设施。为了克服闸底板拖运过程中上 浪，提高抗风浪的能力，防止下沉过程中倾覆，将闸底板低的一侧用钢板接高， 并将顶面密封，顶面四角各设置一个排气钢管，排气钢管的高度是当闸底板完 全沉放到位以后，顶端还露出水面。封盖板下设有加强立柱，封顶横梁设跨间 剪力撑，加密拖轮挤靠部分的I16肋梁。
闸底板纵向分为9大腔、横向分为4大腔(①-②、 - 及@-内-4.40m 以上除外)共分为36个独立大腔体，各大腔体相互封闭，各腔体内的各小隔仓 相互连通。其中(D-(D轴线内的9个独立腔体内各放置一台潜水泵(3kw、 16m扬 程、40m3/h)，可以将隔仓内的水抽出，调节压水舱，调整底板倾斜度。闸底板 上下游二侧的侧墙上各设置9个进水阀，进水阀在水位淹没线以下， 一旦需要， 人工操作开关自如，能使苏州河河水直接进入闸底板隔仓内。进水阀口外设有 防撞装置，可防止拖运船舶撞坏阀门。闸底板结构如图l所示，其中1底板，2 门叶、ll主轴、12下游侧进水阀、13带缆立柱、14阀门操纵盘、15开关、16 通气孔、17进水管、18进水孔、19压重砂。
闸底板自身重+闸门底轴重+闸门门叶重，6115t+600t+474t=7189t，闸底板 为一不对称结构，入水后呈横向倾斜状态，与水平面的倾角约13° ，不宜拖运，
需予以调平。欲将闸底板调平，则扶正力矩为4706t*m。闸底板下游空箱容积 约548m3，对空箱内加水450m3 (留约100m3作为精调平用)，同时在闸底板顶 面下游侧堆袋装砂332t，此时闸底板呈水平状态。
闸底板配平后各部分重量(t) 一览表
闸底板重量6115
门叶重量474
底轴重量600
密封加高设施重量170
门叶下钢板重量60
配下游侧F G舱内压水450
重下游侧-3. 75m砼面板上压砂袋332
总重量8201
闸底板水上拖运、浮泊浮筒、横移、下沉各工况对系缆要求各不相同。闸
底板四边共设计12组系缆桩，每组系缆桩有两个系缆柱；在船舶拖带的挤靠区 设计有较高的挡板，既可以防止船舶"骑到"闸底板上，又可以抵御船舶的挤 靠力。系缆桩等设施的平面位置见图2所示。①立柱预埋钢板，②加强立柱斜 撑预埋型钢，③立柱预埋钢板，④上游围堰预埋钢板，⑤上游侧靠船加强立柱 预埋钢板，⑥带缆墩立柱预埋钢板，⑦水封预埋铁，⑧设备标围堰预设密封结 构，⑨预埋支座钢板。
为了随时监控闸底板，了解吃水深度、倾斜等姿态数据，在闸底板的四个 角刻画出水尺，水尺刻度有闸底板底面的支座钢板底面引出，这一高程系统一 直引伸到顶面的排气钢管上面，使闸底板沉放后的标高始终能通过陆上的水准 仪侧出。在排气钢管上设有与闸底板平面尺寸和高程有关的坐标控制点，陆上 的经纬仪可以读出闸底板的平面位置。
2) 挖泥
根据潮位和闸底板的吃水深度要求，闸址下游的苏州河河口水域挖泥至 -3. 5m以下；人民英雄纪念碑与海鸥饭店下游侧的连线以外(下游)挖泥至-5. 0m; 两排钢板桩之间的基坑挖泥至-8. 25m以下，并回填黄砂。
3) 围堰拆除
闸底板座落于三座闸墩南墩、中墩、北墩，当时三座闸墩施工采用围堰 法干施工，闸墩顶面预埋了精度很高的橡胶支座。闸底板到来之前，钢围堰及
其支撑体系进行水下割除，闸址下游100m宽范围内的一切构筑物标高低于 -3.5m。闸底板与闸墩的平面位置关系见图3所示，31防渗钢板外测放坡挖泥、 32防渗钢板桩、33南闸墩、34中墩、35北闸墩、l弁2# 3# 4弁为测点；中 墩、边墩和基坑的断面结构形式见图4所示，41起闭机房、42上游沉放限位、 43下游沉放限位、44上游侧未割除围堰、45下游侧未割除围堰、46定位钢管 桩。
4) 锚墩
闸底板就位过程需要5台巻扬机和一艘拖轮共同牵引。如图5所示5台巻 扬机分布在闸址上下游的两岸。l共、2#水中锚墩建在外白渡桥下游南北侧水域 中，每个锚墩由4根0600钢管桩构成基础；上部为钢筋砼结构，平面尺度3m X4m,高度1. 2m。锚墩顶部安放20t巻扬机。3#锚墩建在浦江饭店外侧的临时码 头上，临时码头经加固加固，上面设置系缆桩，巻扬机固定在闸底板上，主动 力由闸底板上的操作人员控iij。新建4#、 5#锚墩，4#、 5tt锚墩设在南北岸的地 连墙顶板上，每一个锚墩共有4个锚柱，用于固定5t巻扬机和转向定滑轮，还 可以用于系缆。在苏州河口闸底板下游设一艘老锚船，抛锚系缆后自定位，用 以控制闸底板移位的速度。见图5所示，其中51闸底板、52多功能船。
5) 限位
南北墩干施工环境下，安装上下游限位，限位由型钢组成，上游为固定式； 下游侧限位做成可转动式，干施工安装时，处于竖立状态，割除围堰后，将此 限位卧倒在-3. 75m闸墩结构上，闸底板从其上方经过后，再拉起来固定，发挥 限位的作用。
闸底板上下游侧限位位于闸底板两端部上下游侧墙体上，平面位置分别离 闸底板端边线950mm，顶标高+3. OOm。限位形式分为两种+3.0 -4. 25m范围 内，限位为等截面，与拟安装闸底板侧面的间隙为15cm; -4.25m -8.25m范围 内断面为变截面，靠闸底板侧为39: l的斜面，在-8.15m处与闸底板侧面的间 隙为5cm。
闸底板南北向限位位于启闭机房江侧墙体上，南北侧各两个，平面位置分
别离闸底板上游边线2420mm，下游边线2020mm。限位结构是钢板焊接而成，限 位分为二部分，固定限位是-4. 25m -8. 15m向外侧为8: 1斜面，-8. 15m处离 闸底板端边线5cm;固定限位的外侧插放一根同截面(矩形)限位，限位离拟安 装闸底板端边线5cm、 15cm各准备一套，安装时视现场闸底板纵向倾斜的情况 选用(但同一侧必须按放同一厚度的限位)，该限位长13.9m顶标高+5.50m，在 相应位置的-8. 25m顶板上凿一深15cm的？L，供该限位固定。
6) 验潮
分析苏州河口天文预报潮潮位，与苏州河口实际潮位数据比较，通常情况 是最高潮时实际水位比预报水位高0. 4m左右；最高潮前2小时实际水位比预 报水位高0. 6m左右。
根据上述数据推测，某月29日(农历某月十六)白天最高潮将预报潮位增 加0.4m,最高潮前2小时增加0.6m是可行的(参看图6)。施工控制时刻与潮位 的关系为
11:30分最高潮位前2小时潮位:2. 30+0. 6=2. 90m 13:30分最高潮潮位3. 48+0. 4=3. 88m
7) 应急预案
闸底板沉放施工难度高，受水流力、潮位影响大。为了确保施工安全、成 功，必须充分认识自然力，利用自然力助沉，将可能出现的问题，列举如下， 并制定相应的预案。
闸底板高差太大，无法进入设计位置；利用在黄浦江"34甲"浮筒待泊的 期间，逐步调整闸底板前后、左右的吃水深度，分舱压水、抽水，同时观测四 角吃水深度的变化，于29日沉放前将闸底板四角高差调整到50cm以内。
闸底板高差太大，无法进入设计位置；利用在黄浦江"34甲"浮筒待泊的 期间，逐步调整闸底板前后、左右的吃水深度，分舱压水、抽水，同时观测四 角吃水深度的变化，于29日沉放前将闸底板四角高差调整到50cm以内。
闸底板平稳下沉；为使闸底板能够平稳下沉，在干舷高度由lm变为Om的 过程中，分舱平衡压水，控制闸底板的倾斜度。上下游设置了 18只可启闭的闸 阀，下游侧水舱内还放了 9台水泵，视闸底板姿态开启或关闭闸阀，或启动水 泵抽水。
减少闸底板受苏州河水流力的影响；闸底板进入苏州河至沉放全过程，关 闭吴淞路闸桥的闸门，切断苏州河涨潮、落潮的水流。
三艘拖轮备拖；闸底板进入苏州河到达闸底板设计位置以后，在闸底板沉 放过程中不需要拖轮辅助，但三艘拖轮仍泊于苏州河口待命，以便应急。
潮时、潮位备选；闸底板沉放时间受到苏州河口的潮时、潮位限制，经查 阅潮汐预报表和实测潮位分析某月29日、30日、31日均具备沉放条件。力 争29日沉放。自然条件允许在30日、31日沉放。
3、闸底板沉放
根据施工组织计划、潮位条件，某月29日13: 30分沉放闸底板。
1) 调平
闸底板经历了长江拖运、黄浦江拖运、34射孚筒位锚泊，于2004年10月29 日上午8: OO时抵达黄浦江的苏州河口。闸底板处于微倾斜状态。 闸底板的姿态受到以下条件的制约
(1) 苏州河河口水域挖泥标高-3. 50m;
(2) 闸墩下游侧顶标高-3. 75m;
(3) 南北限位间隙合计0.30瓜；
(4) 上下游限位间隙合计0.30m (上部)； (5撮小富裕距离。
经过潮位、闸底板吃水深度等数据分析，闸底板触底已不是主要问题。上 下游限位装置与闸底板之间间隙合计0. 30m，使得过大倾斜的闸底板水平投影超 过0.30m时，无法进入限位或造成下游侧限位无法拉起来，这是控制闸底板倾 斜的主要问题。
根据上下游限位装置与闸底板之间间隙合计0. 30m，计算出闸底板上下侧最 大允许高差0. 60m，扣除最小富裕距离，确定闸底板顶面高差不允许超过0. 50m。 启动预留在闸底板内的9台潜水泵，精确地调整闸底板顶面高差。
2) 进入苏州河
闸底板就位、沉放全过程中，吴淞路闸桥闸门关闭，苏州河停止船舶通行， 苏州河口黄浦江水域局部封港。
闸底板进入苏州河是由拖轮和巻扬机共同牵引完成。 3艘拖轮将闸底板拖运至苏州河河口，使其基本处于稳定的状态，由2艘扒 杆船分别将5根定位缆绳系于5个带缆墩上。
闸底板缓慢向苏州河上游横向移动，两艘主拖轮顶推闸底板下游侧，并让 南端先进入苏州河，1#、 2#、 4tt、 5#巻扬机牵引，3tt巻扬机缓慢同步放松，老 锚船协助控制闸底板初始转向。
闸底板逐渐向垂直苏州河水流方向作平面扭动，然后平行向上游移动至南 北中闸墩位置，初就位完成。
3) 进入限位
闸底板越过闸墩下游墩身和下游限位进入限位区。
闸底板进入设计位置上方后，1#、 2tt巻扬机收紧，使闸底板紧靠上游侧限 位，南北墩下游侧限位同时由卧倒状态拉起，此时限位顶标高为+4. 0m。再由4tt、 5井巻扬机分别收紧，使闸底板先靠近北侧，南侧活动限位装置放到位；再使闸 底板靠近南侧，北侧活动限位装置放到位，此时闸底板平面位置完全受到南北、 上下游限位装置的控制。
4) 下沉
闸底板沉放是通过18只进水阀放水加载自沉到位。
闸底板下沉分为二个阶段，第一阶段由人工控制，干舷高度从 1000mm 100mm;第二阶段自由下沉，由干舷高度lOOmra沉到设计标高。
闸底板在第一阶段开始时位置较高，任何侧倾都会对限位装置产生水平力， 为了控制限位装置受力在允许范围之内，必须随时保持对称压水，控制闸底板 的倾斜。
闸底板上下游侧各有9只阀门，编号为(上游)1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9和(下游)T、 2、、 3、、 4'、 5\ 6、、 7'、 8'、 9'。根据物理模型试验结果， 干舷高度从lOOOram到lOOmm上游侧腔体需灌水405m3，下游侧腔体需灌水841m3， 灌水时间约15分钟。操作人员到闸底板顶部开启上下游中间7只阀门，分别为 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8和2、、 3、、 4、、 5、、 6、、 7、、 8、的进水阀门(进水阀位 置见图3-2)。压水过程中，岸上经纬仪跟踪观测闸底板的姿态，随时调整各阔 门的进水量，至闸底板干舷高度为lOOmm。当干舷高度为lOOmm时，关闭所有进 水阀，再次测量闸底板的倾斜度，确认闸底板顶面高差不超过500rara。
根据上海船舶运输科学研究所提供的物理模型试验分析结果，再需加水
150t，闸底板才能较为平稳的沉放到位。为了方便人员撤离、平衡压水，操作 人员开启i、 9和r、 9'阀门，人员全部撤离。河水不断流入闸底板的4个腔体， 闸底板自重(包括压水重量)逐渐超过浮力，在四面限位装置的导向作用下， 闸底板按预定轨迹沉放到设计位置。
在灌水下沉过程中，岸上架设3台经纬仪、2台水准仪全通过观测设置在闸 底板顶部四角的测量标尺，推算闸底板倾斜度变位量，分析闸底板的倾斜姿势， 指导灌水速率，最终达到控制闸底板沉放的目的。
闸底板的平面位置由上下游侧限位、南北侧限位装置控制，固定限位与设 计结构边线仅5cm，闸底板一旦进入限位，平面位置最大偏差为5cm;闸底板高 程由三座闸墩顶面的橡胶支座控制，橡胶支座高程偏差2mm，闸底板四处支座板 的高程偏差也为2mm。
闸底板沉放到位以后，我们立即对闸底板顶面高程进行实测(实测位置 钢围堰顶面，顶面高程含有制作误差)，测量数据显示闸底板的平面位置和高程 均达到了验收标准和规范要求。
尽管上述实施例已经对本发明进行了描述，但是对于本行业的技术人员来 说，仍可对本实施例作多种变化，因此，凡是采用本发明的相似变化，均应列 入本发明的保护范围。
权利要求
1、一种闸底板的浮运沉放方法，包括如下步骤模型试验、沉放现场准备、闸底板沉放三个步骤，其特征在于，模型试验包括拖航、转向、横移、下沉姿态四步，沉放现场准备包括制作预留功能、挖泥、围堰拆除、锚墩、限位、验潮、应急预案七步，闸底板沉放包括调平、进入河道、进入限位、下沉、测量五步。
全文摘要
一种闸底板的浮运沉放方法，包括如下步骤模型试验、沉放现场准备、闸底板沉放三个步骤，其特征在于，模型试验包括拖航、转向、横移、下沉姿态四步，沉放现场准备包括制作预留功能、挖泥、围堰拆除、锚墩、限位、验潮、应急预案七步，闸底板沉放包括调平、进入河道、进入限位、下沉、测量五步。本发明通过以上技术方案的控制，一次性将闸底板沉放就位，达到设计允许偏差的标准，满足建设方的使用要求。
文档编号E02B7/20GK101182706SQ20061011827
公开日2008年5月21日 申请日期2006年11月13日 优先权日2006年11月13日
发明者张志玉, 张永宝, 朱九仪, 童小飞, 郑荣平, 马建忠 申请人:中交三航局第二工程有限公司