船閘進(jìn)水口結(jié)構(gòu)懸挑逆作法施工技術(shù)

陳秋聲

廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710

1 工程概況

白石窯樞紐船閘工程為北江航道擴(kuò)能升級工程的重要組成部分，位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸，工程內(nèi)容為新建二線船閘和重建一線船閘。

按照二線船閘施工進(jìn)度計(jì)劃，上閘首和進(jìn)水口施工為關(guān)鍵線路，關(guān)系到二線船閘施工進(jìn)度。上閘首底高程為12.32m，頂高程為43.12m，高29.80m；進(jìn)水口底高程為19.32m，頂高程為37.82m，高18.50m，結(jié)構(gòu)存在1.2m長的懸挑段。兩者之間建基面高差為7m。根據(jù)設(shè)計(jì)方案，二線船閘采用先上閘首后進(jìn)水口的施工順序。具體布置如圖1、圖2所示。

圖1 上閘首、進(jìn)水口縱斷面（高程單位：m；尺寸單位：mm）

圖2 進(jìn)水口平面示意圖

上閘首和進(jìn)水口結(jié)構(gòu)施工受到諸多因素的影響，工期滯后。主要影響因素如下：（1）上閘首底板工程量大，存在弧形輸水廊道，施工技術(shù)復(fù)雜，且廊道底板澆筑完成后需要進(jìn)行帷幕灌漿，施工時(shí)間長；（2）進(jìn)水口結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，左、右進(jìn)水口共用異型模板，周轉(zhuǎn)慢、效率低，無法滿足施工進(jìn)度要求。

為按期保質(zhì)完成任務(wù)，需對施工技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新。目前，上閘首施工技術(shù)較為成熟，能滿足施工要求[1]。因此，需改進(jìn)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。進(jìn)水口懸挑結(jié)構(gòu)一般采用傳統(tǒng)腳手架施工[2-4]，但易影響上閘首施工，交叉作業(yè)影響大，存在施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，決定通過設(shè)計(jì)懸挑支撐平臺作為進(jìn)水口施工平臺，從順作法改為懸挑逆作法施工技術(shù)，上閘首與進(jìn)水口同時(shí)施工，從而縮短施工工期。

2 工程地質(zhì)和水文條件

2.1 工程地質(zhì)

根據(jù)勘察資料，上閘首工區(qū)土層依次分布為填卵石土層、粉質(zhì)黏土層、粉細(xì)砂層、卵石土層，巖石層為中風(fēng)化灰?guī)r。進(jìn)水口工區(qū)土層依次分布為填卵石土層、素填土層、粉質(zhì)黏土層、卵石土層，巖石層為中風(fēng)化灰?guī)r。

上閘首建基面位于中風(fēng)化灰?guī)r層，進(jìn)水口建基面位于卵石土層或中風(fēng)化灰?guī)r層，建基面巖石完整性較好，承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 水文地質(zhì)

（1）地表水。工區(qū)水系屬于北江水系。北江干流徑流年內(nèi)分配不均，枯水期（10月—次年3月）水量約占全年水量的25%，汛期（4月—9月）水量占全年水量的75%。其中，6月徑流量最大，約占年徑流量的20%；1月徑流量最小，約占年徑流量的3%。常年上游水位約為37.32m。

（2）地下水。工區(qū)地下水類型主要為第四系孔隙水。地下水位埋深為2.9～12.1m，地下水位高程為22.8～36.5m。上游地下水位稍高，水位高程為31.12～36.5m；下游地下水位稍低，水位高程為22.8～32.01m。

3 進(jìn)水口底板懸挑段施工方案

3.1 懸挑支撐平臺設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，利用已有的材料設(shè)計(jì)制作懸挑支撐平臺。平臺構(gòu)件為工字鋼主梁、方鋼橫梁和膠合板施工平面，主梁下部斜撐鋼管，具體結(jié)構(gòu)組成參數(shù)如下。

（1）主梁采用20#工字鋼，單根長4m，其中巖面搭設(shè)長度為2.3m（需錨固段），懸臂長度為1.7m（懸臂段），按間距1.5m布置，共設(shè)置14根主梁。

（2）主梁錨固段采用5道直徑為20mm的鋼筋進(jìn)行錨固，按間距0.5m布置。

（3）每根主梁懸臂段采用2道直徑為48mm的鋼管進(jìn)行斜撐加固，按間距1.5m布置；鋼管內(nèi)穿鋼筋錨固在巖體內(nèi)。

（4）主梁上部鋪設(shè)3道250mm×250mm×6mm的方鋼，按間距50mm布置，方鋼上部滿鋪18mm厚的膠合板。

（5）檢驗(yàn)合格后，澆筑50cm厚C25進(jìn)水口墊層混凝土。

3.2 進(jìn)水口底板懸挑段結(jié)構(gòu)調(diào)整

為保證進(jìn)水口底板懸挑段結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，對底板懸挑段結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。通過研討，形成兩個(gè)方案。方案一：調(diào)整進(jìn)水口底板懸挑區(qū)混凝土配筋，增大鋼筋并增加暗梁，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性。方案二：提高底板混凝土標(biāo)號、保證混凝土強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

由于進(jìn)水口底板混凝土方量達(dá)1350m3，通過對比兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)性，決定采用方案一，具體參數(shù)如下：加強(qiáng)底板懸挑區(qū)縱向4m范圍內(nèi)的主筋，直徑從20mm加大到25mm，間距按200mm布置；底板懸挑區(qū)縱向2m范圍內(nèi)的主筋增加直徑為12mm的箍筋和水平筋，形成暗梁，暗梁間距按3m布置。

3.3 懸挑支撐平臺上部混凝土澆筑高度確定

進(jìn)水口體量大，為保證懸挑支撐平臺施工安全，需確定上部混凝土澆筑高度。結(jié)合進(jìn)水口結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等因素，擬定懸挑支撐平臺上部混凝土澆筑進(jìn)水口結(jié)構(gòu)頂部。利用midas Civil有限元軟件計(jì)算平臺穩(wěn)定性[5]。

計(jì)算工況：由于進(jìn)水口存在大量空箱結(jié)構(gòu)，為簡化計(jì)算，平臺上部混凝土高度設(shè)為10m。

計(jì)算參數(shù)：混凝土自重荷載為24kN/m3，方鋼每延米自重荷載為0.46kN，工字鋼每延米自重荷載為0.40kN。

結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)澆筑至頂標(biāo)高，平臺方鋼最大應(yīng)力值為97N/mm2，小于抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205N/mm2，滿足強(qiáng)度要求；工字鋼最大應(yīng)力值為224N/mm2，大于抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值205N/mm2，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，影響施工安全，需再計(jì)算平臺上部混凝土最大澆筑高度。

再次計(jì)算上部混凝土澆筑高度，計(jì)算工況：平臺上部混凝土澆筑至7.3m。計(jì)算參數(shù)不變。

結(jié)果表明，當(dāng)平臺上部混凝土澆筑高度為7.3m時(shí)，工字鋼最大應(yīng)力值為204N/mm2，小于工字鋼抗彎強(qiáng)度205N/mm2，滿足施工安全要求。因此，平臺上部混凝土澆筑高度為7.3m。

3.4 進(jìn)水口結(jié)構(gòu)懸挑段施工要點(diǎn)

（1）清理進(jìn)水口建基面。

（2）工字鋼主梁鋪設(shè)在基巖上，工字鋼采用20mm直徑的鋼筋進(jìn)行錨固；安裝完成后，主梁底部利用鋼管斜撐加固，斜鋼管內(nèi)穿入直徑為20mm的鋼筋，錨入側(cè)面巖體。

（3）工字鋼主梁、斜撐經(jīng)檢驗(yàn)合格后，澆筑進(jìn)水口結(jié)構(gòu)50cm厚C25墊層混凝土。

（4）墊層混凝土終凝后，鋪設(shè)工字鋼上部方鋼及膠合板，形成懸挑支撐平臺。

（5）進(jìn)水口底板鋼筋板扎，立鋼模。模板利用吊機(jī)和塔吊安裝，安裝前清理及刷涂脫模劑。

（6）進(jìn)水口2m厚底板分兩倉澆筑，首倉澆筑高度為1.5m，第二倉澆筑高度為0.5m。混凝土采取天泵+布料機(jī)組合澆筑，采用直徑100mm的振動(dòng)棒充分振搗?；炷翝仓戤?2h后，覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)。

（7）底板混凝土滿足強(qiáng)度要求后，安裝上部混凝土模板。剩余5.3m厚混凝土分兩倉澆筑，首倉澆筑高度為3m，第二倉澆筑高度為2.3m?；炷翝仓⒄駬v和養(yǎng)護(hù)同步驟（6）一致。

（8）平臺上部混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，上閘首澆筑至進(jìn)水口建基面。當(dāng)平臺底部灌入混凝土后，拆除平臺，切除工字鋼懸挑部分，回收方鋼。

4 結(jié)束語

白石窯樞紐二線船閘上閘首、進(jìn)水口結(jié)構(gòu)工期緊，環(huán)境復(fù)雜，按照常規(guī)的先上閘首后進(jìn)水口的施工順序無法滿足施工工期要求。通過設(shè)計(jì)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)懸挑支撐平臺，調(diào)整施工順序，利用懸挑逆作法施工技術(shù)，提前進(jìn)行進(jìn)水口結(jié)構(gòu)施工，實(shí)現(xiàn)上閘首和進(jìn)水口同時(shí)施工，解決了工期緊等問題，使現(xiàn)場施工進(jìn)度滿足計(jì)劃要求。同時(shí)，懸挑支撐平臺就地取材，施工任務(wù)完成后，部分鋼材可回收重復(fù)利用，節(jié)約環(huán)保。因此，該技術(shù)在類似船閘工程中值得推廣和應(yīng)用。