大型船閘多空箱混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)制鋼筋混凝土模板施工技術(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位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸，其中新建二線船閘規(guī)格為220m×23m×4.5m，為減少大體積混凝土水化熱，該工程船閘主體自上游進水口至下閘首各個結(jié)構(gòu)段均設(shè)計有空箱結(jié)構(gòu)。各結(jié)構(gòu)段空箱型號設(shè)計不同，下閘首邊墩空箱就有方形、梯形、L型等不同形狀。

受前期征地拆遷滯后、超標洪水等影響，二線船閘施工工期嚴重滯后，傳統(tǒng)空箱施工工藝已不能滿足工期要求。因此，項目部從模板和支撐系著手，對船閘空箱結(jié)構(gòu)模板及支撐進行優(yōu)化，采用預(yù)制鋼筋混凝土模板代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼模板，采用“方管+工字鋼”支撐裝置代替鋼管支架作為支撐體系。通過方案優(yōu)化，有效地解決了密閉空箱空間內(nèi)安裝和拆除模板及支撐體系工作量大、效率低等難題，降低了施工成本，縮短了工期。

2 預(yù)制鋼筋混凝土模板及支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 預(yù)制鋼筋混凝土模板設(shè)計

（1）預(yù)制模板尺寸。在查閱相關(guān)資料及綜合船閘空箱尺寸和吊裝能力后，最終選擇規(guī)格為3m×1.7m的側(cè)模和規(guī)格為3.1m×1m的頂模作為標準模板，其中側(cè)模厚80mm，頂模厚150mm。

（2）預(yù)制模板細部構(gòu)造。參考國家建筑標準圖集《混凝土結(jié)構(gòu)施工鋼筋排布規(guī)則與構(gòu)造詳圖（現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板）》（18G901-1），預(yù)制混凝土側(cè)模采用C30混凝土，鋼筋采用直徑為6mm的圓鋼，雙向200mm布置，連接鋼板采用3mm厚的鋼板，每塊預(yù)制板布置8塊，規(guī)格為80mm×100mm。預(yù)制混凝土頂模采用C25混凝土，鋼筋Ⅲ級鋼筋，主筋采用16mm厚的鋼筋（長方向），間距150mm；分布筋采用6mm厚的鋼筋，間距150mm布置，其中主筋安裝在頂板下部，鋼筋保護層厚度為25mm，吊鉤在上部。預(yù)制鋼筋混凝土頂模、側(cè)模分別均勻預(yù)埋4個、6個U型拉鉤（20mm圓鋼）作為模板安裝加固點。

（3）預(yù)制模板拼裝。空箱預(yù)制模板兩塊模板之間通過鋼板連接點焊接，倒角局部用木模板補縫。

2.2 模板支持體系設(shè)計

空箱支撐采用立柱+橫梁組合，立柱采用規(guī)格為250mm×250mm×6mm的方管，間隔3m布設(shè)，橫梁采用規(guī)格為165mm×200mm的工字鋼，立柱頂部及底部鋪設(shè)規(guī)格為300mm×300mm×8mm的鋼板作為墊片，增加支撐面接觸面積。方管下端布置規(guī)格為630mm×8mm的鋼圓筒，鋼圓筒內(nèi)灌滿密實細沙，主要用于調(diào)節(jié)立柱的高度和后期支撐體系的拆除。空箱立柱間用角鋼連接，確?？障淞⒅恼w性及穩(wěn)定性。

3 預(yù)制鋼筋混凝土模板及支撐體系強度驗算

3.1 預(yù)制鋼筋混凝土側(cè)板強度驗算

預(yù)制側(cè)板標準規(guī)格為3000mm×1700mm×80mm（長×寬×厚），采用C30混凝土，設(shè)單層鋼筋網(wǎng)。C30混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc=14.3MPa，鋼筋等級為HRB400，抗拉強度設(shè)計值fy=360MPa。

（1）新澆混凝土側(cè)壓力計算。新澆混凝土側(cè)壓力取下式中的最小值。

式中：γc為混凝土重力密度，取24kN/m3；t0為混凝土初凝時間，取5.7h；β1為外加劑修整系數(shù)，取1.0；β2為混凝土坍落度修整系數(shù)，取1.15；V為混凝土澆筑速度，取0.5m/h；H為混凝土澆筑高度，取3m。

經(jīng)計算：F1=77.39kN/m2，F(xiàn)2=72kN/m2，取較小值，因此新澆混凝土側(cè)壓力F=72kN/m2，澆筑混凝土時，對側(cè)面模板產(chǎn)生的水平荷載標準值Pv=4kN/m2，振搗混凝土時，對側(cè)模板產(chǎn)生的水平荷載標準值Pc=4kN/m2，荷載總值P=97.6kN/m2，面板的最大彎矩M1=8.808×106N·mm。

（2）配筋計算。混凝土底部鋼筋保護層厚c=25mm，采用Φ16mm鋼筋，則截面有效高度h0=52mm，側(cè)板計算寬度b=1700mm，主筋直徑為6mm，單根截面積為28.27mm2，共18根，間距為100mm，鋼筋總面積As=508.86mm2。分布鋼筋按構(gòu)造要求確定，選用Φ6@200mm鋼筋。

3.2 預(yù)制鋼筋混凝土頂板強度驗算

預(yù)制頂板（以下簡稱“頂板”）標準規(guī)格為3100mm×1000mm×150mm（長×寬×厚），采用C25混凝土，設(shè)單層鋼筋網(wǎng)，蓋板兩端擱置在空箱兩側(cè)規(guī)格為165mm×200mm的工字鋼梁上。頂板上部承受混凝土重（含自重）及相應(yīng)的施工荷載，凈跨度3.0m。C25混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值fc=11.9MPa，鋼筋等級為HRB400，抗拉強度設(shè)計值fy=360MPa。

（1）荷載計算。①永久荷載標準值。結(jié)構(gòu)混凝土均布永久荷載標準值（含蓋板自重）gk1=25kN/m，永久荷載分項系數(shù)γG=1.2。②可變荷載標準值。施工人員及設(shè)備均布荷載標準值qk1=2.5kN/m，可變荷載分項系數(shù)γQ=1.4。振搗混凝土均布荷載標準值qk2=2.0kN/m，荷載設(shè)計值S1=gk1×γG+（qk1+qk2）×γQ=36.3kN/m。

（2）內(nèi)力計算。蓋板計算跨度l0=3.05m，跨中彎矩設(shè)計值M1=S1×l02÷8=42.4kN·m。（3）配筋計算?；炷恋撞夸摻畋Ｗo層厚c=25mm，采用Φ16mm鋼筋，則截面有效高度h0=117mm，側(cè)板計算寬度b=1000mm，主筋直徑為16mm，單根截面積為201.1mm2，共7根，間距150mm，鋼筋總面積As=1407mm2。分布鋼筋按構(gòu)造要求確定，選用Φ6@150mm鋼筋。

3.3 支撐體系驗算

（1）工字鋼按該工程最大跨度3m×3.4m計算。彎矩M的計算公式如下：

式中：q為作用在工字鋼上的線荷載；l為計算跨度，取3m。

經(jīng)過計算M=1÷8×25×1.7×3×3=47.82kN·m。

工字鋼規(guī)格為165mm×200mm，若要求不發(fā)生整體失穩(wěn)，則最大應(yīng)力σ的計算公式如下：

式中：MX為工字鋼所受最大彎矩；Wx為工字鋼截面抵抗矩，取237cm3；σcr為工字鋼容許最大應(yīng)力值，取215N/mm2。

經(jīng)過計算σ=47.82÷237×1000=201.74N/mm2≤ 215N/mm2，滿足要求。

（2）方管立柱受力按下閘首最大空箱9.3m×10.8m×7.5m計算?？障漤敾炷林亓=2511kN，空箱共設(shè)置12根方管，單根方管軸心受力N=156.94kN，方管規(guī)格為250mm×250mm×6mm，方管回轉(zhuǎn)半徑i=99.55mm，方管立柱凈截面面積A=25×25-（25-1.2）×（25-1.2）=58.56cm2，則長細比λ=75.34，查表得a類構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.807，則方管的整體穩(wěn)定計算公式如下：

式中：N為方管立柱的軸心壓力設(shè)計值；φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)；A為方管立柱凈截面面積；[f]為鋼管立桿抗壓強度設(shè)計值。

經(jīng)過計算σ=(156.94×1000)÷(0.807×58.56×100)=33.21N/mm2＜235N/mm2，滿足要求。

4 施工方法

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程為放線定位→空箱側(cè)板安裝→混凝土澆筑→支撐體系安裝→空箱頂板安裝→混凝土澆筑→支撐體系拆除。

4.2 主要施工方法

（1）放線定位。測量人員根據(jù)施工圖紙放樣定位，放出空箱結(jié)構(gòu)邊線位置。

（2）空箱側(cè)板安裝。在結(jié)構(gòu)邊線內(nèi)側(cè)鉆孔，植入定位鋼筋，采用吊車吊裝至安裝部位進行拉筋焊接，兩塊相鄰模板間通過模板邊緣設(shè)置的鋼板進行焊接。

（3）支撐體系安裝?；炷翝仓娇障湓O(shè)計高程后，進行頂板支撐體系的安裝，體系結(jié)構(gòu)分塊在地面焊接完成后進行整體吊裝。

（4）空箱頂板安裝。支撐體系安裝完成后，采用汽車吊將預(yù)制頂板吊裝至安裝部位。頂板上預(yù)留規(guī)格為2m×3m的孔洞不予鋪設(shè)頂板，并在四周安裝木模板形成通道，方便后期施工人員進出空箱拆除支撐體系，同時頂板往上預(yù)埋C25鋼筋彎鉤用于錨固，確保施工安全，并在模板縫間設(shè)置彎鉤伸入空箱內(nèi)部，用于后期支撐體系拆除時使用。

（5）支撐體系拆除。待空箱頂混凝土強度達到設(shè)計要求后，施工人員由預(yù)留孔洞進入空箱將支撐體系拆除。拆除時，將手動小型葫蘆固定在預(yù)留彎鉤上，鋼絲繩通過手動葫蘆將工字鋼綁好固定，再將底部鋼圓筒里面細砂抽離，然后將方管和工字鋼分解吊出空箱。

5 結(jié)束語

白石窯樞紐船閘工程創(chuàng)新提出“方管+工字鋼”結(jié)合“預(yù)制鋼筋混凝土模板（頂模板及側(cè)模板）”空箱施工工藝替代傳統(tǒng)“鋼模板+滿堂支撐架”的施工方式，加快了現(xiàn)場施工速度，同時支撐結(jié)構(gòu)可就地取材，節(jié)約環(huán)保，可在類似工程施工中推廣應(yīng)用。