15 m 高船閘閘室墻一次成型施工關(guān)鍵技術(shù)

陳廣明，尚龍

（1.安徽省引江濟(jì)淮集團(tuán)有限公司，安徽 合肥 230000；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

引江濟(jì)淮是安徽省基礎(chǔ)建設(shè)“一號(hào)工程”[1]，新建東淝河船閘是引江濟(jì)淮安徽段八大樞紐之一，位于引江濟(jì)淮入淮河口約2.5 km 處。船閘建設(shè)方案和尺度為：利用現(xiàn)有船閘，增建復(fù)線船閘，閘室有效尺度280 m ×23 m×5.2 m（長(zhǎng)×寬×門檻水深）。

閘室采用鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)290 m，沿閘室長(zhǎng)度方向分為16 個(gè)結(jié)構(gòu)段，標(biāo)準(zhǔn)段閘室墻長(zhǎng)度18 m，閘首段19 m，閘墻口寬23.2 m，底板頂高程+11.14 m，閘室墻頂高程+27.90 m，單次澆筑方量為1 225 m3。閘墻系船設(shè)備主要采用浮式系船柱，兩側(cè)共設(shè)32 個(gè)浮式系船柱[2]。

2 施工難點(diǎn)

1）船閘閘室墻采用一次澆筑成型工藝，閘室墻鋼筋設(shè)計(jì)時(shí)，僅考慮內(nèi)外兩側(cè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)滿足正常通水運(yùn)營(yíng)要求，15.11 m 高鋼筋一次綁扎成型施工風(fēng)險(xiǎn)大、技術(shù)難度高。

2） 單個(gè)閘室墻標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)18 m、高15.11 m、底寬2.5 m、頂寬1.2 m，其抗裂控制是重點(diǎn)。

3）采用移動(dòng)模架 + 高大模板工藝一次成型15 m 高閘室墻，模架安拆、大模板設(shè)計(jì)與安裝、混凝土布料和振搗、墻身平整度控制等，均是船閘閘室墻一次成型的難點(diǎn)[3]。

4）針對(duì)以往采用二期混凝土進(jìn)行閘室墻浮式系船柱施工工藝，采用與閘室墻同步實(shí)施工藝，其中浮式系船柱模板設(shè)計(jì)、軌道垂直度精準(zhǔn)控制等是該方法的重點(diǎn)。

3 總體施工方案

船閘基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，進(jìn)行驗(yàn)槽并澆筑墊層，逐段澆筑底板，底板完成3～5 段即進(jìn)行閘室墻倒角施工，同步澆筑15 cm 閘室墻墻身。

倒角完成1～2 段后，開(kāi)始進(jìn)行閘室墻鋼筋的安裝，閘室墻鋼筋安裝采用設(shè)置內(nèi)置支撐架、分節(jié)接高的方法進(jìn)行；同時(shí)進(jìn)行閘室墻移動(dòng)模架和大模板安裝；最后采用模架系統(tǒng)定位模板，安裝穿墻拉桿、模架撐桿等，完成后采用對(duì)稱分層泵送工藝澆筑閘室墻混凝土。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 閘室墻鋼筋安裝

船閘閘室墻鋼筋迎水面為單層鋼筋，豎向筋φ20、水平筋 φ12，兩者形成 100 mm×150 mm 的鋼筋網(wǎng)；迎土側(cè)鋼筋底部2.4 m 范圍內(nèi)為雙層鋼筋，豎向主筋為φ28，水平筋φ12。閘室墻一次澆筑施工，鋼筋須一次性綁扎成型。閘室墻兩側(cè)鋼筋高度約15 m，通過(guò)整體穩(wěn)定驗(yàn)算，確定鋼筋安裝骨架間距、數(shù)量。

通過(guò)建模計(jì)算，鋼筋在承受風(fēng)荷載作用下最大應(yīng)力為 238 MPa<360 MPa（GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第4.4.1 節(jié)），標(biāo)準(zhǔn)組合作用下最大水平位移為31 mm<30 000/400=75 mm。在設(shè)置鋼筋骨架后，應(yīng)力及變形均滿足規(guī)范要求。

1）鋼筋骨架設(shè)置

鋼筋安裝骨架擬采用HRB400φ25 的螺紋鋼，單側(cè)閘室墻鋼筋安裝骨架每1.13 m 布置1 道，左右兩側(cè)各布置7 道，共14 道，每道鋼筋安裝骨架橫桿共8 根，步距1.8 m，斜撐共16 根，平均長(zhǎng)度2.45 m，立桿共2 根，平均長(zhǎng)度15.28 m。

2）鋼筋安裝

制作骨架→安裝骨架→搭設(shè)鋼筋綁扎平臺(tái)→依次綁扎豎向、水平鋼筋。鋼筋安裝骨架片在現(xiàn)場(chǎng)焊接制作，吊車安裝。骨架片之間橫向連接焊接完成后，在骨架橫向鋼筋上鋪設(shè)5 cm 厚木板作為鋼筋綁扎操作平臺(tái)。

4.2 移動(dòng)模架和高大模板設(shè)計(jì)與安裝

1）移動(dòng)模架設(shè)計(jì)

模架為電動(dòng)自行式，長(zhǎng)33 m，寬18.65 m，高24.71 m，配置4 臺(tái)行走電機(jī)。主梁為三主梁貝雷架結(jié)構(gòu)。支腿為箱型結(jié)構(gòu)，采用單排三列剛支腿設(shè)計(jì)。行車兩側(cè)支腿共計(jì)6 條，對(duì)稱布置，支腿之間通過(guò)框架連接，行車頂部設(shè)有32 t 電動(dòng)單梁起重機(jī)共計(jì)8 臺(tái)，如圖1 所示。

圖1 閘室墻施工用移動(dòng)模架Fig.1 Movable formwork for gate chamber wall construction

經(jīng)整體ANSYS 軟件建模，移動(dòng)模架在最不利工況即在模板打開(kāi)單邊起吊模板，吊梁在設(shè)計(jì)位置承受模板豎向荷載，并承受運(yùn)動(dòng)過(guò)程中起制動(dòng)沖擊荷載，計(jì)算臺(tái)車架系統(tǒng)的受力和變形。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，立柱最大應(yīng)力σmax=132 MPa

2）移動(dòng)模架安裝

模架的總體安裝順序是軌道安裝→支腿地面組裝→支腿吊裝并固定→橫梁三道主梁分次吊裝→縱梁安裝并與支腿或橫梁固定→安裝單梁起重機(jī)→機(jī)電系統(tǒng)安裝→調(diào)試并試運(yùn)行。

3）閘室墻大模板設(shè)計(jì)與安裝

閘室墻身迎水面、臨土面模板均采用定型整體鋼模，面板厚度5 mm，橫肋為[10 槽鋼，間距為300 mm，模板豎向背肋為雙[16b 槽鋼組焊結(jié)構(gòu)，間距為900 mm。為進(jìn)一步提高大模板整體剛度，保證澆筑混凝土面的平整度，經(jīng)復(fù)核計(jì)算，迎水側(cè)模板支撐橫梁設(shè)置為雙[30b 槽鋼組焊結(jié)構(gòu)，間距為1 500 mm。

模板安裝先在拼裝臺(tái)座上安裝成6 塊，檢測(cè)其平整度，合格后再進(jìn)行整體吊裝，模板安裝工藝流程為：先拼上層模板→利用模架系統(tǒng)吊至頂部→拼裝中層模板→螺栓連接上、中層模板→起吊至頂部→拼裝下層模板→螺栓連接中、下層模板→檢查整體平整度→安裝完成[4]。

4.3 浮式系船柱施工

閘室墻浮式系船柱施工的常規(guī)工藝為二次澆筑，為提升質(zhì)量與安全，結(jié)合船閘閘室墻移動(dòng)模架帶大模板施工工藝，考慮浮式系船柱軌道結(jié)構(gòu)尺寸，加工專用定型鋼模，與閘室墻模板形成整體，在閘室墻混凝土澆筑時(shí)，同步澆筑浮式系船柱位置混凝土。

浮式系船柱軌道先在地面焊接成整體，精度滿足要求后，吊裝至設(shè)計(jì)位置，按設(shè)計(jì)間距焊接錨筋。然后連接軌道鋼板勁板與閘室墻鋼筋骨架，再安裝定型鋼模。吊裝時(shí)活動(dòng)連桿收縮，可使模板內(nèi)凈尺寸減小，有利于模板在軌道間的安裝與拆除。

閘室墻身整體大模板就位后，浮式系船柱軌道內(nèi)模與墻身迎水側(cè)大模板通過(guò)螺栓連接，背面模板與閘室墻迎土側(cè)采用對(duì)拉螺桿，最后完成混凝土澆筑。

閘室墻拆模后，除檢查浮式系船柱軌道垂直度、凈空尺寸等，另制作1∶1 專用檢測(cè)模具進(jìn)行試通，如圖2 所示，確保后期浮式系船柱運(yùn)行順暢。拆模后對(duì)32 道整體澆筑的浮式系船柱預(yù)埋軌道進(jìn)行試通檢測(cè)，均能順利通過(guò)。

圖2 浮式系船柱軌道安裝與檢測(cè)Fig.2 Installation and inspection of floating bollard track

4.4 閘室墻混凝土施工

閘室墻混凝土采用移動(dòng)模架+大模板一次成型工藝，需在工藝上解決3 方面的問(wèn)題：1）閘室墻縱向長(zhǎng)度長(zhǎng)（最長(zhǎng)為19 m）、底寬2.5 m，面積大，裂縫控制是關(guān)鍵[5]；2）閘室墻澆筑高度15.11 m，混凝土的順利入模和振搗，是保證混凝土實(shí)體質(zhì)量的關(guān)鍵；3）混凝土大面平整度控制。

1）裂縫預(yù)控

針對(duì)閘室墻結(jié)構(gòu)，除常規(guī)大體積混凝土溫度應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算外，應(yīng)優(yōu)化其冷卻水管布置和測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)控[6]，冷卻水管采用φ32 mm PE 管。結(jié)合閘室墻結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)大體積混凝土冷卻水管布置相關(guān)規(guī)范要求確定，倒角向上0～5 m 范圍內(nèi)布置2 層冷卻水管，5～10 m 范圍內(nèi)布置1 層冷卻水管，管道間距1.4 m，距離混凝土表面0.7 m，S 形布置，具體如圖3 所示。

圖3 閘室墻冷卻水管布置圖Fig.3 Layout of cooling water pipe in lock chamber wall

冷凝水管進(jìn)出口采用雙向止水閥控制，可實(shí)現(xiàn)出水與進(jìn)水實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，保證冷卻水管通水均勻，且冷熱水及時(shí)調(diào)控。接頭處采用熱熔焊接。相對(duì)于鋼管，線形布置較為靈活，減少直彎接頭，密封性較好，且安裝方便。

為實(shí)時(shí)掌握混凝土內(nèi)部升降溫情況，采用GPS 傳輸無(wú)線溫度傳感器和無(wú)線溫度采集器，測(cè)溫信號(hào)3 min 自動(dòng)報(bào)數(shù)1 次。

從16 段閘室墻實(shí)施效果看，裂縫顯著減少，目前閘室墻墻后回填土已填筑10 m 高，墻身未出現(xiàn)滲水。

2）混凝土澆筑

閘室墻混凝土強(qiáng)度為C25，配合比為水泥∶碎石∶砂∶粉煤灰∶水∶抗裂劑∶減水劑 = 235∶1 178∶722∶105∶160∶27.2∶4.08，抗?jié)B等級(jí) P4，2 臺(tái)汽車泵對(duì)稱布料分層澆筑（如圖4 所示），澆筑高度15.11 m，層厚30～40 cm，高差不超過(guò)1 m。

圖4 閘室墻混凝土澆筑Fig.4 Concrete pouring of lock chamber wall

混凝土澆筑從試拌、布料口設(shè)置、振搗人員分工、澆筑速度控制、混凝土試塊制作、澆筑過(guò)程模板及模架位移監(jiān)測(cè)等進(jìn)行全過(guò)程安全質(zhì)量控制[7]。

混凝土布料高15 m、長(zhǎng)18 m，布料設(shè)置需充分考慮混凝土不離析和擴(kuò)展度要求，單側(cè)設(shè)置6個(gè)布料口，布料口采用φ200 mmPVC 管+布袋軟管的形式，澆筑過(guò)程中實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)軟管長(zhǎng)度，保證混凝土自由下落高度不大于2 m，軟管確保了混凝土不離析。

振搗時(shí)，以架立筋鋪木跳板作為振搗平臺(tái)。根據(jù)計(jì)算，澆筑速度不得大于0.7 m/h，過(guò)程中做好記錄，以控制澆筑速度及兩側(cè)閘室墻混凝土高差不超過(guò)1 m。

開(kāi)始澆筑時(shí)，間隔2 h 制作混凝土試塊，以進(jìn)一步確定混凝土的初凝時(shí)間，進(jìn)而控制混凝土澆筑速度，保證澆筑安全。

閘室墻拆模后，即開(kāi)始進(jìn)行內(nèi)外拉桿孔封堵，封堵采用孔內(nèi)填塞遇水膨脹止水條+微膨脹水泥砂漿，迎水面用抹子抹平，迎土面孔口再粘貼150 mm×150 mmSBS 防水板材。

3）閘室墻大面平整度控制

針對(duì)這種高聳、大面結(jié)構(gòu)物，需控制其澆筑成型的平整度。首先針對(duì)移動(dòng)模架結(jié)構(gòu)，在保證自身剛度和強(qiáng)度要求外，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮混凝土澆筑工況，確保澆筑過(guò)程中，模板擠壓模架不產(chǎn)生位移；其二是模板自身剛度要求，應(yīng)充分考慮模板長(zhǎng)度和高度方向自身平整度的控制，減少因模板拆裝而造成的變形[8]；其三是模板與移動(dòng)模架的連接，模板頂口與移動(dòng)模架采用軟連接，方便模板調(diào)整和拆除，模板側(cè)面與模架外側(cè)支腿通過(guò)絲杠連接（剛性連接），控制模板的變形和位移，保證大面模板的整體性。

從16 段閘室墻拆模后的檢測(cè)情況來(lái)看，結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)高偏差0.9～1.2 cm，對(duì)角線偏差為+2.5 cm、+3.2 cm；浮式系船柱傾斜度1～15 mm≤H/1 000，墻身平整度為4～8 mm≤10 mm，頂部2～4 mm≤6 mm，段長(zhǎng)偏差+3～+8 mm；保護(hù)層設(shè)計(jì)值50 mm，允許偏差（-5，+15），檢測(cè)640 個(gè)點(diǎn)，合格數(shù)589，合格率92%，均符合規(guī)范及圖紙要求。

5 結(jié)語(yǔ)

引江濟(jì)淮東淝河船閘工程，閘室墻從2020 年3 月28 日進(jìn)行首件施工，至2020 年12 月12 日完成所有16 段閘室墻施工，除去汛期2 個(gè)月，有效工作時(shí)間僅為190 d 左右，單段閘室墻施工周期僅為11 d，工效提高明顯（如采用翻模工藝16段需要約400 d）。

閘墻采用高大模板及模架支撐體系，浮式系船柱部位采用定型鋼模板與墻身平面模板連接整體澆筑，與以往的二次澆筑工藝相比，保證了浮式系船柱軌道與墻身部位連接的整體性，提高了質(zhì)量，降低狹小工作面、高空作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，提高工效。

通過(guò)項(xiàng)目的研究與實(shí)踐，提出一種安全優(yōu)質(zhì)高效的15 m 高閘室墻一次澆筑成型工藝，克服了傳統(tǒng)工藝的一些弊端，提升閘室墻結(jié)構(gòu)物品質(zhì)，滲水通道顯著減少，對(duì)類似船閘閘室墻施工具有普適性。