16.5m高閘室墩墻結構一次澆筑成型施工技術

◎范一超 上海市水利工程集團有限公司

1.工程概況

南門港水閘閘室順水流向總長27m，垂直水流向總寬31.6m，為三孔，凈寬分別為6m、12m、6m，總凈寬24m。閘室采用鋼筋混凝土整體塢式結構，墩墻混凝土強度等級為C35，閘室底板面高程-0.50m，閘室邊墩頂部厚1.5m，根部厚2.2m，中墩厚1.6m，邊墩排架頂高程為11.0m，中墩排架頂高程為16.0m，排架寬6.79m。

本項目中墩16.5m高度、邊墩11.5m高度，胸墻、檢修平臺、人行橋、電纜溝、牛腿等結構均隨墩墻同步一次性澆筑成型，無水平施工縫。創(chuàng)下了上海地區(qū)水利工程墩墻一次性混凝土澆筑高度新記錄。

2.墩墻一次澆筑成型應用思路

一次澆筑成型對比分批澆筑成型的優(yōu)點是：整體澆筑時間接近，混凝土結構形成的物理形態(tài)是完整的整體，各項技術指標更加均勻、一致；其次不會有分批澆筑成型的層間施工縫，混凝土成型后表面更加光滑平順，外觀質量更有保障，且施工縫處理不好極易產(chǎn)生滲漏；第三，支架、模板、鋼筋均一次成型，施工工序更簡化，能明顯縮短工期，生產(chǎn)、管理成本更低；分批澆筑到頂，上層砼澆筑時會受下層已澆筑砼一定外在約束，一次澆筑到頂避免了該約束的出現(xiàn)從而降低了裂縫產(chǎn)生的機會[1]。

本項目有通水節(jié)點要求，工期緊張，經(jīng)過多次方案對比探討，為加快施工進度，確保通水節(jié)點目標，最終確定水閘墩墻采用一次澆筑成型方案。

筆者所在公司類似泵閘項目15.8m高砼墻體一次澆筑到頂成功，為本項目一次澆筑成型提供了豐富的施工實踐經(jīng)驗。

3.一次澆筑成型施工技術難點分析

3.1 對模板支撐系統(tǒng)要求高

砼一次澆筑成型，短時間內砼上升高度較高，混凝土側壓力大大提高，對模板支撐體系強度、剛度及穩(wěn)定性要求相應提高，能否支護出穩(wěn)定、牢固、準確的模板是高砼墻體一次成型成敗的關鍵。

3.2 清水混凝土觀感質量要求高

墩墻墻體為清水混凝土，對混凝土表面的觀感質量要求高，一次澆筑成型因高度超出常規(guī)其控制難度更大。

3.3 混凝土澆筑過程控制要求高

（1）混凝土初凝時間控制。若混凝土初凝時間過短，出現(xiàn)突發(fā)狀況時，容易出現(xiàn)施工冷縫；若初凝時間過長，會導致下層混凝土強度上升慢，對模板的側壓力持續(xù)時間長，增加模板支撐系統(tǒng)出現(xiàn)問題的風險，因此必須將混凝土初凝時間控制在合理范圍內。

（2）混凝土入倉沖擊力控制。混凝土泵送入倉時對模板的沖擊力非常大，下落的自由高度越高對模板的沖擊力越大，同時據(jù)現(xiàn)場試驗混凝土自由落體高度過高會發(fā)生離析現(xiàn)象，且混凝土漿易粘附到模板及鋼筋上，造成麻面，影響外觀質量。因此，混凝土在入倉時須采取相應措施降低自由落體高度。

（3）吊模部位防側冒控制。胸墻、檢修平臺、人行橋、電纜溝、牛腿等結構均隨墩墻同步一次性澆筑成型，導致吊模較多，處理不當極易出現(xiàn)混凝土側冒。

（4）混凝土澆筑速度控制。根據(jù)混凝土對模板側壓力公式可知，混凝土澆筑速度越快，模板受到的側壓力就越大，出現(xiàn)問題的風險就越大，因此必須嚴格控制好混凝土澆筑速度。

3.4 大體積混凝土溫控及養(yǎng)護措施要求高

閘室墩墻一次澆筑成型，單次砼澆筑量大，砼發(fā)熱也相對集中，且受高溫季節(jié)影響，施工難度大，混凝土內外溫差及養(yǎng)護措施控制不到位極易形成裂縫，對水閘整體質量造成重大影響。因此應采取綜合性的溫控及養(yǎng)護措施，控制砼內外溫差等。

圖1 墩墻模板對拉螺桿結構圖

圖2 水間墩墻滿堂支撐架剖面圖

4.模板支撐系統(tǒng)控制措施

4.1 模板支撐系統(tǒng)布置

墩墻模板采用122＊244＊1.5cm竹膠板。墩墻側模支撐采用對拉螺桿+方木+雙拼鋼管的固定方式；對拉螺桿采用帶止水環(huán)的M16對拉螺桿，布置間距61×61cm，螺桿均采用2個山型卡和2個螺母加強固定；豎向次楞采用35mm×85mm方木，布置間距30.5cm；橫向主楞采用φ48＊3.5雙拼鋼管，布置間距61cm。

墩墻間梁板底模采用扣件式滿堂腳手架支撐，梁板底立桿支撐方式采用可調托座形式。腳手架鋼管采用φ48＊3.5鋼管，腳手架步距1.5m，有梁板段跨距0.4m，無梁板段跨距0.8m，腳手架設置縱向、水平向剪刀撐，每一閘孔內滿堂支撐架均在支架四周與側模圍檁進行對稱連接，進一步提升了整個支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性和剛度。

4.2 模板支撐系統(tǒng)驗算

各部位模板支撐系統(tǒng)均按照要求對強度、剛度、穩(wěn)定性等進行復核驗算，確保安全性。墩墻側模主要復核模板（面板）、次楞、主楞等抗彎強度、剛度及對拉螺桿軸向拉力，梁板底模主要復核模板（面板）、次楞、主楞、水平鋼管等抗彎強度、剛度、抗剪強度、支座反力及扣件抗滑、可調托座支座反力、立桿穩(wěn)定性等。

以閘室中墩對拉螺栓強度驗算為例，如表1。

表1 間室中墩荷載組合計算表

S承＝γ0×(1.3G4k+γL×1.5Q4k)=1.35×(1.3×29.64+1.4×1.5×2)＝57.69kN/m2；

采用M16對拉螺栓，軸向拉力設計值Ntb=24.5KN；

對拉螺栓橫向驗算間距m ＝max[610，610/2+80]＝610mm；

對拉螺栓豎向驗算間距n ＝max[610，610/2+80]＝610mm；

N＝0.95mnS承＝0.95×0.61×0.61×57.69＝20.393kN≤Ntb＝24.5kN；

則對拉螺栓滿足抗拉要求。

5.清水混凝土觀感質量控制措施

為確保墩墻的觀感質量，對清水混凝土模板拼縫進行精心設計，保證橫豎禪縫通順一致，同時對拉螺栓全部按61cm×61cm的間距進行設計，將對拉螺栓孔進行封堵處理后，形成的修補孔排列規(guī)則對清水混凝土面起到了很好的裝飾效果[2]。

模板在施工前按部位進行編號，墩墻側模先按模板拼縫圖在硬化平臺上將模板按編號拼裝成大塊模板，相連模板間貼專用雙面膠防止漏漿，拼接時對齊固定好，不留錯臺，大塊模板檢查合格并清理干凈木屑、污物后，吊裝就位，側模底部再抹一層高標號砂漿進行密封，防止?jié)仓r底部漏漿。模板安裝過程中結合木枋、鋼管等對模板安裝水平與垂直方向進行加固，拉通線、線墜進行校核，隨時校正、加固，模板安裝到頂部時，各支撐、螺栓必須調整好，保證上口不變形、不移位。

圖3 間室中墩模板分縫圖

6.混凝土澆筑過程控制措施

6.1 砼初凝時間控制措施

經(jīng)過計算混凝土從攪拌站發(fā)料到一層澆筑完成的時間約3h，取1.5-2倍作為砼初凝時間（約4.5-6h），針對澆筑時氣候條件開展試配工作，通過調整外加劑摻量精確控制砼初凝時間。

6.2 混凝土入倉沖擊力控制措施

閘墩澆筑時采用串桶下料，降低混凝土的自由落體高度，每道墩墻根據(jù)混凝土的流動性情況布設串桶，沿長度方向各掛設3排串筒。因倉內鋼筋、對拉螺栓、加固鋼筋等布置的非常密集，串桶必須輕便、移動安裝容易，單節(jié)管筒直徑上大下小，成截頭圓錐體狀，高約1m，彼此用掛鉤連接接長，串筒底始終保持與新澆混凝土面1m左右。

6.3 吊模部位防側冒控制措施

吊模部位因兩側結構有高差，混凝土澆筑時有壓力差，在吊模洞口提前覆蓋鋼絲網(wǎng)，減緩混凝土側冒的側壓力，鋼絲網(wǎng)安放時間不可過早，防止生銹后破裂無用；同時在澆筑至吊模部位時，可在低處結構澆筑完成后間隔15～20分鐘（混凝土初凝前）待混凝土上升部分強度后再繼續(xù)向上澆筑；對于部分吊模洞口較大的牛腿部位，可在澆筑到牛腿位置時，優(yōu)先澆筑牛腿，再澆筑墩墻，并對已澆牛腿頂面進行模板封閉，防止砼上冒。

6.4 混凝土澆筑速度控制措施

根據(jù)驗算對拉螺栓的最大拉力值，反算混凝土最大澆筑速度V=(G4k/0.22γct0β1β2)2=0.955m。墩墻混凝土澆筑按分層上升，澆筑速度保持均勻，每層厚度控制在0.5m～0.955m之間。

為更好的控制分層厚度，墩墻澆筑分層以水平對拉螺桿為分層標志線，第一層澆筑厚度為0.915m，其余每層澆筑厚度為0.61m，根據(jù)分層厚度提前計算好每層澆筑方量，澆筑期間與攪拌站溝通好發(fā)料速度。隨著澆筑上升，可按情況適當延長每層澆筑時間，保證砼新澆層下第二層至第三層砼初凝，上升部分強度，減少砼對模板的側壓力，保證模板系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，澆筑時可由工人插入振搗棒確認下層初凝情況。

7.混凝土溫控、養(yǎng)護措施

針對該項目靠近海邊以及大體積砼的施工特點，聯(lián)合砼供應商進行混凝土配合比的優(yōu)化設計，在滿足設計強度、抗?jié)B要求前提下，減少水泥用量，以減少砼水化熱。

閘室墩墻冷卻水管采用φ48鋼管，管壁厚2.0mm，為確保冷卻效果，單段冷卻水管控制長度不超200m，布置間距不超1.2m。根據(jù)溫度監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)，控制冷卻水的開關及流量，做好外部養(yǎng)護保溫工作，控制好混凝土內外溫差，減少溫度裂縫的出現(xiàn)。當溫度急劇升高或內外溫差接近25攝氏度時，及時開啟冷卻水，并加大流量；當溫度趨于平緩并逐步下降時，縮短冷卻水開啟時間，同時減小流量。

在混凝土頂面覆蓋塑料薄膜保濕、土工布保溫，控制混凝土表面降溫速率。在墩墻側面木模外包裹遮陽布，并適當延長側模拆除時間，考慮到模板拆除時間過晚會導致模板顏色浸入混凝土，在澆筑3天內將加固模板的螺桿松掉，木枋、鋼管拆除；7天后開始依次拆除側模及割除螺桿，割除螺桿時預留最外排螺桿掛土工布將露出的混凝土表面覆蓋，并灑水進行養(yǎng)護，盡可能延長養(yǎng)護時間以保證混凝土早期水化質量。

8.結語

一次澆筑成型不僅縮短了工期，而且一次成型的清水混凝土表面，通體無一水平施工縫，表面光滑平順，整體線型規(guī)整，曲面與平面銜接平順，在同一視覺空間內，混凝土橫豎禪縫及表面顏色一致，色澤均勻。大體積混凝土墩墻結構一次澆筑成型施工技術的應用大大提升了工程整體效率與質量，在大中型泵閘類工程中具有較廣闊的應用前景。