浅述三级航道悬臂墙结构闸室主体结构施工技术研究

2021-03-07张锐

家园·建筑与设计 2021年18期

张锐

摘要：随着闸室施工工艺与结构新材料与新技术的不断发展，闸室主体施工要求也越来越高，其中闸室主体施工方案是多学科相互交融的复杂工程，要考虑多方面因素，不仅要考虑地基不均匀沉降等结构问题，也要考虑施工质量及安全问题。本文通过施工方法的分析，希望可以进一步丰富闸室主体的施工方案。

关键词：闸室主体;施工方案;方法分析

1.工程总体情况

本工程闸室主要建筑物为2级水工建筑物，采用钢筋砼整体坞式结构，其长230.0m，净宽23.0m。闸室沿纵向设置伸缩缝，共12节，靠上闸首首端部一节长10m，其余11节每节长20m，。从上闸首至下闸首，将闸室依次编为1#-12#底板，分块图见图1.2。伸缩缝设两道止水，一道为水膨胀橡胶止水带，另一道为紫铜片止水，伸缩缝用2cm厚聚乙烯板填充。

闸室墙结构为悬臂墙结构，标准结构段长20m，消力池段长10m。闸室标准段底板顶标高为▽4.33m，底板底标高为▽2.03m;闸室消力池段底板顶标高为▽2.63m，底板底标高为▽0.23m。二期砼采用C30砼，闸室墙、闸顶挡墙和闸室底板采用C25砼;封底采用C15素砼，厚10mm。

闸室与闸首，1#闸室与2#闸室因底板高程不一，底板下超挖部分采用C15砼回填，以防止闸室产生不均匀沉降。

闸室两侧20m结各布置一个浮式系船柱，全构段共22个;1#闸室墙左右两侧共设置10个系船钩;沿闸室墙纵向设置铁爬梯3道;墙顶、边底板、中底板结构段两端需布置沉陷钉，全闸共布置96个，墙面设置钢护木，间距5m，高程为▽8.03～▽16.13，两侧闸室墙后各布置纵横排水软管。

2. 主体结构的施工方法

一个标准节段的施工工艺流程下图所示，具体施工中各节段及各部位流水交叉施工，先浇筑闸室底板砼，然后将闸室墙身砼分两次浇筑，第一次浇筑到地连墙标高以上30cm（标高+9.63m），以方便上部闸室墙模板安装，第二次浇筑到顶。

闸塘开挖时基槽应预留30cm保护层土，在闸室底板浇筑前突击开挖，开挖至设计高程并进行验槽，如发生基底土方超挖，首先对基底土方超挖部分用C15素砼回填，后即用10cm的C15素混凝土封底。

纵向封底砼超出闸室分段施工缝1.5米以避免闸室底板施工缝与封底砼施工缝位于同一平面，在模板、镀锌铁皮止水、砼浇筑设备及人员等条件完备时，人工突击挖除基坑保护层土方，在验槽后迅速安装止水、立模，浇筑封底砼。封底砼采用木模，在模板后方30cm处打设木桩，设置水平横撑及斜撑。在封底范围内，按一定1.5m*2m布设标高点控制封底砼高程，封底砼预留1cm沉降量。砼通过泵管送入基坑中，使用平板式振捣器振实，刮板刮平，终凝后洒水养护。

闸室底板为2.3m厚， 27.8m宽（标准段外侧宽度），230米长，横向沿施工宽缝分为三块，设置的施工宽缝待沉降稳定后浇筑成整体。纵向按设计分为12节，单节长度为19.980m，每节之间设置两道止水。闸室墙边底板和中底板的沉降预留量分别为1.0cm、0.5cm。

2.1底板钢筋制作绑扎

钢筋的制作与存放场地要硬化，钢筋在现场存放时离地15cm以上，用彩条布覆盖。钢筋的级别、种类和直径严格按设计要求采用。钢筋应平直、无局部曲折，钢筋表面应洁净、无损伤或油渍。漆污和铁锈等应在使用前清除干净。带有颗粒状或片状锈的钢筋不得使用。底板底层面筋绑扎设置5cm混凝土垫块，混凝土垫块在厂家统一订购（垫块均有出厂合格证），在架立筋钢管上设置标高控制点，严格控制顶层面筋铺设标高，砼浇筑前对钢筋保护层垫块进行认真检查，砼浇筑时确保垫块不发生松动，以确保混凝土保护层厚度。

钢筋绑扎：采用钢筋绑扎支架进行。竖筋及横向钢筋采用闪光对焊的连接方法。绑扎顺序：绑扎架搭设，绑最上两根横筋，然后将竖筋定位绑好，之后将竖筋与插筋焊绑连接，最后将横筋从上至下依次绑扎。支撑严格按照钢筋网间距排列，伸出的钢筋在安装时与上下层钢筋焊接。

闸室底板高2.3米，架立筋采用Φ4.8x2.5mm无缝钢管，1.8mx1.6米布置。

2.2底板模板安装

底板施工封头模板主要采用竹胶板+方楞+钢管拼装而成，以便于止水的安装。施工宽缝模板用型钢焊制骨架，在骨架上拼装建筑钢模。钢模板表面应平整、光滑、无锈蚀，外表面应涂刷防锈漆，制作时长度和宽度偏差应控制在±2mm以内，表面平整度偏差控制在2mm以内，连接孔眼位置偏差应控制在1mm以内。底板模板采用18mm厚竹胶板，横向支撑采用双拼的Φ48钢管，间距为35cm，竖向采用5*10cm木方作为围囹，竖向围囹间距为25cm，在横向围囹上横向每隔80cm设置一个螺杆孔，用Φ12钢筋跟底板主筋牢固焊接。

2.3底板砼浇筑

砼由拌和站统一集中拌制，砼拌制必须严格按照试验合格的配合比进行，砂石、水泥及外加劑都必须事先经检验合格，并计量准确。砼拌和要搅拌均匀。自全部材料（包括水）装入拌和机起，至开始卸料时止，其连续搅拌的最短时间应符合规定要求。砼搅拌完毕后，应检测拌和物的稠度，且应在搅拌地点和浇筑地点分别取样检测，每一工作班对坍落度至少检查2次，并应作好记录，混凝土塌落度要求为140mm-180mm，试块取样频率为200方/组，考虑到拆模时需要验证砼抗压强度，需要另外增加2组同等条件养护试块。

2.4闸室墙施工

根据本工程的特点，闸室墙采用两次浇筑到顶的施工方案：第一次从底板面浇筑至▽9.63，详见图4.3.1;第二次从▽9.63浇筑到顶，详见图4

闸室墙施工工艺流程图如下：

模板采用自制钢模，组合建筑钢模。自制模板用于临水面，同时，为保证铁爬梯和系船钩预埋件位置准确、固定可靠及砼面的平整光洁，这些位置也采用自制定型钢模。详细模板结构尺寸及验算见闸室墙模板专项方案。

a、结构

自制大面模板按墙面形状分块制作，采用螺栓连接组合拼装，为提高模板的刚度及整体性，在模板的外侧设横向与竖向围囹，在有钢护木的位置模板留有缺口。预埋件钢盒依照尺寸制成钢板盒。

b、安装

闸墙墙身直立段模板施工采用大模板与轨道龙门拼装成的整体式移动模板。模板组拼后吊装在轨道龙门上，轨道龙门下部设牛腿承载钢模自重、调整模板高度。在龙门竖向排架上安装供立模、拆模专用装置，可方便大模板的立模与脱模施工，提高工作效率。由于大部分节段的钢护木、系船钩等预埋件位置相同，所以此模板组拼完成后可连续地用于标准节段闸墙施工。

为了保证墙体砼面的接缝平顺，在此段模板底口位置设一道拉杆螺栓与墙背模板对拉。模板其它位置除安装套管与对拉螺丝外还可利用龙门以短方木及木楔加固模板。根据以往的施工经验，大钢模的强度、刚度和稳定性完全能满足施工要求。

为了防止墙后回填土时闸墙前倾，在立模板时拟将闸墙迎水面模板顶部后倾15mm。

闸室墙背面+6.3m一下采用砖模，且砼浇完成后不拆除，+6.13m以上采用组合建筑钢模，由250×250cm的标准块件拼制而成，竖向加强采用10#槽钢，横向加强采用6mm厚，80mm宽的钢板。横向围囹仍采用10#槽钢，竖向围檩采用双拼20#槽钢，背水面与临水面钢模的围囹位置相对应。固定采用对拉螺栓。

浇筑倒角混凝土时侧压力较小，倒角段容易产生蜂窝、麻面及气泡等砼通病现象。为了尽量减少以上混凝土表面缺陷及增强混凝土密实性，在闸室墙倒角模板中增加了透水模板布。

2.5止水、沉降缝施工

1、防渗止水

a、橡胶止水带：

采购的止水带的规格、型号要同施工图一致。止水带拉伸强度、伸长率、硬度等符合规范规定，接头的连接方法采用冷粘接，粘接剂的技术性能及有关参数报工程师批准后实施，止水带安装视施工部位的具体情况确定采取先装还是后装法，安装误差不大于20mm。砼浇筑时，振捣器不得触及止水带，嵌固止水带的模板应适当推迟拆模。先装法拆模后的裸露止水带应采取保护措施加以保护，以防损坏。

b、镀锌铁皮止水：

镀锌铁皮临时止水在施工场内加工，现场焊接连成一整体后待安装，封底基础土模开挖成型后，测量好临时止水的安装位置，采用竹片桩支撑固定后浇筑封底砼，施工安装必须确保沉降凹槽和封底结构缝吻合。

c、铜片止水

水垂直采用Z-250止水，安装时焊接钢筋上下支撑固定止水铜片，砼浇筑时，振捣器不得触及止水带，嵌固止水带的模板应适当推迟拆模。先装法拆模后的裸露止水带应采取保护措施加以保护，以防损坏，止水铜片连接时不得钉孔连接。

2、沉降缝

沉降缝采用低发泡高压聚乙烯板，施工时根据施工的具体情况再确定采用先贴法还是采用后贴法。先贴采用铁钉固定在模板上，粘贴时，必须保持接触面平整、垂直、紧贴。与止水接触处必须正对止水凹槽，粘贴前，止水凹槽清理干净，灌注沥青，并保证密实，无空隙。

2.6墙后回填及排水施工

闸室墙砼达到设计强度80%后，可以进行墙后回填。墙后土方回填采用挖掘机配合1方自卸汽车运土，履带式推土机复整并碾压密实，紧临建筑物边缘2m范围内回填以蛙式打夯机夯实为主，边角等部位土方回填以手持式柴油打夯机夯实为主。回填前先对不同的回填土料分别进行碾压试验，确定压实的厚度、松铺厚度、碾压遍数及最佳含水量，成果报请批准后进行。闸室墙后回填土应分层夯实，层厚不大于30cm，回填土的干容重不得小于15.3KN/m3，且压实度不小于90%（轻型击实）。

在铺设Ф100mm软式排水管前，回填土应先回填至墙后排水管顶面处，夯实待土体稳定后，再开挖铺设软式排水管，施工时应注意在墙身埋设挂钩，以便将排水管固定在墙上，同时不得使用压弯、压折、压裂的软式排水管。纵向软式排水管和横向软式排水管周围均有菱形粗砂包裹。纵横向软式排水管接头时，小直径的管子伸入大直径管道内，并用两道土工布包扎。排水管施工完成后，再继续进行墙后回填土的工序。井筒为预制管节，运至现场安装，井筒墙后控制随填土逐节安装，井管周围的填土采用手动打夯机夯实。安装垂直度符合相关规范。

2.7胸墙施工

⑴模板制作：模板采用自制定型钢模，基本结构与闸室墙模板相同。胸墙临水面模板底部需锚固在闸室墙最顶层的对拉螺栓上，其顶部则与背面模板使用拉杆螺栓及木质内支撑进行对拉、调整、固定;背面模板底部由墙顶预埋钢筋固定。

⑵钢筋绑扎：钢筋需在闸室墙内预埋，施工时需对钢筋除锈;

⑶砼浇筑：混凝土采用水平分层浇筑，由于挡浪板的断面尺寸小，混凝土分层浇筑厚度宜控制在30cm左右，振捣要密实不离析，拆模后洒水养护砼。

2.8施工宽缝封铰及二期砼

当闸室墙墙身浇筑到顶，闸室墙沉降基本稳定后，并满足封铰条件后，方可封铰。封铰条件：

（1）底板浇筑历时大于90d;

（2）閘室墙沉降速率绘制沉降速率曲线。连续10天以后上昼夜平均沉降速率小于0.1mm;

（3）墙后回填土高度达到+9.33m

在同时满足上述条件后，向监理工程师提出申请，经批准后方可进行封缝。

考虑到宽缝处钢筋暴露时间较长，需要刷涂防锈剂，封缝前应首先对先浇混凝土面进行凿毛处理，浇筑前在结合面上涂刷一层水泥浆，封缝采用C30 微膨胀混凝土，混凝土浇筑、振捣方法同底板。

对于浮式系船柱等部位，为了满足安装精度要求，要根据图纸的要求预留二期混凝土。二期混凝土在浇筑前，应详细检查仓内，清理模板、钢筋、预埋件、其他浇筑准备工作等，并作记录，报项目监理检查，经监理工程师同意后方可进行浇筑。与二期混凝土接触的一期混凝土表面应打毛、冲洗干净，使两者牢固结合。二期混凝土浇筑空间一般比较狭窄，卸料、平仓、振捣都比较困难，施工中可采用适当加大坍落度、减小混凝土骨料粒径、采用软轴式振捣器进行振捣等措施。

2.9预埋件施工

闸室内部预埋件主要包括浮式系船柱、系船钩、钢护木、甲种铁爬梯等预埋件。

浮式系船柱：本工程采用150KN系船柱，闸室内部每20米对称布置，共布置22个，浮式系船柱一期和二期砼接触面范围内增设Φ16插筋，横竖向间距为50cm，施工二期砼时专人负责系船柱预埋件安装，避免漏装错装现象。

钢护木：钢护木沿闸室轴线方向每5米布置，其中与上下闸首相邻处按2.5米布置，每根长8.6m，其底标高7.15m，顶标高15.75m，外部钢板与锚筋焊接后安装固定，闸室墙外部钢板采用喷锌防腐处理，厚度为0.14～0.2mm。

闸室中除含有附属结构中的系船钩、铁爬梯、钢护木外，还包括因施工需要而设置的预埋件，预埋件的施工需按以下要求施工：

1、每一个砼构件施工前需详细统计该构件内的预埋件种类及数量并全部制作成形。

2、预埋件的安装作为一个施工程序与其它工序并行考虑安排施工。

3、预埋件的位置采取精确的放样方法确定。对装配精度要求较高的预埋件，放大样制作定型样模，随预埋件一起安装埋设，以保证位置准确。焊接及预埋需符合相关技术规范。

4、预埋件安装完成后要全面檢查位置、数量以及固定的可靠性等。

2.10沉降观测

1、设立沉降观测点

在浇筑底板时根据设计要求，在闸室墙浇筑到顶时移至墙顶。沉陷钉布置在每结构段的两端（墙顶，边底板、中底板均需布设），其中每段底板设置8枚沉降观测钉，闸室墙4枚。