15 m 高船闸闸室墙一次成型施工关键技术

2021-11-04陈广明尚龙

中国港湾建设 2021年10期

陈广明，尚龙

（1.安徽省引江济淮集团有限公司，安徽合肥 230000；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽芜湖 241000）

1 工程概况

引江济淮是安徽省基础建设“一号工程”[1]，新建东淝河船闸是引江济淮安徽段八大枢纽之一，位于引江济淮入淮河口约2.5 km 处。船闸建设方案和尺度为：利用现有船闸，增建复线船闸，闸室有效尺度280 m ×23 m×5.2 m（长×宽×门槛水深）。

闸室采用钢筋混凝土坞式结构，总长290 m，沿闸室长度方向分为16 个结构段，标准段闸室墙长度18 m，闸首段19 m，闸墙口宽23.2 m，底板顶高程+11.14 m，闸室墙顶高程+27.90 m，单次浇筑方量为1 225 m3。闸墙系船设备主要采用浮式系船柱，两侧共设32 个浮式系船柱[2]。

2 施工难点

1）船闸闸室墙采用一次浇筑成型工艺，闸室墙钢筋设计时，仅考虑内外两侧网状结构满足正常通水运营要求，15.11 m 高钢筋一次绑扎成型施工风险大、技术难度高。

2）单个闸室墙标准段长18 m、高15.11 m、底宽2.5 m、顶宽1.2 m，其抗裂控制是重点。

3）采用移动模架 + 高大模板工艺一次成型15 m 高闸室墙，模架安拆、大模板设计与安装、混凝土布料和振捣、墙身平整度控制等，均是船闸闸室墙一次成型的难点[3]。

4）针对以往采用二期混凝土进行闸室墙浮式系船柱施工工艺，采用与闸室墙同步实施工艺，其中浮式系船柱模板设计、轨道垂直度精准控制等是该方法的重点。

3 总体施工方案

船闸基坑开挖至设计标高后，进行验槽并浇筑垫层，逐段浇筑底板，底板完成3～5 段即进行闸室墙倒角施工，同步浇筑15 cm 闸室墙墙身。

倒角完成1～2 段后，开始进行闸室墙钢筋的安装，闸室墙钢筋安装采用设置内置支撑架、分节接高的方法进行；同时进行闸室墙移动模架和大模板安装；最后采用模架系统定位模板，安装穿墙拉杆、模架撑杆等，完成后采用对称分层泵送工艺浇筑闸室墙混凝土。

4 施工关键技术

4.1 闸室墙钢筋安装

船闸闸室墙钢筋迎水面为单层钢筋，竖向筋φ20、水平筋 φ12，两者形成 100 mm×150 mm 的钢筋网；迎土侧钢筋底部2.4 m 范围内为双层钢筋，竖向主筋为φ28，水平筋φ12。闸室墙一次浇筑施工，钢筋须一次性绑扎成型。闸室墙两侧钢筋高度约15 m，通过整体稳定验算，确定钢筋安装骨架间距、数量。

通过建模计算，钢筋在承受风荷载作用下最大应力为 238 MPa<360 MPa（GB 50017—2017《钢结构设计标准》第4.4.1 节），标准组合作用下最大水平位移为31 mm<30 000/400=75 mm。在设置钢筋骨架后，应力及变形均满足规范要求。

1）钢筋骨架设置

钢筋安装骨架拟采用HRB400φ25 的螺纹钢，单侧闸室墙钢筋安装骨架每1.13 m 布置1 道，左右两侧各布置7 道，共14 道，每道钢筋安装骨架横杆共8 根，步距1.8 m，斜撑共16 根，平均长度2.45 m，立杆共2 根，平均长度15.28 m。

2）钢筋安装

制作骨架→安装骨架→搭设钢筋绑扎平台→依次绑扎竖向、水平钢筋。钢筋安装骨架片在现场焊接制作，吊车安装。骨架片之间横向连接焊接完成后，在骨架横向钢筋上铺设5 cm 厚木板作为钢筋绑扎操作平台。

4.2 移动模架和高大模板设计与安装

1）移动模架设计

模架为电动自行式，长33 m，宽18.65 m，高24.71 m，配置4 台行走电机。主梁为三主梁贝雷架结构。支腿为箱型结构，采用单排三列刚支腿设计。行车两侧支腿共计6 条，对称布置，支腿之间通过框架连接，行车顶部设有32 t 电动单梁起重机共计8 台，如图1 所示。

图1 闸室墙施工用移动模架Fig.1 Movable formwork for gate chamber wall construction

经整体ANSYS 软件建模，移动模架在最不利工况即在模板打开单边起吊模板，吊梁在设计位置承受模板竖向荷载，并承受运动过程中起制动冲击荷载，计算台车架系统的受力和变形。根据计算结果，立柱最大应力σmax=132 MPa

2）移动模架安装

模架的总体安装顺序是轨道安装→支腿地面组装→支腿吊装并固定→横梁三道主梁分次吊装→纵梁安装并与支腿或横梁固定→安装单梁起重机→机电系统安装→调试并试运行。

3）闸室墙大模板设计与安装

闸室墙身迎水面、临土面模板均采用定型整体钢模，面板厚度5 mm，横肋为[10 槽钢，间距为300 mm，模板竖向背肋为双[16b 槽钢组焊结构，间距为900 mm。为进一步提高大模板整体刚度，保证浇筑混凝土面的平整度，经复核计算，迎水侧模板支撑横梁设置为双[30b 槽钢组焊结构，间距为1 500 mm。

模板安装先在拼装台座上安装成6 块，检测其平整度，合格后再进行整体吊装，模板安装工艺流程为：先拼上层模板→利用模架系统吊至顶部→拼装中层模板→螺栓连接上、中层模板→起吊至顶部→拼装下层模板→螺栓连接中、下层模板→检查整体平整度→安装完成[4]。

4.3 浮式系船柱施工

闸室墙浮式系船柱施工的常规工艺为二次浇筑，为提升质量与安全，结合船闸闸室墙移动模架带大模板施工工艺，考虑浮式系船柱轨道结构尺寸，加工专用定型钢模，与闸室墙模板形成整体，在闸室墙混凝土浇筑时，同步浇筑浮式系船柱位置混凝土。

浮式系船柱轨道先在地面焊接成整体，精度满足要求后，吊装至设计位置，按设计间距焊接锚筋。然后连接轨道钢板劲板与闸室墙钢筋骨架，再安装定型钢模。吊装时活动连杆收缩，可使模板内净尺寸减小，有利于模板在轨道间的安装与拆除。

闸室墙身整体大模板就位后，浮式系船柱轨道内模与墙身迎水侧大模板通过螺栓连接，背面模板与闸室墙迎土侧采用对拉螺杆，最后完成混凝土浇筑。

闸室墙拆模后，除检查浮式系船柱轨道垂直度、净空尺寸等，另制作1∶1 专用检测模具进行试通，如图2 所示，确保后期浮式系船柱运行顺畅。拆模后对32 道整体浇筑的浮式系船柱预埋轨道进行试通检测，均能顺利通过。

图2 浮式系船柱轨道安装与检测Fig.2 Installation and inspection of floating bollard track

4.4 闸室墙混凝土施工

闸室墙混凝土采用移动模架+大模板一次成型工艺，需在工艺上解决3 方面的问题：1）闸室墙纵向长度长（最长为19 m）、底宽2.5 m，面积大，裂缝控制是关键[5]；2）闸室墙浇筑高度15.11 m，混凝土的顺利入模和振捣，是保证混凝土实体质量的关键；3）混凝土大面平整度控制。

1）裂缝预控

针对闸室墙结构，除常规大体积混凝土温度应力场计算外，应优化其冷却水管布置和测温系统监控[6]，冷却水管采用φ32 mm PE 管。结合闸室墙结构尺寸，根据大体积混凝土冷却水管布置相关规范要求确定，倒角向上0～5 m 范围内布置2 层冷却水管，5～10 m 范围内布置1 层冷却水管，管道间距1.4 m，距离混凝土表面0.7 m，S 形布置，具体如图3 所示。

图3 闸室墙冷却水管布置图Fig.3 Layout of cooling water pipe in lock chamber wall

冷凝水管进出口采用双向止水阀控制，可实现出水与进水实时转换，保证冷却水管通水均匀，且冷热水及时调控。接头处采用热熔焊接。相对于钢管，线形布置较为灵活，减少直弯接头，密封性较好，且安装方便。

为实时掌握混凝土内部升降温情况，采用GPS 传输无线温度传感器和无线温度采集器，测温信号3 min 自动报数1 次。

从16 段闸室墙实施效果看，裂缝显著减少，目前闸室墙墙后回填土已填筑10 m 高，墙身未出现渗水。

2）混凝土浇筑

闸室墙混凝土强度为C25，配合比为水泥∶碎石∶砂∶粉煤灰∶水∶抗裂剂∶减水剂 = 235∶1 178∶722∶105∶160∶27.2∶4.08，抗渗等级 P4，2 台汽车泵对称布料分层浇筑（如图4 所示），浇筑高度15.11 m，层厚30～40 cm，高差不超过1 m。

图4 闸室墙混凝土浇筑Fig.4 Concrete pouring of lock chamber wall

混凝土浇筑从试拌、布料口设置、振捣人员分工、浇筑速度控制、混凝土试块制作、浇筑过程模板及模架位移监测等进行全过程安全质量控制[7]。

混凝土布料高15 m、长18 m，布料设置需充分考虑混凝土不离析和扩展度要求，单侧设置6个布料口，布料口采用φ200 mmPVC 管+布袋软管的形式，浇筑过程中实时调节软管长度，保证混凝土自由下落高度不大于2 m，软管确保了混凝土不离析。

振捣时，以架立筋铺木跳板作为振捣平台。根据计算，浇筑速度不得大于0.7 m/h，过程中做好记录，以控制浇筑速度及两侧闸室墙混凝土高差不超过1 m。

开始浇筑时，间隔2 h 制作混凝土试块，以进一步确定混凝土的初凝时间，进而控制混凝土浇筑速度，保证浇筑安全。

闸室墙拆模后，即开始进行内外拉杆孔封堵，封堵采用孔内填塞遇水膨胀止水条+微膨胀水泥砂浆，迎水面用抹子抹平，迎土面孔口再粘贴150 mm×150 mmSBS 防水板材。

3）闸室墙大面平整度控制

针对这种高耸、大面结构物，需控制其浇筑成型的平整度。首先针对移动模架结构，在保证自身刚度和强度要求外，设计时应考虑混凝土浇筑工况，确保浇筑过程中，模板挤压模架不产生位移；其二是模板自身刚度要求，应充分考虑模板长度和高度方向自身平整度的控制，减少因模板拆装而造成的变形[8]；其三是模板与移动模架的连接，模板顶口与移动模架采用软连接，方便模板调整和拆除，模板侧面与模架外侧支腿通过丝杠连接（刚性连接），控制模板的变形和位移，保证大面模板的整体性。

从16 段闸室墙拆模后的检测情况来看，结构尺寸标高偏差0.9～1.2 cm，对角线偏差为+2.5 cm、+3.2 cm；浮式系船柱倾斜度1～15 mm≤H/1 000，墙身平整度为4～8 mm≤10 mm，顶部2～4 mm≤6 mm，段长偏差+3～+8 mm；保护层设计值50 mm，允许偏差（-5，+15），检测640 个点，合格数589，合格率92%，均符合规范及图纸要求。