超長閘室底板設計與施工

吳 昊

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司 江蘇淮安 223005）

1 引言

連云港市義澤河閘作為鹽東控制樞紐的重要建筑物之一，主要有擋潮御鹵、防洪、排澇降漬、蓄淡灌溉和通航等作用。閘室為開敞式平底板結構，共3孔，邊孔每孔凈寬10.0m，中孔凈寬 16.0m，閘孔總凈寬 36.0m，底板順水流方向長 17.0m，垂直水流方向總寬 41.4m。閘室兩側回填土高度超過 8m，邊荷載很大，如將底板垂直水流向從兩中墩處分為三塊，邊跨底板因受兩側土壓力作用，將對中跨產生很大的水平擠壓力，容易對結構產生破壞，需采取復雜的工程措施以消除影響。諸如邊墩兩側設置空箱岸墻以減少邊荷載，縫墩間設置頂塊等措施，造價較高且施工繁瑣?？紤]到義澤河閘閘室底板處為黏土夾粉質黏土，地基情況較好，設計中考慮采用整底板結構以簡化施工工藝，減少工程投資。

2 設計措施

設計過程中主要通過三項措施來保證底板的結構可靠、經濟可行和易于實施。

2.1 利用框架結構模式減小底板厚度和內力

義澤河閘底板結構如按開敞式閘室結構設計，底板厚度按 2.5m設計，底板最大彎矩出現在跨中，超過3000kN·m，將無法按正常方式配筋。設計過程中，考慮到閘室上游布置1座9.0m寬交通橋，下游布置1座5.0m寬工作橋，如將其和閘墩連接形式設計為固支，使交通橋、工作橋、閘墩、底板形成整體框架結構，并適當增加交通橋和工作橋剛度，可使閘室底板厚度和跨中彎矩大大降低。經過計算，閘室底板厚度為2.2m，跨中彎矩減少至2310kN·m。通過結構形式的優化，減小了底板的厚度，有效地減少了大體積混凝土裂縫數量和裂縫寬度。計算模式簡圖見圖1

2.2 底板兩側設后澆帶，減小兩側邊荷載影響

義澤河閘室兩側填土達 8.7m，根據有限元計算理論，將計算結構和土體看成彈性體，邊荷載對跨中彎矩的影響很大。如能有效地降低邊荷載，將直接減小底板的彎矩。設計過程中考慮在兩側邊跨各設置一個后澆帶。根據相關工程經驗，待底板施工結束30天后，兩側填土達到1.5m左右，多變跨進行沉降觀測。當連續3個10天沉降量都不超過1mm時，可進行后澆帶的封鉸。由于國內規范無相關規定，且土體的后期變形亦存在一定的不確定性，在有限元計算過程中很難具體地確定后澆帶對邊荷載的影響程度，保守起見，內力計算過程中未考慮后澆帶對邊荷載和底板內力的影響，僅作為結構設計的安全儲備。設計中通過后澆帶將底板整塊混凝土化為 3個澆筑單元，有利于大體積混凝土的散熱，減少因水化熱產生的溫度裂縫。后澆帶設置部位見圖2。

圖1 底板內力計算簡圖

圖2 后澆帶設置部位簡圖

2.3 設置預應力鋼筋滿足混凝土抗裂要求

根據內力計算結果，閘室底板跨中彎矩為2310kN·m。按受彎構件計算，底板跨中面層鋼筋應配置B25@100受拉鋼筋，按裂縫寬度要求，應配置單層 B25@75受拉鋼筋或雙層 B25@150受拉鋼筋，在底板面側鋼筋配置過于致密，鋼筋用量太大且很難進行混凝土振搗密實。設計中考慮將底板面層鋼筋設置為兩層，外層配置一層B25@100受拉鋼筋，主要為結構受力鋼筋；內層配置一層預應力鋼筋，主要為結構抗裂鋼筋。通過計算內層設置的預應力鋼筋采用 1×7-12.7-1860-GB/T5224—2003低松馳鋼絞線，為3股 A12.7@60。減少了鋼筋的用量，有效地解決了底板抗裂問題。底板鋼筋配置見圖3。

3 施工措施

圖3 底板鋼筋布置圖

閘室底板被后澆帶分為三個施工單元，其中中間一塊底板，平面尺寸為24m×17m，底板厚度為2.2m，計算最大澆筑面積約408m2，混凝土澆筑量約970 m3，為混凝土施工中一次澆筑面積最大的部位。澆筑過程中應充分關注因水化熱產生的溫度裂縫。要防止底板結構澆筑后產生裂縫，就要降低混凝土的溫度應力，必須減少澆筑后混凝土的內外溫差，溫差不宜超過 25℃。工程施工前，設計單位、施工單位聯合相關部門經過協商，制定了3種主要的溫度控制措施。

3.1 合理選擇原材料，優化混凝土配合比

3.1.1 合理選擇原材料

選擇級配良好的骨料，嚴格控制砂、石含泥量，黃砂細度模數2.6～2.7，含泥量≤3%；碎石級配5～31.5mm與5～16mm，含泥量≤1%。添加 SBTJMR-10（緩凝、泵送）混凝土高效減水劑，減少用水量，降低水化熱。在混凝土中添加粉煤灰、礦渣微粉，減少水泥用量，降低水化熱，改善混凝土的和易性。

3.1.2 優化混凝土配合比

委托相關混凝土生產企業進行混凝土的配合比實驗，水∶（水泥+粉煤灰+礦粉）∶碎石∶砂∶泵送劑=0.5∶(0.66+0.15+0.19)∶3.45∶2.3∶0.016，水灰比0.5，砂率40%，坍落度140±20mm，初凝時間4h。

3.2 預埋降溫和測溫管道

利用后張法預應力鋼筋的波紋管道通水進行水冷,有效地降低混凝土內部溫度，在混凝土內部設置測溫管道，監測混凝土內部溫度變化。澆筑過程中利用井水通過波紋管對混凝土內部進行冷卻，有效地降低了混凝土內部溫度。經過檢測，內部最高溫度為45℃。

3.3 混凝土表面養護及保溫

混凝土澆筑選擇在白天進行，平均氣溫20～25℃，在混凝土表面覆蓋塑料薄膜、土工布、草簾并灑水進行養護、保溫，使混凝土在一定時間內保持濕潤。通過實時監控，混凝土內、外最大溫差為17.5℃，遠低于25℃。

4 效果及評價

義澤河閘閘室底板的設計中，通過框架結構模式的選取、后澆帶的設置、預應力鋼筋的使用，保證底板的結構可靠、經濟可行和易于實施。底板施工過程中通過合理選擇原材料，優化混凝土配合比，預埋降溫和測溫管道，混凝土養護及保溫，成功地控制了大體積混凝土的水化熱，降低了混凝土的內外溫差，減少了混凝土溫度裂縫。底板澆筑至今已有兩年，閘室底板未出現影響結構的溫度裂縫，成功地通過了水下驗收，取得了很好的工程效果。對其他超大水閘底板的設計與施工也有很好的借鑒和參考價值。

5 結語

后澆帶常用于船閘閘首底板的設計，預應力鋼筋的設置常用于交通、建筑工程，水閘工程中很少運用。通過借鑒不同專業領域的設計方式和施工方法，成功地突破了SL435—2008《水閘設計規范》35m底板長度的限制，收到了很好的工程效果。跨領域的設計和施工方法的有機融合，為今后工程設計和施工提供了很好了思路。

1 關淑萍，張燎軍，王大勝，王海青. 邊荷載對水閘地基沉降與底板內力的影響研究. 水電能源科學, 2006，24（2）：58-60.

2 劉曉平. 預留寬縫施工方法對船閘底板的影響. 長沙交通學院學報, 1996,12（2）：75-80.

3 曹周紅，劉曉平，盧海斌，沈志剛. 溫度應力對塢式船閘底板開裂影響分析. 水運工程, 2006（5）：70-73.