船閘進水口結構懸挑逆作法施工技術

陳秋聲

廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710

1 工程概況

白石窯樞紐船閘工程為北江航道擴能升級工程的重要組成部分，位于廣東省英德市白石窯樞紐左岸，工程內容為新建二線船閘和重建一線船閘。

按照二線船閘施工進度計劃，上閘首和進水口施工為關鍵線路，關系到二線船閘施工進度。上閘首底高程為12.32m，頂高程為43.12m，高29.80m；進水口底高程為19.32m，頂高程為37.82m，高18.50m，結構存在1.2m長的懸挑段。兩者之間建基面高差為7m。根據設計方案，二線船閘采用先上閘首后進水口的施工順序。具體布置如圖1、圖2所示。

圖1 上閘首、進水口縱斷面（高程單位：m；尺寸單位：mm）

圖2 進水口平面示意圖

上閘首和進水口結構施工受到諸多因素的影響，工期滯后。主要影響因素如下：（1）上閘首底板工程量大，存在弧形輸水廊道，施工技術復雜，且廊道底板澆筑完成后需要進行帷幕灌漿，施工時間長；（2）進水口結構復雜多變，左、右進水口共用異型模板，周轉慢、效率低，無法滿足施工進度要求。

為按期保質完成任務，需對施工技術進行創新。目前，上閘首施工技術較為成熟，能滿足施工要求[1]。因此，需改進進水口結構施工技術。進水口懸挑結構一般采用傳統腳手架施工[2-4]，但易影響上閘首施工，交叉作業影響大，存在施工風險。因此，決定通過設計懸挑支撐平臺作為進水口施工平臺，從順作法改為懸挑逆作法施工技術，上閘首與進水口同時施工，從而縮短施工工期。

2 工程地質和水文條件

2.1 工程地質

根據勘察資料，上閘首工區土層依次分布為填卵石土層、粉質黏土層、粉細砂層、卵石土層，巖石層為中風化灰巖。進水口工區土層依次分布為填卵石土層、素填土層、粉質黏土層、卵石土層，巖石層為中風化灰巖。

上閘首建基面位于中風化灰巖層，進水口建基面位于卵石土層或中風化灰巖層，建基面巖石完整性較好，承載力滿足設計要求。

2.2 水文地質

（1）地表水。工區水系屬于北江水系。北江干流徑流年內分配不均，枯水期（10月—次年3月）水量約占全年水量的25%，汛期（4月—9月）水量占全年水量的75%。其中，6月徑流量最大，約占年徑流量的20%；1月徑流量最小，約占年徑流量的3%。常年上游水位約為37.32m。

（2）地下水。工區地下水類型主要為第四系孔隙水。地下水位埋深為2.9～12.1m，地下水位高程為22.8～36.5m。上游地下水位稍高，水位高程為31.12～36.5m；下游地下水位稍低，水位高程為22.8～32.01m。

3 進水口底板懸挑段施工方案

3.1 懸挑支撐平臺設計

根據實際情況，利用已有的材料設計制作懸挑支撐平臺。平臺構件為工字鋼主梁、方鋼橫梁和膠合板施工平面，主梁下部斜撐鋼管，具體結構組成參數如下。

（1）主梁采用20#工字鋼，單根長4m，其中巖面搭設長度為2.3m（需錨固段），懸臂長度為1.7m（懸臂段），按間距1.5m布置，共設置14根主梁。

（2）主梁錨固段采用5道直徑為20mm的鋼筋進行錨固，按間距0.5m布置。

（3）每根主梁懸臂段采用2道直徑為48mm的鋼管進行斜撐加固，按間距1.5m布置；鋼管內穿鋼筋錨固在巖體內。

（4）主梁上部鋪設3道250mm×250mm×6mm的方鋼，按間距50mm布置，方鋼上部滿鋪18mm厚的膠合板。

（5）檢驗合格后，澆筑50cm厚C25進水口墊層混凝土。

3.2 進水口底板懸挑段結構調整

為保證進水口底板懸挑段結構穩定，對底板懸挑段結構進行調整。通過研討，形成兩個方案。方案一：調整進水口底板懸挑區混凝土配筋，增大鋼筋并增加暗梁，增強結構強度及穩定性。方案二：提高底板混凝土標號、保證混凝土強度，使結構穩定。

由于進水口底板混凝土方量達1350m3，通過對比兩個方案的經濟性，決定采用方案一，具體參數如下：加強底板懸挑區縱向4m范圍內的主筋，直徑從20mm加大到25mm，間距按200mm布置；底板懸挑區縱向2m范圍內的主筋增加直徑為12mm的箍筋和水平筋，形成暗梁，暗梁間距按3m布置。

3.3 懸挑支撐平臺上部混凝土澆筑高度確定

進水口體量大，為保證懸挑支撐平臺施工安全，需確定上部混凝土澆筑高度。結合進水口結構特點等因素，擬定懸挑支撐平臺上部混凝土澆筑進水口結構頂部。利用midas Civil有限元軟件計算平臺穩定性[5]。

計算工況：由于進水口存在大量空箱結構，為簡化計算，平臺上部混凝土高度設為10m。

計算參數：混凝土自重荷載為24kN/m3，方鋼每延米自重荷載為0.46kN，工字鋼每延米自重荷載為0.40kN。

結果表明，當進水口結構澆筑至頂標高，平臺方鋼最大應力值為97N/mm2，小于抗彎強度設計值205N/mm2，滿足強度要求；工字鋼最大應力值為224N/mm2，大于抗彎強度設計值205N/mm2，結構可能發生破壞，影響施工安全，需再計算平臺上部混凝土最大澆筑高度。

再次計算上部混凝土澆筑高度，計算工況：平臺上部混凝土澆筑至7.3m。計算參數不變。

結果表明，當平臺上部混凝土澆筑高度為7.3m時，工字鋼最大應力值為204N/mm2，小于工字鋼抗彎強度205N/mm2，滿足施工安全要求。因此，平臺上部混凝土澆筑高度為7.3m。

3.4 進水口結構懸挑段施工要點

（1）清理進水口建基面。

（2）工字鋼主梁鋪設在基巖上，工字鋼采用20mm直徑的鋼筋進行錨固；安裝完成后，主梁底部利用鋼管斜撐加固，斜鋼管內穿入直徑為20mm的鋼筋，錨入側面巖體。

（3）工字鋼主梁、斜撐經檢驗合格后，澆筑進水口結構50cm厚C25墊層混凝土。

（4）墊層混凝土終凝后，鋪設工字鋼上部方鋼及膠合板，形成懸挑支撐平臺。

（5）進水口底板鋼筋板扎，立鋼模。模板利用吊機和塔吊安裝，安裝前清理及刷涂脫模劑。

（6）進水口2m厚底板分兩倉澆筑，首倉澆筑高度為1.5m，第二倉澆筑高度為0.5m。混凝土采取天泵+布料機組合澆筑，采用直徑100mm的振動棒充分振搗。混凝土澆筑完畢12h后，覆蓋土工布灑水養護。

（7）底板混凝土滿足強度要求后，安裝上部混凝土模板。剩余5.3m厚混凝土分兩倉澆筑，首倉澆筑高度為3m，第二倉澆筑高度為2.3m。混凝土澆筑、振搗和養護同步驟（6）一致。

（8）平臺上部混凝土達到強度后，上閘首澆筑至進水口建基面。當平臺底部灌入混凝土后，拆除平臺，切除工字鋼懸挑部分，回收方鋼。

4 結束語

白石窯樞紐二線船閘上閘首、進水口結構工期緊，環境復雜，按照常規的先上閘首后進水口的施工順序無法滿足施工工期要求。通過設計進水口結構懸挑支撐平臺，調整施工順序，利用懸挑逆作法施工技術，提前進行進水口結構施工，實現上閘首和進水口同時施工，解決了工期緊等問題，使現場施工進度滿足計劃要求。同時，懸挑支撐平臺就地取材，施工任務完成后，部分鋼材可回收重復利用，節約環保。因此，該技術在類似船閘工程中值得推廣和應用。