15 m 高船閘閘室墻一次成型施工關鍵技術

陳廣明，尚龍

（1.安徽省引江濟淮集團有限公司，安徽 合肥 230000；2.中交二航局第四工程有限公司，安徽 蕪湖 241000）

1 工程概況

引江濟淮是安徽省基礎建設“一號工程”[1]，新建東淝河船閘是引江濟淮安徽段八大樞紐之一，位于引江濟淮入淮河口約2.5 km 處。船閘建設方案和尺度為：利用現(xiàn)有船閘，增建復線船閘，閘室有效尺度280 m ×23 m×5.2 m（長×寬×門檻水深）。

閘室采用鋼筋混凝土塢式結構，總長290 m，沿閘室長度方向分為16 個結構段，標準段閘室墻長度18 m，閘首段19 m，閘墻口寬23.2 m，底板頂高程+11.14 m，閘室墻頂高程+27.90 m，單次澆筑方量為1 225 m3。閘墻系船設備主要采用浮式系船柱，兩側共設32 個浮式系船柱[2]。

2 施工難點

1）船閘閘室墻采用一次澆筑成型工藝，閘室墻鋼筋設計時，僅考慮內外兩側網(wǎng)狀結構滿足正常通水運營要求，15.11 m 高鋼筋一次綁扎成型施工風險大、技術難度高。

2） 單個閘室墻標準段長18 m、高15.11 m、底寬2.5 m、頂寬1.2 m，其抗裂控制是重點。

3）采用移動模架 + 高大模板工藝一次成型15 m 高閘室墻，模架安拆、大模板設計與安裝、混凝土布料和振搗、墻身平整度控制等，均是船閘閘室墻一次成型的難點[3]。

4）針對以往采用二期混凝土進行閘室墻浮式系船柱施工工藝，采用與閘室墻同步實施工藝，其中浮式系船柱模板設計、軌道垂直度精準控制等是該方法的重點。

3 總體施工方案

船閘基坑開挖至設計標高后，進行驗槽并澆筑墊層，逐段澆筑底板，底板完成3～5 段即進行閘室墻倒角施工，同步澆筑15 cm 閘室墻墻身。

倒角完成1～2 段后，開始進行閘室墻鋼筋的安裝，閘室墻鋼筋安裝采用設置內置支撐架、分節(jié)接高的方法進行；同時進行閘室墻移動模架和大模板安裝；最后采用模架系統(tǒng)定位模板，安裝穿墻拉桿、模架撐桿等，完成后采用對稱分層泵送工藝澆筑閘室墻混凝土。

4 施工關鍵技術

4.1 閘室墻鋼筋安裝

船閘閘室墻鋼筋迎水面為單層鋼筋，豎向筋φ20、水平筋 φ12，兩者形成 100 mm×150 mm 的鋼筋網(wǎng)；迎土側鋼筋底部2.4 m 范圍內為雙層鋼筋，豎向主筋為φ28，水平筋φ12。閘室墻一次澆筑施工，鋼筋須一次性綁扎成型。閘室墻兩側鋼筋高度約15 m，通過整體穩(wěn)定驗算，確定鋼筋安裝骨架間距、數(shù)量。

通過建模計算，鋼筋在承受風荷載作用下最大應力為 238 MPa<360 MPa（GB 50017—2017《鋼結構設計標準》第4.4.1 節(jié)），標準組合作用下最大水平位移為31 mm<30 000/400=75 mm。在設置鋼筋骨架后，應力及變形均滿足規(guī)范要求。

1）鋼筋骨架設置

鋼筋安裝骨架擬采用HRB400φ25 的螺紋鋼，單側閘室墻鋼筋安裝骨架每1.13 m 布置1 道，左右兩側各布置7 道，共14 道，每道鋼筋安裝骨架橫桿共8 根，步距1.8 m，斜撐共16 根，平均長度2.45 m，立桿共2 根，平均長度15.28 m。

2）鋼筋安裝

制作骨架→安裝骨架→搭設鋼筋綁扎平臺→依次綁扎豎向、水平鋼筋。鋼筋安裝骨架片在現(xiàn)場焊接制作，吊車安裝。骨架片之間橫向連接焊接完成后，在骨架橫向鋼筋上鋪設5 cm 厚木板作為鋼筋綁扎操作平臺。

4.2 移動模架和高大模板設計與安裝

1）移動模架設計

模架為電動自行式，長33 m，寬18.65 m，高24.71 m，配置4 臺行走電機。主梁為三主梁貝雷架結構。支腿為箱型結構，采用單排三列剛支腿設計。行車兩側支腿共計6 條，對稱布置，支腿之間通過框架連接，行車頂部設有32 t 電動單梁起重機共計8 臺，如圖1 所示。

圖1 閘室墻施工用移動模架Fig.1 Movable formwork for gate chamber wall construction

經(jīng)整體ANSYS 軟件建模，移動模架在最不利工況即在模板打開單邊起吊模板，吊梁在設計位置承受模板豎向荷載，并承受運動過程中起制動沖擊荷載，計算臺車架系統(tǒng)的受力和變形。根據(jù)計算結果，立柱最大應力σmax=132 MPa

2）移動模架安裝

模架的總體安裝順序是軌道安裝→支腿地面組裝→支腿吊裝并固定→橫梁三道主梁分次吊裝→縱梁安裝并與支腿或橫梁固定→安裝單梁起重機→機電系統(tǒng)安裝→調試并試運行。

3）閘室墻大模板設計與安裝

閘室墻身迎水面、臨土面模板均采用定型整體鋼模，面板厚度5 mm，橫肋為[10 槽鋼，間距為300 mm，模板豎向背肋為雙[16b 槽鋼組焊結構，間距為900 mm。為進一步提高大模板整體剛度，保證澆筑混凝土面的平整度，經(jīng)復核計算，迎水側模板支撐橫梁設置為雙[30b 槽鋼組焊結構，間距為1 500 mm。

模板安裝先在拼裝臺座上安裝成6 塊，檢測其平整度，合格后再進行整體吊裝，模板安裝工藝流程為：先拼上層模板→利用模架系統(tǒng)吊至頂部→拼裝中層模板→螺栓連接上、中層模板→起吊至頂部→拼裝下層模板→螺栓連接中、下層模板→檢查整體平整度→安裝完成[4]。

4.3 浮式系船柱施工

閘室墻浮式系船柱施工的常規(guī)工藝為二次澆筑，為提升質量與安全，結合船閘閘室墻移動模架帶大模板施工工藝，考慮浮式系船柱軌道結構尺寸，加工專用定型鋼模，與閘室墻模板形成整體，在閘室墻混凝土澆筑時，同步澆筑浮式系船柱位置混凝土。

浮式系船柱軌道先在地面焊接成整體，精度滿足要求后，吊裝至設計位置，按設計間距焊接錨筋。然后連接軌道鋼板勁板與閘室墻鋼筋骨架，再安裝定型鋼模。吊裝時活動連桿收縮，可使模板內凈尺寸減小，有利于模板在軌道間的安裝與拆除。

閘室墻身整體大模板就位后，浮式系船柱軌道內模與墻身迎水側大模板通過螺栓連接，背面模板與閘室墻迎土側采用對拉螺桿，最后完成混凝土澆筑。

閘室墻拆模后，除檢查浮式系船柱軌道垂直度、凈空尺寸等，另制作1∶1 專用檢測模具進行試通，如圖2 所示，確保后期浮式系船柱運行順暢。拆模后對32 道整體澆筑的浮式系船柱預埋軌道進行試通檢測，均能順利通過。

圖2 浮式系船柱軌道安裝與檢測Fig.2 Installation and inspection of floating bollard track

4.4 閘室墻混凝土施工

閘室墻混凝土采用移動模架+大模板一次成型工藝，需在工藝上解決3 方面的問題：1）閘室墻縱向長度長（最長為19 m）、底寬2.5 m，面積大，裂縫控制是關鍵[5]；2）閘室墻澆筑高度15.11 m，混凝土的順利入模和振搗，是保證混凝土實體質量的關鍵；3）混凝土大面平整度控制。

1）裂縫預控

針對閘室墻結構，除常規(guī)大體積混凝土溫度應力場計算外，應優(yōu)化其冷卻水管布置和測溫系統(tǒng)監(jiān)控[6]，冷卻水管采用φ32 mm PE 管。結合閘室墻結構尺寸，根據(jù)大體積混凝土冷卻水管布置相關規(guī)范要求確定，倒角向上0～5 m 范圍內布置2 層冷卻水管，5～10 m 范圍內布置1 層冷卻水管，管道間距1.4 m，距離混凝土表面0.7 m，S 形布置，具體如圖3 所示。

圖3 閘室墻冷卻水管布置圖Fig.3 Layout of cooling water pipe in lock chamber wall

冷凝水管進出口采用雙向止水閥控制，可實現(xiàn)出水與進水實時轉換，保證冷卻水管通水均勻，且冷熱水及時調控。接頭處采用熱熔焊接。相對于鋼管，線形布置較為靈活，減少直彎接頭，密封性較好，且安裝方便。

為實時掌握混凝土內部升降溫情況，采用GPS 傳輸無線溫度傳感器和無線溫度采集器，測溫信號3 min 自動報數(shù)1 次。

從16 段閘室墻實施效果看，裂縫顯著減少，目前閘室墻墻后回填土已填筑10 m 高，墻身未出現(xiàn)滲水。

2）混凝土澆筑

閘室墻混凝土強度為C25，配合比為水泥∶碎石∶砂∶粉煤灰∶水∶抗裂劑∶減水劑 = 235∶1 178∶722∶105∶160∶27.2∶4.08，抗?jié)B等級 P4，2 臺汽車泵對稱布料分層澆筑（如圖4 所示），澆筑高度15.11 m，層厚30～40 cm，高差不超過1 m。

圖4 閘室墻混凝土澆筑Fig.4 Concrete pouring of lock chamber wall

混凝土澆筑從試拌、布料口設置、振搗人員分工、澆筑速度控制、混凝土試塊制作、澆筑過程模板及模架位移監(jiān)測等進行全過程安全質量控制[7]。

混凝土布料高15 m、長18 m，布料設置需充分考慮混凝土不離析和擴展度要求，單側設置6個布料口，布料口采用φ200 mmPVC 管+布袋軟管的形式，澆筑過程中實時調節(jié)軟管長度，保證混凝土自由下落高度不大于2 m，軟管確保了混凝土不離析。

振搗時，以架立筋鋪木跳板作為振搗平臺。根據(jù)計算，澆筑速度不得大于0.7 m/h，過程中做好記錄，以控制澆筑速度及兩側閘室墻混凝土高差不超過1 m。

開始澆筑時，間隔2 h 制作混凝土試塊，以進一步確定混凝土的初凝時間，進而控制混凝土澆筑速度，保證澆筑安全。

閘室墻拆模后，即開始進行內外拉桿孔封堵，封堵采用孔內填塞遇水膨脹止水條+微膨脹水泥砂漿，迎水面用抹子抹平，迎土面孔口再粘貼150 mm×150 mmSBS 防水板材。

3）閘室墻大面平整度控制

針對這種高聳、大面結構物，需控制其澆筑成型的平整度。首先針對移動模架結構，在保證自身剛度和強度要求外，設計時應考慮混凝土澆筑工況，確保澆筑過程中，模板擠壓模架不產(chǎn)生位移；其二是模板自身剛度要求，應充分考慮模板長度和高度方向自身平整度的控制，減少因模板拆裝而造成的變形[8]；其三是模板與移動模架的連接，模板頂口與移動模架采用軟連接，方便模板調整和拆除，模板側面與模架外側支腿通過絲杠連接（剛性連接），控制模板的變形和位移，保證大面模板的整體性。

從16 段閘室墻拆模后的檢測情況來看，結構尺寸標高偏差0.9～1.2 cm，對角線偏差為+2.5 cm、+3.2 cm；浮式系船柱傾斜度1～15 mm≤H/1 000，墻身平整度為4～8 mm≤10 mm，頂部2～4 mm≤6 mm，段長偏差+3～+8 mm；保護層設計值50 mm，允許偏差（-5，+15），檢測640 個點，合格數(shù)589，合格率92%，均符合規(guī)范及圖紙要求。

5 結語

引江濟淮東淝河船閘工程，閘室墻從2020 年3 月28 日進行首件施工，至2020 年12 月12 日完成所有16 段閘室墻施工，除去汛期2 個月，有效工作時間僅為190 d 左右，單段閘室墻施工周期僅為11 d，工效提高明顯（如采用翻模工藝16段需要約400 d）。

閘墻采用高大模板及模架支撐體系，浮式系船柱部位采用定型鋼模板與墻身平面模板連接整體澆筑，與以往的二次澆筑工藝相比，保證了浮式系船柱軌道與墻身部位連接的整體性，提高了質量，降低狹小工作面、高空作業(yè)的風險，提高工效。

通過項目的研究與實踐，提出一種安全優(yōu)質高效的15 m 高閘室墻一次澆筑成型工藝，克服了傳統(tǒng)工藝的一些弊端，提升閘室墻結構物品質，滲水通道顯著減少，對類似船閘閘室墻施工具有普適性。