白石窯樞紐船閘變曲面輸水廊道模板設計及施工

徐文兵,呂 凱,李小鵬

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523000)

閘室是船閘的重要組成部分之一，其澆筑質量、防滲效果的好壞將直接影響船閘功能的實現[1-2]。因此，閘室輸水廊道的施工技術是否先進，將直接影響到船閘的質量、安全和進度。近年來國內專家對廊道施工技術研究也越來越多[3-10]，可見船閘閘室輸水廊道整體移動模板系統的施工工藝研究，對船閘施工十分重要[11-12]。

1 工程概況

北江(曲江烏石至三水河口)航道擴能升級工程白石窯樞紐船閘工程位于清遠市英德白石窯水電樞紐左岸，屬英德望埠鎮，右岸屬英德英紅鎮，上游通往韶關，下游流向遠。

本船閘工程分為新建二線船閘及重建一線船閘。新建二線船閘及重建一線船閘工程為白石窯樞紐的改、擴建工程，白石窯航電樞紐工程等別為二等，本船閘屬Ⅲ級船閘，船閘上、下閘首及閘室均為2級建筑物，上、下游導航墻及靠船墩為3級建筑物，臨時建筑物為4級。新建白石窯二線船閘與一線船閘同位于左岸布置，二線船閘有效尺度采用220 m×23 m×4.5 m，拆除重建白石窯一線船閘有效尺度采用140 m×23 m×4.5 m，一、二線船閘上下游均共用引航道方案(見圖1)。

圖1 白石窯樞紐船閘工程一期輸水系統立面布置示意

本船閘工程主要水工建筑物有閘首、閘室、導航墻、靠船墩、隔流堤及護坡等，一線船閘閘室輸水廊道標準段為2#～7#閘室，尺寸為3 000 mm×4 000 mm；二線船閘閘室輸水廊道標準段為2#～11#閘室，尺寸為3 500 mm×4 800 mm(見圖2)。白石窯船閘受前期不利因素影響,廊道施工作業時間短,任務重,如何加快廊道結構施工尤為關鍵。因此在保證質量、施工安全的情況下,需要加快輸水廊道施工進度,縮短主體工程的施工時間,盡快實現船閘通航目標,發揮社會效應,是本工程的一個重點及難點。

圖2 一線船閘廊道橫剖面示意(單位：高程m，尺寸mm)

2 施工工藝

常見的水閘輸水廊道施工方法一般分為兩種：一是頂板與側墻同時澆筑；二是頂板與側墻分開澆筑[9]。

輸水廊道是船閘結構的重要組成部分,其斷面尺寸較大,質量要求高。傳統廊道施工工藝,雖然可以滿足廊道施工的要求。但支架搭設需要投入大量的材料,周轉效率低,同時拆除需要花費大量時間與人力,整體工效低;易對混凝土外觀、抗滲造成不利影響。

為此在廣泛調研和總結國內外各類型廊道施工經驗的基礎上提出了輸水廊道移動式模板支架系統，在廊道底板澆筑前就開始制作,對比滿堂支撐架法搭設簡單且只需安裝和拆除一次。利用船閘主體結構大模板作為側模,按頂模與側模分開設計，使得廊道墻身和頂板可分開施工,解決了傳統的隧洞臺車施工側墻期間同樣占用臺車時間,提高了模板的周轉效率,滿足施工標準段，定制1套模板可施工異形段，加快了施工進度。

3 模板系統設計

3.1 標準段

輸送廊道標準段采用倒角模板+大模板+簡易頂模臺車方式施工。倒角模板高度為800 mm，臺車模板高度為700 cm，與混凝土面搭接100 mm。混凝土澆筑至輸水廊道底板頂高程為16.67 m，安裝倒角模板及大模板，待混凝土澆筑至20.47 m高程，拆除倒角模板及大模板。首次安裝臺車，在輸水廊道內組裝，第二次使用待標準閘室全部澆筑至16.67 m高程后，利用軌道滑移至下一工作面(見圖3)。

圖3 現場標準段施工示意

二線船閘輸水廊道模板安裝見圖4～圖5，一線船閘做法參考二線船閘輸水廊道模板安裝，對簡易頂模進行局部調整，拆頂部500 mm寬度模板，降低支柱高度800 mm可滿足一線船閘施工要求。

圖4 倒角模板及大模板安裝示意(單位：高程m，尺寸mm)

圖5 倒角模板及大模板安裝示意(單位：高程m，尺寸mm)

3.2 異形段

一線船閘閘室輸水廊道異形段位于進水口，上閘首、1#閘室、8#閘室及下閘首，二線船閘閘室輸水廊道異形段位于進水口，上閘首、1#閘室、12#閘室及下閘首。異形段采用定制型組合鋼模板，二線船閘進水口定制1套模板，上閘首定制1套模板，首節閘室及末節閘室定制1套模板共用，下閘首定制1套模板，一線及二線船閘共用。輸水廊道頂部采用滿堂式腳手架搭設，承重排架搭設見圖6～圖7。

圖6 輸水廊道3.5 m×4.8 m異形段模板安裝示意

圖7 輸水廊道3 m×4 m異形段配板圖模板安裝示意

3.3 關鍵部位驗算

對模板面板、托梁等關鍵部位需進行驗算，以標準段為例，通過簡化標準段臺車系統模型，利用計算軟件計算受力情況，荷載：該模型選取鋼材彈性模量為206 000 N/mm2、抗彎強度為205 N/mm2、抗剪強度為125 N/mm2等參數，計算新澆混凝土自重為30 kN/m2、鋼筋自重為1.8 kN/m2，根據規范以2 m/h澆筑混凝土側模壓力F=44 kN/m2，計算結果整體性符合要求。為了更貼近現場情況，保證結果精度，關鍵部位還需采用理論計算進行(見圖8)。

圖8 整體計算模型示意

1) 模板面板計算

模板面板為受彎構件,按三跨連續梁對面板進行驗算其抗彎強度和剛度，間距取30 cm。

荷載計算如下:

q自重= 15.55 kN/m；

q活荷載及設備= 0.5 kN/m；

q=(15.55+0.5)×1.2=19.26 kN/m；

M=0.1ql2=174 240 N·m；

σ=M/W=6.453 N/mm2<[f]=13 N/mm2；

ν=0.677ql4/(100EI)=0.369 mm≤[ν]=l/250=1.2 mm(其中q=q1=15.55 kN/m)。

經計算，鋼模面板強度、剛度滿足施工要求。

2) 托梁材料計算

托梁按照集中荷載作用下的三跨連續梁計算；托梁采用：鋼管(雙鋼管):Ф48×3.5；W=10.16 cm3；I=24.38 cm4。

P取縱向板底支撐傳遞力P集中荷載=5.808 kN;

Mmax= 0.502 kN·m ；

Vmax= 0.128 mm<500/150=3.33mm；

σ=49.406 N/mm2<[f]=205 N/mm2。

托梁的抗壓強度、撓度,滿足要求。

4 模板系統施工

4.1 標準段輸水廊道模板安裝

廊道采用倒角模板+大模板+簡易頂模臺車安裝。先安裝固定好底部倒角模板，再安裝固定大模板，大模板采用斜拉固定。混凝土澆筑至大模板頂后，拆除大模板后再安裝頂模臺車。在輸水廊道底部安裝行走軌道，軌道位置如圖9所示。

圖9 臺車軌道位置示意(單位：mm)

安裝臺車，在軌道安裝完畢后在輸水廊道內進行組裝。組裝過程中先臺車支撐架體及調校，后安裝臺車頂部模板。拼裝完畢后，通過液壓系統頂升臺車至設計高程，后將兩側模板頂開至已澆筑混凝土邊。安裝完畢后臺車如圖10所示。

廊道頂部模板時，先將臺車頂部倒角處模板松動，離開混凝土面2～3 cm(見圖11)，再調節液壓系統下降支撐架體30 cm(見圖12)，即可脫離混凝土面，通過軌道行走移動至下一工作面。

圖12 脫離臺車頂部模板示意

4.2 異形段輸水廊道模板安裝

型鋼模板，側模內楞采用Φ48×3.5鋼管間距為300 mm布置，主楞采用Φ48×3.5鋼管間距為750 mm布置。頂模搭設鋼管腳手架支撐，排距為0.50 m，縱距為0.50 m；步距為1.50 m；空箱頂木模底部通鋪80 m×80 m方木@300布置，托梁采用48Ф雙鋼管。

4.3 模板系統拆除

當混凝土未達到規定強度或已達到設計規定強度時，如需提前拆模或承受部分超設計荷載時，必須經過計算和技術主管確認其強度能足夠承受此荷載后，方可拆除。若在未達到設計強度以前，需在結構上加置施工荷載時，應另行核算，強度不足時，應加設臨時支撐。大體積混凝土的拆模時間除應滿足混凝土強度要求外，還應使混凝土內外溫差降低至25℃以下時方可拆模。否則應采取有效措施防止產生溫度裂縫。拆模的順序可采取先支的后拆、后支的先拆、先拆非承重模板、后拆承重模板，并應從上而下進行拆除。拆下的模板不得拋扔，應按指定地點堆放。

4.4 質量控制要點

1) 模板拼裝

防止相鄰鋼模板之間(模板與下層混凝土之間)拼縫不嚴、錯臺過大。模板拼縫之間采用雙面膠或海綿橡膠堵縫，模板下部的縫隙應用水泥砂漿等塞嚴，模板使用前，加強模板的維修，每個工程完工后，應對模板檢修一次，板面有缺陷時，應隨時進行修理，嚴重的應更換板面鋼板。嚴格按規范要求對模板拼縫及錯臺指標進行驗收。

2) 模板安裝過程控制

支模過程中要反復用線墜靠吊。先安裝正面大模，通過對拉型鋼及預埋錐形螺栓調整，用線墜靠吊垂直后再安裝反面大模，然后在反面模板外側用線墜校核，最后用對拉型鋼固定正、反大模，并隨著用線墜校核其垂直度，并注意檢查預埋錐形螺栓是否擰緊。支模完畢經校正后如遇有較大沖撞，應重新復核校正，日久失修變形嚴重的大模板不得繼續使用，應由工廠進行修理。混凝土澆筑過程中，須派專人監控模板的緊固情況，做到隨時發現情況，隨時處理。

3) 模板拆除

堅持墻體混凝土強度達到期2.5 MPa后才能拆模的規定，清理大模板和涂刷隔離劑必須認真，要有專人檢查驗收，不合格的要重機關報清理刷涂，應留有周轉備用的洞口模板，以造當延遲洞口模板拆除的時間，宜采用可伸縮的洞口模板。禁止用大錘敲擊模板，以防損傷混凝土棱角。

5 結語

通過使用本技術,提高了施工效率,北江(曲江烏石至三水河口)航道擴能升級工程白石窯樞紐船閘工程節約成本約為49.8萬,節省工期為61 d。船閘工程閘室分散式廊道施工,采用倒角模板+大模板+簡易移動式模板支架方式。本方案優化,更注重節約工期,質量易于控制,縮短了施工工期,提高了周轉使用效率,降低施工成本。一定程度上促進了廊道移動模板支架系統在水運工程領域的發展,社會效益顯著。