小型穿堤涵閘浮運沉裝施工技術研究及應用

黃二位

（安徽水利開發有限公司，安徽 蚌埠 233000）

水利水電堤防工程建設中，涵閘結構廣泛使用于穿堤建筑物。為了克服常規的填筑圍堰、現場立模扎筋澆筑和預制陸運吊裝等施工方法帶來的工期長、費用高的缺點，筆者通過諸多水利工程實踐，總結完善了小型穿堤涵閘浮運沉裝施工技術。該技術不需要填筑圍堰，投入的大型設備和操作人員數量少，安全系數高，能大大縮短工期[1]。

1 施工技術特點及適用范圍

小型穿堤涵閘浮運沉裝施工技術無需填筑圍堰，減少了因為破除堤防而帶來的長時間交通中斷影響，也大大提高了工效。充分利用地域水系發達和水位受漲落潮影響較大的特點，采取水中浮運的方式將涵閘結構運至預定的位置，運輸安全且成本較低。運至預定位置的涵閘結構，在落潮低水位時，利用反浮力原理，在閘體內緩慢灌水，使其自身加上水的重量大于平衡時的浮力，從而準確沉落至設計位置以完成安裝，避免了使用大型起吊設備吊裝就位的方法，既安全又經濟[2]。

2 工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

涵閘預制→涵閘進出口封堵→水密試驗→涵閘浮運、就位（基坑開挖）→涵閘沉裝、固定→進出口封堵板拆除→涵周回填及堤頂道路恢復。

2.2 操作要點

2.2.1 涵閘預制

預制場地選擇距離施工地點較近，水陸交通便利，既便于混凝土、模板等材料和工具的運輸，又方便箱涵出駁且風浪較小的臨時碼頭。

涵閘預制優先選用商品混凝土泵送入倉，既可簡化現場的臨時設施，又能保證混凝土的質量和供應力度。

2.2.2 涵閘進出口封堵

涵閘下水前，需對其進出口端面進行封堵，以保證涵閘形成一個密閉的艙體。封堵材料采用3mm薄鋼板，為了加強其密封性能，在鋼板與結構間沿著結構的橫截面墊設一層2mm 橡皮。

2.2.3 水密試驗

為了確保涵閘在浮運過程中不漏水，能基本按照理論計算的情況下處于穩定狀態，需在涵閘下水前、封堵工作完成后進行水密試驗。如有漏水或湮濕現象需標識清楚，待閘體內水放完結構自然晾干后，組織人員對漏水、湮濕部位進行處理以滿足浮運要求。

2.2.4 涵閘浮運

浮運前操作人員要熟悉浮運水道，浮運時間應選擇高潮或高水位時，涵閘經水密試驗后，在漲潮高水位時通過滑道溜放下水并在水中自由浮起，然后用拖船牽引、拖曳至預定位置[3]。為了確保浮運過程中涵閘結構的穩定安全，還需對以下幾個方面進行驗算：

（1）浮游穩定驗算

當涵閘結構定傾中心M 在重心C 上方，重力和水的浮力產生穩定力偶，促使涵閘結構扶正，此時涵閘結構屬穩定平衡，涵閘近程浮運過程中，為了確保涵閘穩定，M 與C 的距離應不小于0.2m。

（2）吃水和干舷高度驗算

為了保證涵閘在溜放、漂浮、拖運時不沒頂，涵閘應有足夠的干舷高度，其計算結果應滿足以下公式：

F=H-T≥B0·tanθ/2+2h/3+S

式中：F—干舷高度（m）；H—涵閘高度（m）；T—涵閘吃水深度（m）；B0—涵閘在水面時的寬度（m）；h—浪高（m）；θ—涵閘在水中的自由傾角，取8°；S—涵閘干舷的富裕高度（m），取0.5m。

2.2.5 基坑開挖

基坑開挖方式以機械開挖為主。從下游側向上游側開挖，先開挖中間土體再開挖兩邊，剩余上游臨水局部土方待水位高潮時迅速挖除。開挖應保持均衡、對稱開挖，以使土體開挖過程中和開挖后應力釋放均勻，保證基礎的安全。

2.2.6 涵閘就位、沉裝固定

涵閘運抵施工現場附近后，暫時泊錨在岸邊，待基坑開挖完成后，再將涵閘拖運至設計位置。

涵閘沉裝前，需對基坑的平面尺寸和高程進行驗收。對進入基坑的水道進行清理后，將涵閘運至預定位置并用錨艇粗略定位，用4 根纜繩各連接1只倒鏈，分別固定在涵閘頂部四角的預埋拉環上，倒鏈固定在堤身的鋼管樁上。待落潮或水位較低的時候，向涵閘腔體內充水使其緩慢下沉，下沉過程中，結合潮位的改變隨時調整倒鏈、收放纜繩，并用全站儀控制涵閘的精確位置，等待涵閘自然坐底穩定后，用全站儀復測確保安裝平面位置和高程準確。最后在涵閘的四個角部用∠100mm×100mm 角鋼打入土中固定牢靠，確保涵閘在后續施工中不移位。

2.2.7 進出口封堵板拆除

涵閘兩側回填土填至與涵閘頂面平齊，并在低水位時方可進行進出口端面封堵板拆除，拆除時先拆除下游側，水進入閘體且與上游側河道內水位持平時再拆除上游側封堵板。

3 質量控制

3.1 一般質量檢查

3.1.1 材料與設備的檢查

結構預制所用的混凝土和鋼筋，應按設計要求和規范規定進行性能和坍落度的檢查。用于預制、浮運、沉裝的機械設備等應按監理指示及相關規定進行質量檢查。

3.1.2 施工過程控制檢驗

（1）模板的位置、高程需符合設計要求，模板及其支架的強度、剛度和穩定性需滿足規范規定，平整度、垂直度偏差需滿足規范規定；鋼筋的規格、型號、尺寸、位置、間距、接頭設置等應符合設計要求和規范規定。

（2）在浮運前按計算結果測放出涵閘結構的重心、浮心和定傾中心，并作出明顯標記，涵閘下水前還需對結構的密封性能再次進行灌水檢查[4]。

（3）安裝質量檢查。涵閘安裝就位后，應及時檢查安裝的位置和高程，架設全站儀在測量基樁上，分別照準標在涵閘頂板上的兩端部軸線點，轉角和距離均滿足要求即為合格。

考慮到上部土方回填會造成結構沉降，安裝完成后的頂面高程應比設計要求高50mm，用水準儀和塔尺配合量測頂面高程，控制允許偏差不大于+10mm、-0mm。

3.2 關鍵部位、關鍵工序的質量標準和技術要求

（1）預制臺座頂面應平整、光滑，用3m 靠尺檢查其平整度偏差不大于2mm。

（2）模板強度、剛度及其支架的穩定性必須滿足規范規定要求，側墻模板安裝尺寸偏差不大于5mm，垂直度偏差不大于H/1000mm（H為涵閘高度）。

（3）鋼筋的規格、型號、尺寸必須滿足設計要求和相關規范規定，主筋保護層偏差不大于2mm，主筋間距、排距和箍筋間距不大于5mm。

（4）涵閘下水前做好封堵措施并對密封性能進行檢查，具體方法和標準如下：

①閘體應分三次充水：第一次充至1/2 位置，第二次充至3/4 處，第三次充滿。

②每次灌水結束后，分別靜置24 小時，檢查滲漏情況并標記。

③進出口端面密封處和混凝土結構面不應出現呲水和水流現象，洇濕面積不應大于100cm2。

（5）涵閘重心、浮心和定傾中心的計算應準確，其位置偏差不大于10mm。

（6）涵閘應安裝在平整堅實的土基上，其安裝位置和高程應符合設計要求，軸線偏差不大于10mm，頂面高程偏差不大于+10mm、-20mm。

4 結語

小型穿堤涵閘浮運沉裝施工技術采用干地預制成型，然后通過水道浮運至預定位置，再進行下沉安裝以完成穿堤涵閘結構的施工。相較傳統的現場立模扎筋澆筑和預制陸運吊裝等施工技術，該技術具有工序簡單、施工質量較易控制、縮短工期、能耗小、成本低等特點，施工過程中減少了廢水、廢氣、廢渣排放，利于環境保護和水土保持。其技術的關鍵點是確定定傾高度、浮運參數和選擇牽引設備，這些數據的獲取不僅要有準確的理論計算，還要緊密結合工程實際。如能很好地解決技術上的關鍵問題，對大型混凝土空箱結構物的浮運沉裝施工有很好的借鑒意義■