三峽升船機塔柱橫梁混凝土施工技術(shù)

余 英

（中國葛洲壩集團股份有限公司，湖北宜昌 443002）

1 前言

三峽升船機50.00～196.00m高程之間為船廂室段塔柱承重結(jié)構(gòu)。三峽升船機船廂室段塔柱結(jié)構(gòu)頂部由兩個平臺和7根橫梁形成塔柱的橫向聯(lián)系，其中兩個平臺部位各有兩根橫梁和兩根縱梁，兩根橫梁之間布置了5根次梁。在橫梁兩端沿流向各布置了1根基礎(chǔ)梁將11根橫梁連成整體。橫梁一端設計有寬槽后澆帶，另一端設有豎向施工縫。縱梁尺寸為19.1m×1.5m×7.25m（跨度×寬度×高度），橫梁最大尺寸為25.8m×2m×2.75m×7.15m（跨度×寬度×中部高度×兩側(cè)高度）。三峽升船機頂部橫梁梁系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三峽升船機塔柱橫梁混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計非常復雜，對施工質(zhì)量要求非常高，因而研究塔柱橫梁混凝土的施工技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。本文結(jié)合三峽升船機塔柱橫梁混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)特點以及施工特性，介紹了三峽升船機續(xù)建工程頂部橫梁混凝土的施工技術(shù)，并對貝雷架支撐系統(tǒng)進行了安全監(jiān)測。

圖1 升船機頂部橫梁梁系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Beam structuresat the top of the ship lift

2 塔柱橫梁混凝土施工特性

2.1 塔柱橫梁混凝土結(jié)構(gòu)特點

塔柱橫梁跨度大、高度大，橫梁與基礎(chǔ)梁、縱梁、觀光平臺（中控室）形成縱橫交錯的框架整體梁系結(jié)構(gòu)。升船機運行時，該梁系結(jié)構(gòu)是一個整體的承重支撐傳力結(jié)構(gòu)。塔柱橫梁混凝土的結(jié)構(gòu)設計非常復雜、對施工質(zhì)量要求非常高。

2.2 塔柱橫梁混凝土施工特性

1）塔柱橫梁混凝土施工受到施工設備布置、澆筑強度、澆筑方法等諸多因素的限制，同時塔柱橫梁混凝土施工應在盡量減少變形、內(nèi)應力以及裂縫的前提下保證梁系結(jié)構(gòu)的整體性，因而合理設置分縫、分層、分塊是梁系結(jié)構(gòu)施工實施工作的關(guān)鍵[1]。

2）為保證混凝土澆筑的連續(xù)、順暢、不中斷，需要采用一些特殊的施工技術(shù)措施，采用的這些技術(shù)手段是保證梁系結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要措施。

3）采用合理的澆筑設備配置、任務分工安排布置方案以及正確的梁體下部混凝土澆筑振搗方法是保證梁系結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的重要措施[2]。

3 塔柱橫梁混凝土澆筑技術(shù)

3.1 橫梁澆筑分層

為減小施工荷載和入倉強度，在滿足設計條件下，將縱梁分為兩層：第一層與橫梁牛腿部分一起澆筑；第二層與橫梁、基礎(chǔ)梁一起澆筑；觀光平臺（中控）板及次梁部分預留，待橫梁、縱梁澆筑完成再施工。橫梁結(jié)構(gòu)及分層如圖2所示。

圖2 橫梁結(jié)構(gòu)及分層圖（高程單位為“m”，其余單位為“cm”）Fig.2 Structuregraph and layered graph for beam（theelevation unit is“m”，the restunit is“cm”）

3.2 橫梁澆筑分塊

由上述分析可知，橫梁梁系結(jié)構(gòu)是一個整體的承重支撐傳力結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設計非常復雜、對施工質(zhì)量要求非常高。原設計方案要求11根橫梁與基礎(chǔ)梁、縱梁、平臺板通倉一起澆筑。經(jīng)綜合考慮現(xiàn)場施工設備布置、澆筑強度、澆筑方法以及需要減小混凝土變形、內(nèi)應力、裂縫等因素，將梁系結(jié)構(gòu)分為3塊澆筑。

橫梁梁系結(jié)構(gòu)從平臺板處次梁部位設施工縫，將橫梁梁系結(jié)構(gòu)分為3塊分別單獨澆筑，而平臺板及次梁則預留于后期澆筑。其中上游塊和下游塊的單塊澆筑體積約為342m3，澆筑面積約為122m2；中間塊澆筑體積約為700m3，澆筑面積約為256m2；單個平臺板次梁澆筑體積以及板澆筑體積約為97m3。橫梁結(jié)構(gòu)澆筑如圖3所示。

3.3 橫梁結(jié)構(gòu)澆筑體積

橫梁梁系澆筑體積見表1。

表1 橫梁梁系澆筑體積統(tǒng)計表Table 1 Pouring am ountof crossbeam system

3.4 澆筑設備布置

塔柱橫梁混凝土的澆筑設備布置為：在上閘首兩側(cè)各布置兩臺F0/23B型移動式塔機；在船廂室段兩側(cè)各布置4臺C7030型附臂式塔機，同時在船廂室段每側(cè)各布置一個38m臂長的布料桿和一個32m臂長的布料桿，塔機和布料桿基本能覆蓋全部的橫梁范圍。按照施工實際情況，單臺布料桿入倉強度約為22m3/h，單臺建塔入倉強度約為5m3/h。4臺布料桿分別配置兩臺高壓泵機和兩臺中壓泵機。

圖3 橫梁結(jié)構(gòu)澆筑分塊圖Fig.3 Pouring block diagram of beam structure

3.5 上游塊和下游塊澆筑施工

1）澆筑設備。上游塊和下游塊單倉澆筑時均采用兩臺布料桿配兩臺泵機（左右各1臺）進行入倉澆筑。上游塊澆筑時，泵機布置在上閘首185.00m高程平臺，配置兩臺中壓泵機；下游塊澆筑時，泵機布置在船廂室段兩側(cè)84.50 m高程平臺，配置兩臺高壓泵機。橫梁上下游塊澆筑設備布置如圖4所示。

圖4 橫梁上下游塊澆筑設備布置圖（高程單位為“m”，其余單位為“cm”）Fig.4 Pouring equipment layout for upstream and downstream blocksof beam（the elevation unit is“m”，the restunit is“cm”）

2）澆筑方法?；炷敛扇∑戒伔仓?，考慮到塔柱橫梁梁系鋼筋布置密集，采用一級配、坍落度為18～20 cm的混凝土，并配備長柄振搗棒插入梁底混凝土中進行振搗作業(yè)?；炷恋呐鲗雍穸葹?5 cm或50 cm，澆筑倉內(nèi)共分6個坯層，每個澆筑倉由下游向上游開倉，左側(cè)、右側(cè)的兩臺布料桿進行對稱澆筑。

3）澆筑強度分析。澆筑倉單倉澆筑體積約為342m3，每個澆筑倉共分6個坯層，每個坯層混凝土體積約為57m3，左側(cè)、右側(cè)的兩臺布料桿同時澆筑，單臺布料桿入倉能力為22m3/h，可保證約1.5 h就可將坯層覆蓋，達到混凝土的澆筑強度要求。

3.6 中間塊澆筑施工

1）澆筑設備。由現(xiàn)場施工澆筑設備布置情況可知，橫梁梁系結(jié)構(gòu)中間塊澆筑區(qū)域處于4臺布料桿布料區(qū)域相互交叉結(jié)合的部位。為保證中間塊的澆筑強度滿足要求，同時合理配置澆筑資源，減少混凝土澆筑設備之間相互干擾的問題，中間塊采用4臺布料桿加兩臺建筑塔機掛2m3吊罐進行入倉聯(lián)合澆筑。橫梁中間塊澆筑設備布置如圖5所示。

為保證澆筑過程的連續(xù)、順暢、不中斷，上游側(cè)布料桿配置兩臺中壓泵機，配置的泵機布置在上閘首185.00m平臺處；下游側(cè)布料桿配置兩臺高壓泵機，配置的泵機布置在船廂室段兩側(cè)84.50m平臺處，并同時配備兩臺建筑塔機作為應急手段進行補充澆筑。

圖5 橫梁中間塊澆筑設備布置圖（高程單位為“m”，其余單位為“cm”）Fig.5 Pouring equipment layout for intermediateblock of beams（theelevation unit is“m”，the restunit is“cm”）

2）澆筑方法。對中間塊進行澆筑時，混凝土從倉面上下游側(cè)同時進行開倉澆筑，澆筑時避免出現(xiàn)泵機和建筑塔機澆筑時布料桿不能到達的盲區(qū)部位。混凝土全部采用攪拌車運輸，坍落度為18～20 cm，采取平鋪法澆筑，混凝土坯層厚度為45 cm或50 cm，澆筑倉內(nèi)共分6個坯層進行澆筑。

3）澆筑強度分析。中間塊的澆筑體積約為700m3，共分為6個坯層，每個坯層的混凝土體積約為167m3，根據(jù)混凝土澆筑坯層必須在4 h以內(nèi)覆蓋的強度要求，每小時需至少澆筑42m3的混凝土。泵機和建筑塔機的布料桿盲區(qū)最大部位位于5軸、6軸右側(cè)橫梁基礎(chǔ)梁處，該處盲區(qū)面積約為24m2，為單臺建筑塔機澆筑，該處每個坯層的澆筑體積約為24m2×0.5m=12m3，單臺建筑塔機的入倉能力為5m3/h，可以在2.5 h內(nèi)將坯層覆蓋，滿足入倉強度要求。除盲區(qū)外，相鄰布料桿的澆筑區(qū)域約為100m2，單個坯層的澆筑體積約為50m3，按照單臺布料桿入倉能力為22m3/h計算，也可在約2.5 h內(nèi)將坯層覆蓋，因此布料桿與建筑塔機的聯(lián)合澆筑強度能協(xié)調(diào)一致。本倉采用4臺布料桿以及兩臺建筑塔機一起澆筑即可滿足澆筑強度要求。

3.7 貝雷架支撐系統(tǒng)安全監(jiān)測

1）監(jiān)測結(jié)果。在橫梁混凝土進行澆筑時，選取橫梁上游塊、下游塊以及中間塊對應的軸2、軸12、軸7的橫梁貝雷架支撐系統(tǒng)進行混凝土澆筑監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 三峽升船機橫梁貝雷架、排架、筒體監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表Table2 M onitoring results table for Bailey racks，shelving，cylinder of ThreeGorges Project ship liftbeam

2）監(jiān)測結(jié)果分析。a.由監(jiān)測結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)限值的比較可知，混凝土澆筑過程中，貝雷架的撓度值、側(cè)彎值、自振頻率、排架垂直度均比允許出現(xiàn)值小。b.混凝土澆筑過程中，貝雷架支座系統(tǒng)部分百分表監(jiān)測出現(xiàn)了微小的位移量變化。其中，HL2貝雷架左側(cè)支座高強螺栓監(jiān)測出0.08mm的位移變化；HL7貝雷架支座局部部位監(jiān)測出0.05mm的位移變化；HL12貝雷架支座局部部位監(jiān)測出0.1mm的位移變化。c.根據(jù)各貝雷架支座的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知，出現(xiàn)位移量變化的監(jiān)測點只是少數(shù)。根據(jù)對稱原則，相對應的監(jiān)測點并未出現(xiàn)位移量變化，同時出現(xiàn)的位移量是非線性變化和可逆的，因而我們認為支座及高強螺栓的變形屬于彈性變形，監(jiān)測位移量主要是由振動引起的。d.監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，貝雷架桿件的應力變形、撓度變形以及排架變形均滿足安全要求，筒體位移滿足設計要求，貝雷架支撐系統(tǒng)穩(wěn)定、安全，本文所采取的技術(shù)方案是可靠的。

4 結(jié)語

三峽升船機50.00～196.00m高程之間為船廂室段塔柱承重結(jié)構(gòu)。塔柱橫梁梁系采用貝雷架支撐方案施工，在水工建筑工程中沒有可以借鑒的施工技術(shù)方案，目前塔柱橫梁梁系混凝土已全部澆筑完成，貝雷架安全順利拆除。施工過程中，由監(jiān)測結(jié)果可知，貝雷架支撐系統(tǒng)的應力變形、撓度變形以及排架變形均滿足施工承載要求，筒體位移滿足設計要求，貝雷架支撐系統(tǒng)穩(wěn)定、安全，因而本文所采取的技術(shù)方案是可靠的。本文所提出的關(guān)于塔柱橫梁混凝土施工的相關(guān)施工技術(shù)方案對今后國內(nèi)外類似工程的施工具有一定的參考借鑒價值。

[1] 中水東北勘測設計研究有限責任公司.SL 303水利水電工程施工組織設計規(guī)范[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2] 中國長江三峽開發(fā)總公司.DL/T 5144水工混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2002.