超長閘室底板設(shè)計與施工

吳 昊

（淮安市水利勘測設(shè)計研究院有限公司 江蘇淮安 223005）

1 引言

連云港市義澤河閘作為鹽東控制樞紐的重要建筑物之一，主要有擋潮御鹵、防洪、排澇降漬、蓄淡灌溉和通航等作用。閘室為開敞式平底板結(jié)構(gòu)，共3孔，邊孔每孔凈寬10.0m，中孔凈寬 16.0m，閘孔總凈寬 36.0m，底板順水流方向長 17.0m，垂直水流方向總寬 41.4m。閘室兩側(cè)回填土高度超過 8m，邊荷載很大，如將底板垂直水流向從兩中墩處分為三塊，邊跨底板因受兩側(cè)土壓力作用，將對中跨產(chǎn)生很大的水平擠壓力，容易對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，需采取復(fù)雜的工程措施以消除影響。諸如邊墩兩側(cè)設(shè)置空箱岸墻以減少邊荷載，縫墩間設(shè)置頂塊等措施，造價較高且施工繁瑣?？紤]到義澤河閘閘室底板處為黏土夾粉質(zhì)黏土，地基情況較好，設(shè)計中考慮采用整底板結(jié)構(gòu)以簡化施工工藝，減少工程投資。

2 設(shè)計措施

設(shè)計過程中主要通過三項措施來保證底板的結(jié)構(gòu)可靠、經(jīng)濟可行和易于實施。

2.1 利用框架結(jié)構(gòu)模式減小底板厚度和內(nèi)力

義澤河閘底板結(jié)構(gòu)如按開敞式閘室結(jié)構(gòu)設(shè)計，底板厚度按 2.5m設(shè)計，底板最大彎矩出現(xiàn)在跨中，超過3000kN·m，將無法按正常方式配筋。設(shè)計過程中，考慮到閘室上游布置1座9.0m寬交通橋，下游布置1座5.0m寬工作橋，如將其和閘墩連接形式設(shè)計為固支，使交通橋、工作橋、閘墩、底板形成整體框架結(jié)構(gòu)，并適當增加交通橋和工作橋剛度，可使閘室底板厚度和跨中彎矩大大降低。經(jīng)過計算，閘室底板厚度為2.2m，跨中彎矩減少至2310kN·m。通過結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化，減小了底板的厚度，有效地減少了大體積混凝土裂縫數(shù)量和裂縫寬度。計算模式簡圖見圖1

2.2 底板兩側(cè)設(shè)后澆帶，減小兩側(cè)邊荷載影響

義澤河閘室兩側(cè)填土達 8.7m，根據(jù)有限元計算理論，將計算結(jié)構(gòu)和土體看成彈性體，邊荷載對跨中彎矩的影響很大。如能有效地降低邊荷載，將直接減小底板的彎矩。設(shè)計過程中考慮在兩側(cè)邊跨各設(shè)置一個后澆帶。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，待底板施工結(jié)束30天后，兩側(cè)填土達到1.5m左右，多變跨進行沉降觀測。當連續(xù)3個10天沉降量都不超過1mm時，可進行后澆帶的封鉸。由于國內(nèi)規(guī)范無相關(guān)規(guī)定，且土體的后期變形亦存在一定的不確定性，在有限元計算過程中很難具體地確定后澆帶對邊荷載的影響程度，保守起見，內(nèi)力計算過程中未考慮后澆帶對邊荷載和底板內(nèi)力的影響，僅作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全儲備。設(shè)計中通過后澆帶將底板整塊混凝土化為 3個澆筑單元，有利于大體積混凝土的散熱，減少因水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。后澆帶設(shè)置部位見圖2。

圖1 底板內(nèi)力計算簡圖

圖2 后澆帶設(shè)置部位簡圖

2.3 設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋滿足混凝土抗裂要求

根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果，閘室底板跨中彎矩為2310kN·m。按受彎構(gòu)件計算，底板跨中面層鋼筋應(yīng)配置B25@100受拉鋼筋，按裂縫寬度要求，應(yīng)配置單層 B25@75受拉鋼筋或雙層 B25@150受拉鋼筋，在底板面?zhèn)蠕摻钆渲眠^于致密，鋼筋用量太大且很難進行混凝土振搗密實。設(shè)計中考慮將底板面層鋼筋設(shè)置為兩層，外層配置一層B25@100受拉鋼筋，主要為結(jié)構(gòu)受力鋼筋；內(nèi)層配置一層預(yù)應(yīng)力鋼筋，主要為結(jié)構(gòu)抗裂鋼筋。通過計算內(nèi)層設(shè)置的預(yù)應(yīng)力鋼筋采用 1×7-12.7-1860-GB/T5224—2003低松馳鋼絞線，為3股 A12.7@60。減少了鋼筋的用量，有效地解決了底板抗裂問題。底板鋼筋配置見圖3。

3 施工措施

圖3 底板鋼筋布置圖

閘室底板被后澆帶分為三個施工單元，其中中間一塊底板，平面尺寸為24m×17m，底板厚度為2.2m，計算最大澆筑面積約408m2，混凝土澆筑量約970 m3，為混凝土施工中一次澆筑面積最大的部位。澆筑過程中應(yīng)充分關(guān)注因水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。要防止底板結(jié)構(gòu)澆筑后產(chǎn)生裂縫，就要降低混凝土的溫度應(yīng)力，必須減少澆筑后混凝土的內(nèi)外溫差，溫差不宜超過 25℃。工程施工前，設(shè)計單位、施工單位聯(lián)合相關(guān)部門經(jīng)過協(xié)商，制定了3種主要的溫度控制措施。

3.1 合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比

3.1.1 合理選擇原材料

選擇級配良好的骨料，嚴格控制砂、石含泥量，黃砂細度模數(shù)2.6～2.7，含泥量≤3%；碎石級配5～31.5mm與5～16mm，含泥量≤1%。添加 SBTJMR-10（緩凝、泵送）混凝土高效減水劑，減少用水量，降低水化熱。在混凝土中添加粉煤灰、礦渣微粉，減少水泥用量，降低水化熱，改善混凝土的和易性。

3.1.2 優(yōu)化混凝土配合比

委托相關(guān)混凝土生產(chǎn)企業(yè)進行混凝土的配合比實驗，水∶（水泥+粉煤灰+礦粉）∶碎石∶砂∶泵送劑=0.5∶(0.66+0.15+0.19)∶3.45∶2.3∶0.016，水灰比0.5，砂率40%，坍落度140±20mm，初凝時間4h。

3.2 預(yù)埋降溫和測溫管道

利用后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋的波紋管道通水進行水冷,有效地降低混凝土內(nèi)部溫度，在混凝土內(nèi)部設(shè)置測溫管道，監(jiān)測混凝土內(nèi)部溫度變化。澆筑過程中利用井水通過波紋管對混凝土內(nèi)部進行冷卻，有效地降低了混凝土內(nèi)部溫度。經(jīng)過檢測，內(nèi)部最高溫度為45℃。

3.3 混凝土表面養(yǎng)護及保溫

混凝土澆筑選擇在白天進行，平均氣溫20～25℃，在混凝土表面覆蓋塑料薄膜、土工布、草簾并灑水進行養(yǎng)護、保溫，使混凝土在一定時間內(nèi)保持濕潤。通過實時監(jiān)控，混凝土內(nèi)、外最大溫差為17.5℃，遠低于25℃。

4 效果及評價

義澤河閘閘室底板的設(shè)計中，通過框架結(jié)構(gòu)模式的選取、后澆帶的設(shè)置、預(yù)應(yīng)力鋼筋的使用，保證底板的結(jié)構(gòu)可靠、經(jīng)濟可行和易于實施。底板施工過程中通過合理選擇原材料，優(yōu)化混凝土配合比，預(yù)埋降溫和測溫管道，混凝土養(yǎng)護及保溫，成功地控制了大體積混凝土的水化熱，降低了混凝土的內(nèi)外溫差，減少了混凝土溫度裂縫。底板澆筑至今已有兩年，閘室底板未出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)的溫度裂縫，成功地通過了水下驗收，取得了很好的工程效果。對其他超大水閘底板的設(shè)計與施工也有很好的借鑒和參考價值。

5 結(jié)語

后澆帶常用于船閘閘首底板的設(shè)計，預(yù)應(yīng)力鋼筋的設(shè)置常用于交通、建筑工程，水閘工程中很少運用。通過借鑒不同專業(yè)領(lǐng)域的設(shè)計方式和施工方法，成功地突破了SL435—2008《水閘設(shè)計規(guī)范》35m底板長度的限制，收到了很好的工程效果?？珙I(lǐng)域的設(shè)計和施工方法的有機融合，為今后工程設(shè)計和施工提供了很好了思路。

1 關(guān)淑萍，張燎軍，王大勝，王海青. 邊荷載對水閘地基沉降與底板內(nèi)力的影響研究. 水電能源科學(xué), 2006，24（2）：58-60.

2 劉曉平. 預(yù)留寬縫施工方法對船閘底板的影響. 長沙交通學(xué)院學(xué)報, 1996,12（2）：75-80.

3 曹周紅，劉曉平，盧海斌，沈志剛. 溫度應(yīng)力對塢式船閘底板開裂影響分析. 水運工程, 2006（5）：70-73.