嘉陵江草街航電樞紐船閘工程混凝土施工技術

李冰黎，李哲，劉振山

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

0 引言

混凝土結構施工是整個工程施工期的核心工序，選用合適的施工技術對施工過程的影響極大?；炷潦┕ぜ夹g從大的工序可劃分為模板、鋼筋、混凝土，與傳統(tǒng)港口或船塢相比，草街船閘工程的混凝土施工具有以下特點和難點：

1）結構特點：尺寸大、墻體高、結構復雜、工程數(shù)量大。船閘基坑最大深度達63m，混凝土總量達到60萬m3，超過2 000個倉面；出于大體積防裂考慮，船閘混凝土主要為低標號低坍落度多級配混凝土。

2）施工難點：施工場地狹長，施工干擾大，工期要求高，施工強度高。施工范圍長達1 500 m，深基坑寬度僅23 m，基坑需要布置的大型設備多，設備之間以及施工工序之間的干擾大，而其混凝土澆筑強度高（4萬m3/月），高強度施工持續(xù)時間長（7個月）。

針對以上特點和難點，如何在確保施工質量、安全的前提下，保證持續(xù)的高強度施工是很大的考驗，需要采取綜合的施工措施，精心組織才能保證施工強度和施工質量。

1 模板工程

1.1 鋼模板工藝

傳統(tǒng)的水利水電工程施工一般采用組合鋼模板工藝，它具有一定的強度和剛度，且自重較輕，但存在拼縫較多、整體性差、澆筑的混凝土面不夠光滑等缺點，同時支立速度緩慢，主要是人工操作，周轉次數(shù)也較大片鋼模板少。

為了確保施工進度和質量，船閘工程選擇使用大片鋼模板工藝。這種模板具有安裝和拆除簡便、尺寸準確、板面平整的特點；施工工藝簡單、進度快、質量好；工業(yè)化、機械化施工程度較高，綜合經(jīng)濟技術效益好。這種模板的使用，大大節(jié)約了倉面準備的時間。

在一些斷面變化大、結構復雜的部位，通過經(jīng)濟比較，選用了更輕便、更利于保證結構尺寸的組合鋼模板、膠合板模板、定制異形鋼模板進行施工。

1.2 安裝間牛腿內拉模板

安裝間牛腿尺寸大（外伸4.5m），距下方高度達31.5 m，如在外側采用鋼管腳手架作為支撐，則工程量較大且對工期不利；如采用施工平臺搭配鋼管腳手架作支撐，施工平臺的吊裝拆除又具有極大的安全隱患。經(jīng)詳細計算和多次討論，其模板的支撐均采用內拉法施工，即在內側埋設型鋼立柱，將模板與立柱通過鋼筋焊接拉緊。內拉模板簡化了施工工藝，加快了施工進度。

1.3 柔性陰角鋼模板

在船閘閘首閥門井施工中，為了保證豎井的內壁質量，同時考慮模板便于支拆，取消了傳統(tǒng)施工中常用的“穿心板”工藝，采用了可調的柔性陰角鋼模板工藝。即采用較薄的鋼板作為面板，轉角部位后側不設加勁肋結構，形成柔性陰角鋼模，通過焊接在陰角內側的調節(jié)桿，調節(jié)陰角模板的角度。支立時后支角模，拆除時先拆角模，支拆簡便，實體質量優(yōu)良，實踐效果極佳。

2 鋼筋工程

鋼筋工程主要采取了以下施工措施：

1）在鋼筋直徑較大、數(shù)量較多的部位，采用了等強滾軋直螺紋套筒連接工藝[1]；在直立筋接高部位，采用了電渣壓力焊連接工藝[2]。節(jié)約了倉面鋼筋制綁時間，降低了接頭成本，提高了工效。

2） 對一些特殊部位，例如豎井結構鋼筋施工，采用了后方綁扎、整體吊運安裝的工藝，大大節(jié)約了倉面準備的時間。

3 混凝土工程

3.1 混凝土生產

船閘工程的混凝土均為自產，同時需滿足樞紐其他部位的供應，因此在骨料加工系統(tǒng)和拌和系統(tǒng)設計時，以滿足最大強度為基礎，在配合比設計中進行了多次優(yōu)化。系統(tǒng)運行時配備專人負責骨料的加工控制和拌和系統(tǒng)的供應調度工作和質量控制工作，確保了混凝土高質量供應。

3.2 混凝土運輸

船閘工程澆筑點較為分散，且倉面數(shù)量較多，因此選擇自卸汽車進行水平運輸。

自卸汽車的選型與數(shù)量配備由入倉設備的效率計算得出，而入倉設備的效率由倉面設計計算得出。

以船閘工程較為多見的倉面（20m×15m×3 m），以6 m3吊罐入倉為例，計算如下：

1） 倉面設計因倉面面積較大，故采用臺階法下料，見圖1。每鋪筑1次需要的混凝土方量，即將所有臺階覆蓋1層需要的混凝土量[3]：

圖1 臺階法下料示意圖（單位：cm）Fig.1 Sketch ofmaterialpreparation bybenchmethod(cm)

式中：L為澆筑倉面短邊長度，取15 m；v為吊罐容積，取6m3；δ為鋪料厚度，即臺階高度，取0.5m；n為臺階數(shù)；取3/0.5=6。

以混凝土初凝時間4 h，即混凝土鋪料允許間隔時間4 h計算，需要入倉設備的每小時混凝土入倉效率為155.88m3/4 h=38.97m3/h

2）自卸汽車的選型與數(shù)量配備

采用6 m3吊罐入倉，要求自卸汽車載重量≥6m3×2.4 t/m3=14.4 t，因此選擇15 t或者20 t自卸汽車。

以運距1.5 km，考慮其他因素計算，汽車運輸工作循環(huán)時間T約為25min；

每小時吊運入倉次數(shù)為n≥38.97m3/h÷6m3=6.495次，取整為7次。

自卸汽車的數(shù)量配備N≥nT/60=7×25÷60=2.917臺，取整為3臺，即配備3臺15 t或20 t自卸汽車即滿足施工要求。

實踐證明，通過以上計算過程最終確定的自卸汽車配備，滿足船閘混凝土施工強度的要求，未有因運力不足影響澆筑的情況發(fā)生。

3.3 混凝土入倉

入倉設備和入倉工藝根據(jù)混凝土特性的不同，有不同的澆注方式選擇，見表1。

表1 不同入倉設備和工藝適用混凝土特性Table1 The concrete characteristicsby different warehousing equipmentand technologies

船閘工程中，根據(jù)對混凝土設備入倉效率的要求（38.97 m3/h），結合不同施工部位、不同結構、不同場地條件，采取了多種入倉工藝相結合進行混凝土施工。

1)挖掘機入倉

對于倉面斷面較小，結構高度較低的部位，例如閘室底板和導墻下部結構等，采用了挖掘機入倉工藝。倉面斷面?。?.5～4m）的部位，單側場地條件好，采用普通挖掘機入倉；倉面斷面稍大（4～15 m）的部位，單側場地條件好，采用長臂挖掘機入倉；倉面斷面大于15m，但兩側場地條件較好的部位，采用2臺長臂挖掘機入倉。

該工藝較為簡單，可操作性強，對混凝土性能要求低，施工成本低，大大提高了澆筑效率，減少了吊車的作業(yè)時間，但受場地條件和結構形式影響大。

2） 布料機入倉

對于倉面斷面在20m以內，但場地條件不能滿足長臂挖掘機入倉的部位，例如閘首閘墩的下部結構等，采用了布料機入倉工藝，見圖2。

圖2 布料機入倉Fig.2 W arehousing concrete spreader

該工藝對骨料粒徑無要求，適用于低坍落度混凝土澆筑。布料機可360°旋轉布料臂，澆筑范圍大，但在膠帶傳送過程中，水泥漿損失嚴重；布料機最大仰角（輸送四級配混凝土）為15°～16°，對結構高度較大的船閘工程不適用；需配備挖掘機作為施工輔助設備，且在施工中皮帶容易跑偏，需要現(xiàn)場設專人進行看護。

3）履帶式吊車入倉

對于作業(yè)面相對分散，且結構尺寸和結構高度超出挖掘機和布料機覆蓋范圍的部位，例如上、下引導墻的上部結構，采取了流動的履帶式吊車配備6方吊罐入倉的工藝。

該工藝適用于低坍落度多級配混凝土入倉，可直接用自卸汽車進行混凝土的水平運輸和喂料，但起重能力、起升高度對澆筑速度影響較大。

4）三級配地泵入倉工藝

對于澆筑點較為集中，結構高度較高，澆筑量較大的部位，采取了三級配地泵入倉工藝。

該工藝要求混凝土坍落度＞8 cm，可用于澆筑最大骨料粒徑為80 mm的混凝土，額定垂直最大輸送高度60m，滿足結構高度要求。但其架設難度大，不便移動，不利于大面積倉面澆筑；需配備汽車吊和挖掘機作為施工輔助設備；堵管后疏通過程較長。

5）門式高架門機入倉

船閘主體結構尺寸大（最大斷面寬39.8 m），結構高度高（最大63 m），澆筑強度高（近40萬m3混凝土要在1 a完成澆筑），澆筑范圍相對集中（船0+0～船0+286），通過設備選型，安全、經(jīng)濟的綜合比較，采取了MQ600高架門機配備6 m3吊罐入倉的工藝，見圖3。

圖3 上閘首高架門機Fig.3 Upper lock head gantry crane

根據(jù)設備性能和總體施工布置，在船閘主體共布置3臺MQ600高架門機，分別布置在上閘首、閘室、下閘首的底板上，軌道沿順水流方向布置。

該工藝適用于低坍落度多級配混凝土入倉，可直接用自卸汽車進行混凝土的水平運輸和喂料，起重能力、起升高度相對于履帶式吊車有較大提升，受場地條件制約較小，且澆筑速度快，綜合成本低。

6）其他輔助工藝的運用

在結構高度較高，上方有便利的施工道路和管架搭設的部位，采用了“溜槽—串筒”工藝，在保證混凝土質量的前提下，省去了吊車作業(yè)，同時，單倉澆筑時間也減少為原工藝的80%。

3.4 對混凝土吊罐進行改進

傳統(tǒng)的手動單顎式料門操作不便，下灰過程中難以閉合，混凝土堆積較厚，不利于分層振搗。通過比選，改制為操作便利的雙顎式弧門，并引入液壓啟閉系統(tǒng)。依靠吊起臥罐時罐體及物料的重力產生液壓實現(xiàn)弧門的開啟，可輕易實現(xiàn)單罐混凝土3次啟閉下灰，有效地控制下料部位和混凝土堆積高度，見圖4。

圖4 改進的混凝土吊罐Fig.4 The im proved concrete bucket

4 結語

1）倉面準備和倉面澆筑是混凝土施工的兩大控制性工序，其中倉面準備的重點是模板工序和鋼筋工序，而倉面澆筑的重點是合理的入倉工藝的選取。因此，模板、鋼筋、入倉三道工序的施工水平?jīng)Q定了混凝土施工的水平，也在很大程度上是判斷一個工程過程控制好壞的決定性指標。

2）合理的倉面設計對混凝土施工進度和質量有極大的影響。項目部設計了“混凝土倉面澆筑工藝設計表”，對參與混凝土施工的各項設備、機具、人員進行規(guī)范化調配和管理，實際應用中取得了不錯的效果。

3）結合不同施工部位、不同結構、不同場地條件，采取多種入倉工藝相結合進行混凝土施工。實踐證明，這種綜合的混凝土施工既解決了入倉問題，也有效控制了施工質量、施工進度和施工成本。

[1]JGJ108—1996，帶肋鋼筋套筒擠壓連接技術規(guī)程[S].JGJ108—1996,Specification for pressed sleeve splicing of ribbed steelbars[S].

[2]JGJ18—2012，鋼筋焊接及驗收規(guī)程[S].JGJ 18—2012,Specification for welding and acceptance of reinforcingsteelbars[S].

[3]水利電力部水電建設總局.水利水電工程施工組織設計手冊：第三卷[M].北京：中國水利水電出版社，2001.General Administration ofWater Resources and Hydropower Development of HHPDI.Construction organization design manual of hydraulic and hydroelectric engineering:volume III[M].Beijing:ChinaWater Power Press,2001.