嘉陵江草街航電樞紐船閘工程懸挑結構模板內(nèi)拉法施工技術

毛海濱，王立春

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116001）

嘉陵江草街航電樞紐船閘工程結構及其復雜，其輸水系統(tǒng)為空間結構的曲線廊道形式，結構中井、溝、槽較多，特別是在不同結構部位有不同高度、不同尺寸的懸挑結構（牛腿），其施工工藝的選擇將直接影響到懸挑結構（牛腿）的施工質(zhì)量和安全，同時對工程成本、工期也有一定影響。因此應根據(jù)工程的具體地形位置和結構構造選擇懸挑結構（牛腿）合理的施工工藝。

1 施工工藝的選擇

懸挑結構（牛腿）傳統(tǒng)施工方法主要有滿堂承重腳手架支撐和懸挑法，這兩種工藝各有優(yōu)缺點，需要根據(jù)現(xiàn)場情況合理選擇。

在本工程中，上閘首左側檢修閘門葫蘆吊現(xiàn)澆軌道梁為懸挑結構（牛腿），其尺度為（長×寬×高）22.68m×1m×1.2m，牛腿底部高程為219.1 m，距離205m平臺有14.1m高差[1]，若選擇懸挑法，由于長度大，加工懸挑用鋼桁架不是十分經(jīng)濟，同時由于其高度不大，在205 m平臺搭設滿堂承重腳手架施工比較合理。而其右側檢修閘門葫蘆吊現(xiàn)澆軌道梁長度僅有8.18 m，長度不大，因此綜合考慮選擇類似第二種方法，即三角鋼桁架+腳手架支撐工藝：在閘身安裝鋼桁架，在鋼桁架上鋪設滿堂承重排架管，牛腿自重及外力經(jīng)過排架管傳到鋼桁架再傳到閘身混凝土。

在船閘與安裝間結合段中，牛腿形狀復雜，主要有5種類型牛腿，既有大牛腿垂直方向套有小牛腿，又有牛腿尺寸漸變等情況，其中最大牛腿尺寸為4.5 m×4.5 m，距離地面高差29.1 m[2]。如采用傳統(tǒng)的滿堂腳手架支撐施工工藝，支撐施工高度高，時間長，且對基礎有較高要求；如采用三角鋼桁架+腳手架支撐工藝，對三角鋼桁架的結構要求較高，且三角鋼桁架需要多種尺寸才能滿足不同外探寬度牛腿的要求，同時在三角鋼桁架上搭設、拆除腳手架存在較大的安全隱患，為此，需要選擇一種適宜的方法。最終確定了內(nèi)拉法施工工藝。

2 內(nèi)拉法施工工藝

2.1 牛腿支撐安裝

牛腿支撐安裝包括模板、拉筋、蛇形柱、安全操作平臺及預埋插筋等。牛腿底部模板為承重模板，兩側垂直模板只承受混凝土側壓力，因此兩側模板采用常規(guī)模板安裝。根據(jù)牛腿底部模板尺寸設置拉筋。預埋20個三角形蛇形柱，采用φ28鋼筋和φ20鋼筋焊接而成，縱筋為3根3.2 m長φ28鋼筋，成等邊三角形布置，間距15 cm；三面環(huán)向鋼筋為φ20鋼筋，呈蛇狀蜿蜒上升，將立桿兩兩相連（見圖1）。

圖1 單個蛇形柱構造Fig.1 The structureof single serpentine column

加固拉筋必須與蛇形柱封頭板焊接牢固，焊接長度≥10d，拉筋中心線與封頭板中心線保持一致，禁止將拉筋焊接在蛇形柱的底部或者中段，同時嚴禁將拉筋直接拉在主體工程立筋上；預埋定位筋采用φ28羅紋鋼，埋入混凝土中30 cm，上邊留25 cm；安裝間Ⅰ區(qū)213.5 m高程蛇形柱左右方向間距1.5 m，距離上游模板邊1.0 m分布，需3.0 m高蛇形柱共20個；216.0 m高程蛇形柱左右方向間距2.0 m，距離上游模板邊1.0 m分布，需2.5 m高蛇形柱共15個（見圖2）。

圖2 蛇形柱平面布置圖Fig.2 Layoutof serpentine column

牛腿底部模板和拉筋待最后1層混凝土達到設計強度后再拆除。單個蛇形柱豎向承受的壓力為底部模板重和牛腿鋼筋混凝土等產(chǎn)生的荷載。

2.2 牛腿混凝土澆筑

混凝土分層設計一般考慮結構需要、施工條件及澆筑能力，根據(jù)牛腿結構特點、受力情況及支撐方式分兩層澆筑：第1層標高213.5～216.0m，厚2.5m；第2層標高216.0～218.0m（見圖3）。

圖3 牛腿澆筑分層示意圖Fig.3 Hierarchicaldiagram of corbelcasting

混凝土采用高架門機加吊罐入倉，對于結構面狹窄，支撐系統(tǒng)多、密，部分豎向鋼筋長的結構，考慮門機入倉落差大易引起混凝土骨料離析，故改用泵送混凝土。

混凝土澆筑時嚴格按照分層臺階法（h＜50 cm）進行，禁止出現(xiàn)超高現(xiàn)象，控制澆筑速度v＜0.5m/h。如采用泵送混凝土須嚴格控制澆筑速度。

2.3 蛇形柱的荷載分析及驗算

以安裝間Ⅰ區(qū)213.5 m高程2.5 m牛腿為例。蛇形柱由3根φ28縱筋、φ20環(huán)向筋和頂部封頭板焊接而成。φ28縱筋為主受力筋，等邊三角布置，間距15 cm；φ20筋三面呈蛇狀環(huán)向布置；封頭板（20 cm×20 cm）為蛇形柱受力點，連接上下游對稱拉筋。蛇形柱左右間距1.5m，距離上游模板邊1.0m分布，作用于蛇形柱的荷載為通過拉筋傳遞的靜荷載和活荷載。

2.3.1 支撐受力分析

1933年12月14日、22日，全總蘇區(qū)中央執(zhí)行局委員長劉少奇先后給梁廣、郭光洲（時任全總蘇區(qū)中央執(zhí)行局青工部代部長）及朱榮生、王子剛寫信，就他們寫給全總執(zhí)行局的報告、來信反映的工作情況和思想認識，進行批評指導。這兩封信后來以《反對擴大紅軍突擊運動中的機會主義的動搖》為題，發(fā)表在中共中央機關刊物《斗爭》第41期（1934年1月5日出刊）。

蛇形柱受力如圖4所示。

圖4 213.5m高程蛇形柱受力圖Fig.5 Force diagram of EL.213.5m serpentine column

2.3.2 靜荷載標準值

1）牛腿上部混凝土、模板的自重：

2）活荷載為施工荷載標準值與振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載：

3）蛇形柱的軸向壓力設計值：N=1.2N1+1.4N2=160.4 kN

2.3.3 蛇形柱的穩(wěn)定性計算

蛇形柱的穩(wěn)定性計算公式[3]：

式中：N為蛇形柱的軸心壓力設計值，N=160.4 kN；φ為軸心受壓立桿的穩(wěn)定系數(shù)，由長細比lo/i查表得到，φ=0.65；lo為計算長度，lo=300 cm，i為計算蛇形柱的截面回轉半徑，i=150/4=37.5 mm；A為蛇形柱凈截面面積，A=3×28=1 847 mm2；σ為蛇形柱抗壓強度計算值，N/mm2；[f]為蛇形柱抗壓強度設計值，[f]=205.000N/mm2。

2.3.4 拉筋的受力計算

安全系數(shù)取1.2。

第一排拉模筋：

現(xiàn)場取4φ12，A=452mm2，滿足要求。

第二排拉模筋：A=372mm2

現(xiàn)場取4φ12，A=452mm2，滿足要求。第三排拉模筋：A=323.2mm2

現(xiàn)場取4φ12，A=452mm2，滿足要求。

高程213.0m第一排、第二排、第三排采用φ12圓鋼。

3 效果分析

1）進度。內(nèi)拉模板施工簡化了施工工藝，減少了鋼管腳手（或三角桁鋼架）的用量以及搭設工期，模板拆除由門機配合，加快了施工進度。

2）安全。減少了高空作業(yè)的工作量，消除了滿堂腳手架搭設或在三角桁鋼架上搭設、拆除腳手架的安全隱患。

3）成本。節(jié)約資金約40萬元。

4 結語

船閘與安裝間結合段設計有較多懸臂牛腿，既有大牛腿垂直方向套小牛腿，又有牛腿尺寸漸變等情況，牛腿形狀復雜。在比較鋼管排架支撐、鋼桁架和三角柱內(nèi)拉法等施工技術的基礎上最終采用內(nèi)拉法進行施工。與傳統(tǒng)工藝比較，通過采取內(nèi)拉法施工技術，既確保了懸挑結構（牛腿）的施工質(zhì)量與安全，也取得了較好的經(jīng)濟效益，可為其它類似工程提供一定的借鑒。

[1]四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐船閘工程土建施工及金屬結構安裝標段施工圖設計[R].2005.Sichuan Communication Surveying&Design Institute.Construction drawing design for civil construction and metal structure installation sections of Chongqing Jialing River shipping developmentCaojienavigation-power junction lock project[R].2005.

[2]中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司.重慶市嘉陵江航運開發(fā)草街航電樞紐工程船閘與安裝間結合段施工圖設計[R].2006.Power China Chengdu Engineering Co.,Ltd.Construction drawing design for the connection ofnavigation lock and installation room in Chongqing Jialing River shipping development Caojie navigationpower junction lock project[R].2005.

[3]《建筑結構靜力計算手冊》編寫組.建筑結構靜力計算手冊[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1998.Writing Group of Architecture Structure Static Calculation Handbook.Architecture structure static calculation handbook[M].2 ed.Beijing:China Architecture&Building Press,1998.