嘉陵江草街航电枢纽船闸工程混凝土施工技术

李冰黎，李哲，刘振山

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

0 引言

混凝土结构施工是整个工程施工期的核心工序，选用合适的施工技术对施工过程的影响极大。混凝土施工技术从大的工序可划分为模板、钢筋、混凝土，与传统港口或船坞相比，草街船闸工程的混凝土施工具有以下特点和难点：

1）结构特点：尺寸大、墙体高、结构复杂、工程数量大。船闸基坑最大深度达63m，混凝土总量达到60万m3，超过2 000个仓面；出于大体积防裂考虑，船闸混凝土主要为低标号低坍落度多级配混凝土。

2）施工难点：施工场地狭长，施工干扰大，工期要求高，施工强度高。施工范围长达1 500 m，深基坑宽度仅23 m，基坑需要布置的大型设备多，设备之间以及施工工序之间的干扰大，而其混凝土浇筑强度高（4万m3/月），高强度施工持续时间长（7个月）。

针对以上特点和难点，如何在确保施工质量、安全的前提下，保证持续的高强度施工是很大的考验，需要采取综合的施工措施，精心组织才能保证施工强度和施工质量。

1 模板工程

1.1 钢模板工艺

传统的水利水电工程施工一般采用组合钢模板工艺，它具有一定的强度和刚度，且自重较轻，但存在拼缝较多、整体性差、浇筑的混凝土面不够光滑等缺点，同时支立速度缓慢，主要是人工操作，周转次数也较大片钢模板少。

为了确保施工进度和质量，船闸工程选择使用大片钢模板工艺。这种模板具有安装和拆除简便、尺寸准确、板面平整的特点；施工工艺简单、进度快、质量好；工业化、机械化施工程度较高，综合经济技术效益好。这种模板的使用，大大节约了仓面准备的时间。

在一些断面变化大、结构复杂的部位，通过经济比较，选用了更轻便、更利于保证结构尺寸的组合钢模板、胶合板模板、定制异形钢模板进行施工。

1.2 安装间牛腿内拉模板

安装间牛腿尺寸大（外伸4.5m），距下方高度达31.5 m，如在外侧采用钢管脚手架作为支撑，则工程量较大且对工期不利；如采用施工平台搭配钢管脚手架作支撑，施工平台的吊装拆除又具有极大的安全隐患。经详细计算和多次讨论，其模板的支撑均采用内拉法施工，即在内侧埋设型钢立柱，将模板与立柱通过钢筋焊接拉紧。内拉模板简化了施工工艺，加快了施工进度。

1.3 柔性阴角钢模板

在船闸闸首阀门井施工中，为了保证竖井的内壁质量，同时考虑模板便于支拆，取消了传统施工中常用的“穿心板”工艺，采用了可调的柔性阴角钢模板工艺。即采用较薄的钢板作为面板，转角部位后侧不设加劲肋结构，形成柔性阴角钢模，通过焊接在阴角内侧的调节杆，调节阴角模板的角度。支立时后支角模，拆除时先拆角模，支拆简便，实体质量优良，实践效果极佳。

2 钢筋工程

钢筋工程主要采取了以下施工措施：

1）在钢筋直径较大、数量较多的部位，采用了等强滚轧直螺纹套筒连接工艺[1]；在直立筋接高部位，采用了电渣压力焊连接工艺[2]。节约了仓面钢筋制绑时间，降低了接头成本，提高了工效。

2） 对一些特殊部位，例如竖井结构钢筋施工，采用了后方绑扎、整体吊运安装的工艺，大大节约了仓面准备的时间。

3 混凝土工程

3.1 混凝土生产

船闸工程的混凝土均为自产，同时需满足枢纽其他部位的供应，因此在骨料加工系统和拌和系统设计时，以满足最大强度为基础，在配合比设计中进行了多次优化。系统运行时配备专人负责骨料的加工控制和拌和系统的供应调度工作和质量控制工作，确保了混凝土高质量供应。

3.2 混凝土运输

船闸工程浇筑点较为分散，且仓面数量较多，因此选择自卸汽车进行水平运输。

自卸汽车的选型与数量配备由入仓设备的效率计算得出，而入仓设备的效率由仓面设计计算得出。

以船闸工程较为多见的仓面（20m×15m×3 m），以6 m3吊罐入仓为例，计算如下：

1） 仓面设计因仓面面积较大，故采用台阶法下料，见图1。每铺筑1次需要的混凝土方量，即将所有台阶覆盖1层需要的混凝土量[3]：

图1 台阶法下料示意图（单位：cm）Fig.1 Sketch ofmaterialpreparation bybenchmethod(cm)

式中：L为浇筑仓面短边长度，取15 m；v为吊罐容积，取6m3；δ为铺料厚度，即台阶高度，取0.5m；n为台阶数；取3/0.5=6。

以混凝土初凝时间4 h，即混凝土铺料允许间隔时间4 h计算，需要入仓设备的每小时混凝土入仓效率为155.88m3/4 h=38.97m3/h

2）自卸汽车的选型与数量配备

采用6 m3吊罐入仓，要求自卸汽车载重量≥6m3×2.4 t/m3=14.4 t，因此选择15 t或者20 t自卸汽车。

以运距1.5 km，考虑其他因素计算，汽车运输工作循环时间T约为25min；

每小时吊运入仓次数为n≥38.97m3/h÷6m3=6.495次，取整为7次。

自卸汽车的数量配备N≥nT/60=7×25÷60=2.917台，取整为3台，即配备3台15 t或20 t自卸汽车即满足施工要求。

实践证明，通过以上计算过程最终确定的自卸汽车配备，满足船闸混凝土施工强度的要求，未有因运力不足影响浇筑的情况发生。

3.3 混凝土入仓

入仓设备和入仓工艺根据混凝土特性的不同，有不同的浇注方式选择，见表1。

表1 不同入仓设备和工艺适用混凝土特性Table1 The concrete characteristicsby different warehousing equipmentand technologies

船闸工程中，根据对混凝土设备入仓效率的要求（38.97 m3/h），结合不同施工部位、不同结构、不同场地条件，采取了多种入仓工艺相结合进行混凝土施工。

1)挖掘机入仓

对于仓面断面较小，结构高度较低的部位，例如闸室底板和导墙下部结构等，采用了挖掘机入仓工艺。仓面断面小（1.5～4m）的部位，单侧场地条件好，采用普通挖掘机入仓；仓面断面稍大（4～15 m）的部位，单侧场地条件好，采用长臂挖掘机入仓；仓面断面大于15m，但两侧场地条件较好的部位，采用2台长臂挖掘机入仓。

该工艺较为简单，可操作性强，对混凝土性能要求低，施工成本低，大大提高了浇筑效率，减少了吊车的作业时间，但受场地条件和结构形式影响大。

2） 布料机入仓

对于仓面断面在20m以内，但场地条件不能满足长臂挖掘机入仓的部位，例如闸首闸墩的下部结构等，采用了布料机入仓工艺，见图2。

图2 布料机入仓Fig.2 W arehousing concrete spreader

该工艺对骨料粒径无要求，适用于低坍落度混凝土浇筑。布料机可360°旋转布料臂，浇筑范围大，但在胶带传送过程中，水泥浆损失严重；布料机最大仰角（输送四级配混凝土）为15°～16°，对结构高度较大的船闸工程不适用；需配备挖掘机作为施工辅助设备，且在施工中皮带容易跑偏，需要现场设专人进行看护。

3）履带式吊车入仓

对于作业面相对分散，且结构尺寸和结构高度超出挖掘机和布料机覆盖范围的部位，例如上、下引导墙的上部结构，采取了流动的履带式吊车配备6方吊罐入仓的工艺。

该工艺适用于低坍落度多级配混凝土入仓，可直接用自卸汽车进行混凝土的水平运输和喂料，但起重能力、起升高度对浇筑速度影响较大。

4）三级配地泵入仓工艺

对于浇筑点较为集中，结构高度较高，浇筑量较大的部位，采取了三级配地泵入仓工艺。

该工艺要求混凝土坍落度＞8 cm，可用于浇筑最大骨料粒径为80 mm的混凝土，额定垂直最大输送高度60m，满足结构高度要求。但其架设难度大，不便移动，不利于大面积仓面浇筑；需配备汽车吊和挖掘机作为施工辅助设备；堵管后疏通过程较长。

5）门式高架门机入仓

船闸主体结构尺寸大（最大断面宽39.8 m），结构高度高（最大63 m），浇筑强度高（近40万m3混凝土要在1 a完成浇筑），浇筑范围相对集中（船0+0～船0+286），通过设备选型，安全、经济的综合比较，采取了MQ600高架门机配备6 m3吊罐入仓的工艺，见图3。

图3 上闸首高架门机Fig.3 Upper lock head gantry crane

根据设备性能和总体施工布置，在船闸主体共布置3台MQ600高架门机，分别布置在上闸首、闸室、下闸首的底板上，轨道沿顺水流方向布置。

该工艺适用于低坍落度多级配混凝土入仓，可直接用自卸汽车进行混凝土的水平运输和喂料，起重能力、起升高度相对于履带式吊车有较大提升，受场地条件制约较小，且浇筑速度快，综合成本低。

6）其他辅助工艺的运用

在结构高度较高，上方有便利的施工道路和管架搭设的部位，采用了“溜槽—串筒”工艺，在保证混凝土质量的前提下，省去了吊车作业，同时，单仓浇筑时间也减少为原工艺的80%。

3.4 对混凝土吊罐进行改进

传统的手动单颚式料门操作不便，下灰过程中难以闭合，混凝土堆积较厚，不利于分层振捣。通过比选，改制为操作便利的双颚式弧门，并引入液压启闭系统。依靠吊起卧罐时罐体及物料的重力产生液压实现弧门的开启，可轻易实现单罐混凝土3次启闭下灰，有效地控制下料部位和混凝土堆积高度，见图4。

图4 改进的混凝土吊罐Fig.4 The im proved concrete bucket

4 结语

1）仓面准备和仓面浇筑是混凝土施工的两大控制性工序，其中仓面准备的重点是模板工序和钢筋工序，而仓面浇筑的重点是合理的入仓工艺的选取。因此，模板、钢筋、入仓三道工序的施工水平决定了混凝土施工的水平，也在很大程度上是判断一个工程过程控制好坏的决定性指标。

2）合理的仓面设计对混凝土施工进度和质量有极大的影响。项目部设计了“混凝土仓面浇筑工艺设计表”，对参与混凝土施工的各项设备、机具、人员进行规范化调配和管理，实际应用中取得了不错的效果。

3）结合不同施工部位、不同结构、不同场地条件，采取多种入仓工艺相结合进行混凝土施工。实践证明，这种综合的混凝土施工既解决了入仓问题，也有效控制了施工质量、施工进度和施工成本。

[1]JGJ108—1996，带肋钢筋套筒挤压连接技术规程[S].JGJ108—1996,Specification for pressed sleeve splicing of ribbed steelbars[S].

[2]JGJ18—2012，钢筋焊接及验收规程[S].JGJ 18—2012,Specification for welding and acceptance of reinforcingsteelbars[S].

[3]水利电力部水电建设总局.水利水电工程施工组织设计手册：第三卷[M].北京：中国水利水电出版社，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.