嘉陵江草街航电枢纽船闸工程悬挑结构模板内拉法施工技术

毛海滨，王立春

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116001）

嘉陵江草街航电枢纽船闸工程结构及其复杂，其输水系统为空间结构的曲线廊道形式，结构中井、沟、槽较多，特别是在不同结构部位有不同高度、不同尺寸的悬挑结构（牛腿），其施工工艺的选择将直接影响到悬挑结构（牛腿）的施工质量和安全，同时对工程成本、工期也有一定影响。因此应根据工程的具体地形位置和结构构造选择悬挑结构（牛腿）合理的施工工艺。

1 施工工艺的选择

悬挑结构（牛腿）传统施工方法主要有满堂承重脚手架支撑和悬挑法，这两种工艺各有优缺点，需要根据现场情况合理选择。

在本工程中，上闸首左侧检修闸门葫芦吊现浇轨道梁为悬挑结构（牛腿），其尺度为（长×宽×高）22.68m×1m×1.2m，牛腿底部高程为219.1 m，距离205m平台有14.1m高差[1]，若选择悬挑法，由于长度大，加工悬挑用钢桁架不是十分经济，同时由于其高度不大，在205 m平台搭设满堂承重脚手架施工比较合理。而其右侧检修闸门葫芦吊现浇轨道梁长度仅有8.18 m，长度不大，因此综合考虑选择类似第二种方法，即三角钢桁架+脚手架支撑工艺：在闸身安装钢桁架，在钢桁架上铺设满堂承重排架管，牛腿自重及外力经过排架管传到钢桁架再传到闸身混凝土。

在船闸与安装间结合段中，牛腿形状复杂，主要有5种类型牛腿，既有大牛腿垂直方向套有小牛腿，又有牛腿尺寸渐变等情况，其中最大牛腿尺寸为4.5 m×4.5 m，距离地面高差29.1 m[2]。如采用传统的满堂脚手架支撑施工工艺，支撑施工高度高，时间长，且对基础有较高要求；如采用三角钢桁架+脚手架支撑工艺，对三角钢桁架的结构要求较高，且三角钢桁架需要多种尺寸才能满足不同外探宽度牛腿的要求，同时在三角钢桁架上搭设、拆除脚手架存在较大的安全隐患，为此，需要选择一种适宜的方法。最终确定了内拉法施工工艺。

2 内拉法施工工艺

2.1 牛腿支撑安装

牛腿支撑安装包括模板、拉筋、蛇形柱、安全操作平台及预埋插筋等。牛腿底部模板为承重模板，两侧垂直模板只承受混凝土侧压力，因此两侧模板采用常规模板安装。根据牛腿底部模板尺寸设置拉筋。预埋20个三角形蛇形柱，采用φ28钢筋和φ20钢筋焊接而成，纵筋为3根3.2 m长φ28钢筋，成等边三角形布置，间距15 cm；三面环向钢筋为φ20钢筋，呈蛇状蜿蜒上升，将立杆两两相连（见图1）。

图1 单个蛇形柱构造Fig.1 The structureof single serpentine column

加固拉筋必须与蛇形柱封头板焊接牢固，焊接长度≥10d，拉筋中心线与封头板中心线保持一致，禁止将拉筋焊接在蛇形柱的底部或者中段，同时严禁将拉筋直接拉在主体工程立筋上；预埋定位筋采用φ28罗纹钢，埋入混凝土中30 cm，上边留25 cm；安装间Ⅰ区213.5 m高程蛇形柱左右方向间距1.5 m，距离上游模板边1.0 m分布，需3.0 m高蛇形柱共20个；216.0 m高程蛇形柱左右方向间距2.0 m，距离上游模板边1.0 m分布，需2.5 m高蛇形柱共15个（见图2）。

图2 蛇形柱平面布置图Fig.2 Layoutof serpentine column

牛腿底部模板和拉筋待最后1层混凝土达到设计强度后再拆除。单个蛇形柱竖向承受的压力为底部模板重和牛腿钢筋混凝土等产生的荷载。

2.2 牛腿混凝土浇筑

混凝土分层设计一般考虑结构需要、施工条件及浇筑能力，根据牛腿结构特点、受力情况及支撑方式分两层浇筑：第1层标高213.5～216.0m，厚2.5m；第2层标高216.0～218.0m（见图3）。

图3 牛腿浇筑分层示意图Fig.3 Hierarchicaldiagram of corbelcasting

混凝土采用高架门机加吊罐入仓，对于结构面狭窄，支撑系统多、密，部分竖向钢筋长的结构，考虑门机入仓落差大易引起混凝土骨料离析，故改用泵送混凝土。

混凝土浇筑时严格按照分层台阶法（h＜50 cm）进行，禁止出现超高现象，控制浇筑速度v＜0.5m/h。如采用泵送混凝土须严格控制浇筑速度。

2.3 蛇形柱的荷载分析及验算

以安装间Ⅰ区213.5 m高程2.5 m牛腿为例。蛇形柱由3根φ28纵筋、φ20环向筋和顶部封头板焊接而成。φ28纵筋为主受力筋，等边三角布置，间距15 cm；φ20筋三面呈蛇状环向布置；封头板（20 cm×20 cm）为蛇形柱受力点，连接上下游对称拉筋。蛇形柱左右间距1.5m，距离上游模板边1.0m分布，作用于蛇形柱的荷载为通过拉筋传递的静荷载和活荷载。

2.3.1 支撑受力分析

1933年12月14日、22日，全总苏区中央执行局委员长刘少奇先后给梁广、郭光洲（时任全总苏区中央执行局青工部代部长）及朱荣生、王子刚写信，就他们写给全总执行局的报告、来信反映的工作情况和思想认识，进行批评指导。这两封信后来以《反对扩大红军突击运动中的机会主义的动摇》为题，发表在中共中央机关刊物《斗争》第41期（1934年1月5日出刊）。

蛇形柱受力如图4所示。

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

2.3.2 静荷载标准值

1）牛腿上部混凝土、模板的自重：

2）活荷载为施工荷载标准值与振捣混凝土时产生的荷载：

3）蛇形柱的轴向压力设计值：N=1.2N1+1.4N2=160.4 kN

2.3.3 蛇形柱的稳定性计算

蛇形柱的稳定性计算公式[3]：

式中：N为蛇形柱的轴心压力设计值，N=160.4 kN；φ为轴心受压立杆的稳定系数，由长细比lo/i查表得到，φ=0.65；lo为计算长度，lo=300 cm，i为计算蛇形柱的截面回转半径，i=150/4=37.5 mm；A为蛇形柱净截面面积，A=3×28=1 847 mm2；σ为蛇形柱抗压强度计算值，N/mm2；[f]为蛇形柱抗压强度设计值，[f]=205.000N/mm2。

2.3.4 拉筋的受力计算

安全系数取1.2。

第一排拉模筋：

现场取4φ12，A=452mm2，满足要求。

第二排拉模筋：A=372mm2

现场取4φ12，A=452mm2，满足要求。第三排拉模筋：A=323.2mm2

现场取4φ12，A=452mm2，满足要求。

高程213.0m第一排、第二排、第三排采用φ12圆钢。

3 效果分析

1）进度。内拉模板施工简化了施工工艺，减少了钢管脚手（或三角桁钢架）的用量以及搭设工期，模板拆除由门机配合，加快了施工进度。

2）安全。减少了高空作业的工作量，消除了满堂脚手架搭设或在三角桁钢架上搭设、拆除脚手架的安全隐患。

3）成本。节约资金约40万元。

4 结语

船闸与安装间结合段设计有较多悬臂牛腿，既有大牛腿垂直方向套小牛腿，又有牛腿尺寸渐变等情况，牛腿形状复杂。在比较钢管排架支撑、钢桁架和三角柱内拉法等施工技术的基础上最终采用内拉法进行施工。与传统工艺比较，通过采取内拉法施工技术，既确保了悬挑结构（牛腿）的施工质量与安全，也取得了较好的经济效益，可为其它类似工程提供一定的借鉴。

[1]四川省交通运输厅交通勘察设计研究院.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽船闸工程土建施工及金属结构安装标段施工图设计[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]中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司.重庆市嘉陵江航运开发草街航电枢纽工程船闸与安装间结合段施工图设计[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]《建筑结构静力计算手册》编写组.建筑结构静力计算手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，1998.Writing Group of Architecture Structure Static Calculation Handbook.Architecture structure static calculation handbook[M].2 ed.Beijing:China Architecture&Building Press,1998.