船闸进水口结构悬挑逆作法施工技术

陈秋声

广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710

1 工程概况

白石窑枢纽船闸工程为北江航道扩能升级工程的重要组成部分，位于广东省英德市白石窑枢纽左岸，工程内容为新建二线船闸和重建一线船闸。

按照二线船闸施工进度计划，上闸首和进水口施工为关键线路，关系到二线船闸施工进度。上闸首底高程为12.32m，顶高程为43.12m，高29.80m；进水口底高程为19.32m，顶高程为37.82m，高18.50m，结构存在1.2m长的悬挑段。两者之间建基面高差为7m。根据设计方案，二线船闸采用先上闸首后进水口的施工顺序。具体布置如图1、图2所示。

图1 上闸首、进水口纵断面（高程单位：m；尺寸单位：mm）

图2 进水口平面示意图

上闸首和进水口结构施工受到诸多因素的影响，工期滞后。主要影响因素如下：（1）上闸首底板工程量大，存在弧形输水廊道，施工技术复杂，且廊道底板浇筑完成后需要进行帷幕灌浆，施工时间长；（2）进水口结构复杂多变，左、右进水口共用异型模板，周转慢、效率低，无法满足施工进度要求。

为按期保质完成任务，需对施工技术进行创新。目前，上闸首施工技术较为成熟，能满足施工要求[1]。因此，需改进进水口结构施工技术。进水口悬挑结构一般采用传统脚手架施工[2-4]，但易影响上闸首施工，交叉作业影响大，存在施工风险。因此，决定通过设计悬挑支撑平台作为进水口施工平台，从顺作法改为悬挑逆作法施工技术，上闸首与进水口同时施工，从而缩短施工工期。

2 工程地质和水文条件

2.1 工程地质

根据勘察资料，上闸首工区土层依次分布为填卵石土层、粉质黏土层、粉细砂层、卵石土层，岩石层为中风化灰岩。进水口工区土层依次分布为填卵石土层、素填土层、粉质黏土层、卵石土层，岩石层为中风化灰岩。

上闸首建基面位于中风化灰岩层，进水口建基面位于卵石土层或中风化灰岩层，建基面岩石完整性较好，承载力满足设计要求。

2.2 水文地质

（1）地表水。工区水系属于北江水系。北江干流径流年内分配不均，枯水期（10月—次年3月）水量约占全年水量的25%，汛期（4月—9月）水量占全年水量的75%。其中，6月径流量最大，约占年径流量的20%；1月径流量最小，约占年径流量的3%。常年上游水位约为37.32m。

（2）地下水。工区地下水类型主要为第四系孔隙水。地下水位埋深为2.9～12.1m，地下水位高程为22.8～36.5m。上游地下水位稍高，水位高程为31.12～36.5m；下游地下水位稍低，水位高程为22.8～32.01m。

3 进水口底板悬挑段施工方案

3.1 悬挑支撑平台设计

根据实际情况，利用已有的材料设计制作悬挑支撑平台。平台构件为工字钢主梁、方钢横梁和胶合板施工平面，主梁下部斜撑钢管，具体结构组成参数如下。

（1）主梁采用20#工字钢，单根长4m，其中岩面搭设长度为2.3m（需锚固段），悬臂长度为1.7m（悬臂段），按间距1.5m布置，共设置14根主梁。

（2）主梁锚固段采用5道直径为20mm的钢筋进行锚固，按间距0.5m布置。

（3）每根主梁悬臂段采用2道直径为48mm的钢管进行斜撑加固，按间距1.5m布置；钢管内穿钢筋锚固在岩体内。

（4）主梁上部铺设3道250mm×250mm×6mm的方钢，按间距50mm布置，方钢上部满铺18mm厚的胶合板。

（5）检验合格后，浇筑50cm厚C25进水口垫层混凝土。

3.2 进水口底板悬挑段结构调整

为保证进水口底板悬挑段结构稳定，对底板悬挑段结构进行调整。通过研讨，形成两个方案。方案一：调整进水口底板悬挑区混凝土配筋，增大钢筋并增加暗梁，增强结构强度及稳定性。方案二：提高底板混凝土标号、保证混凝土强度，使结构稳定。

由于进水口底板混凝土方量达1350m3，通过对比两个方案的经济性，决定采用方案一，具体参数如下：加强底板悬挑区纵向4m范围内的主筋，直径从20mm加大到25mm，间距按200mm布置；底板悬挑区纵向2m范围内的主筋增加直径为12mm的箍筋和水平筋，形成暗梁，暗梁间距按3m布置。

3.3 悬挑支撑平台上部混凝土浇筑高度确定

进水口体量大，为保证悬挑支撑平台施工安全，需确定上部混凝土浇筑高度。结合进水口结构特点等因素，拟定悬挑支撑平台上部混凝土浇筑进水口结构顶部。利用midas Civil有限元软件计算平台稳定性[5]。

计算工况：由于进水口存在大量空箱结构，为简化计算，平台上部混凝土高度设为10m。

计算参数：混凝土自重荷载为24kN/m3，方钢每延米自重荷载为0.46kN，工字钢每延米自重荷载为0.40kN。

结果表明，当进水口结构浇筑至顶标高，平台方钢最大应力值为97N/mm2，小于抗弯强度设计值205N/mm2，满足强度要求；工字钢最大应力值为224N/mm2，大于抗弯强度设计值205N/mm2，结构可能发生破坏，影响施工安全，需再计算平台上部混凝土最大浇筑高度。

再次计算上部混凝土浇筑高度，计算工况：平台上部混凝土浇筑至7.3m。计算参数不变。

结果表明，当平台上部混凝土浇筑高度为7.3m时，工字钢最大应力值为204N/mm2，小于工字钢抗弯强度205N/mm2，满足施工安全要求。因此，平台上部混凝土浇筑高度为7.3m。

3.4 进水口结构悬挑段施工要点

（1）清理进水口建基面。

（2）工字钢主梁铺设在基岩上，工字钢采用20mm直径的钢筋进行锚固；安装完成后，主梁底部利用钢管斜撑加固，斜钢管内穿入直径为20mm的钢筋，锚入侧面岩体。

（3）工字钢主梁、斜撑经检验合格后，浇筑进水口结构50cm厚C25垫层混凝土。

（4）垫层混凝土终凝后，铺设工字钢上部方钢及胶合板，形成悬挑支撑平台。

（5）进水口底板钢筋板扎，立钢模。模板利用吊机和塔吊安装，安装前清理及刷涂脱模剂。

（6）进水口2m厚底板分两仓浇筑，首仓浇筑高度为1.5m，第二仓浇筑高度为0.5m。混凝土采取天泵+布料机组合浇筑，采用直径100mm的振动棒充分振捣。混凝土浇筑完毕12h后，覆盖土工布洒水养护。

（7）底板混凝土满足强度要求后，安装上部混凝土模板。剩余5.3m厚混凝土分两仓浇筑，首仓浇筑高度为3m，第二仓浇筑高度为2.3m。混凝土浇筑、振捣和养护同步骤（6）一致。

（8）平台上部混凝土达到强度后，上闸首浇筑至进水口建基面。当平台底部灌入混凝土后，拆除平台，切除工字钢悬挑部分，回收方钢。

4 结束语

白石窑枢纽二线船闸上闸首、进水口结构工期紧，环境复杂，按照常规的先上闸首后进水口的施工顺序无法满足施工工期要求。通过设计进水口结构悬挑支撑平台，调整施工顺序，利用悬挑逆作法施工技术，提前进行进水口结构施工，实现上闸首和进水口同时施工，解决了工期紧等问题，使现场施工进度满足计划要求。同时，悬挑支撑平台就地取材，施工任务完成后，部分钢材可回收重复利用，节约环保。因此，该技术在类似船闸工程中值得推广和应用。