小型穿堤涵闸浮运沉装施工技术研究及应用

黄二位

（安徽水利开发有限公司，安徽 蚌埠 233000）

水利水电堤防工程建设中，涵闸结构广泛使用于穿堤建筑物。为了克服常规的填筑围堰、现场立模扎筋浇筑和预制陆运吊装等施工方法带来的工期长、费用高的缺点，笔者通过诸多水利工程实践，总结完善了小型穿堤涵闸浮运沉装施工技术。该技术不需要填筑围堰，投入的大型设备和操作人员数量少，安全系数高，能大大缩短工期[1]。

1 施工技术特点及适用范围

小型穿堤涵闸浮运沉装施工技术无需填筑围堰，减少了因为破除堤防而带来的长时间交通中断影响，也大大提高了工效。充分利用地域水系发达和水位受涨落潮影响较大的特点，采取水中浮运的方式将涵闸结构运至预定的位置，运输安全且成本较低。运至预定位置的涵闸结构，在落潮低水位时，利用反浮力原理，在闸体内缓慢灌水，使其自身加上水的重量大于平衡时的浮力，从而准确沉落至设计位置以完成安装，避免了使用大型起吊设备吊装就位的方法，既安全又经济[2]。

2 工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

涵闸预制→涵闸进出口封堵→水密试验→涵闸浮运、就位（基坑开挖）→涵闸沉装、固定→进出口封堵板拆除→涵周回填及堤顶道路恢复。

2.2 操作要点

2.2.1 涵闸预制

预制场地选择距离施工地点较近，水陆交通便利，既便于混凝土、模板等材料和工具的运输，又方便箱涵出驳且风浪较小的临时码头。

涵闸预制优先选用商品混凝土泵送入仓，既可简化现场的临时设施，又能保证混凝土的质量和供应力度。

2.2.2 涵闸进出口封堵

涵闸下水前，需对其进出口端面进行封堵，以保证涵闸形成一个密闭的舱体。封堵材料采用3mm薄钢板，为了加强其密封性能，在钢板与结构间沿着结构的横截面垫设一层2mm 橡皮。

2.2.3 水密试验

为了确保涵闸在浮运过程中不漏水，能基本按照理论计算的情况下处于稳定状态，需在涵闸下水前、封堵工作完成后进行水密试验。如有漏水或湮湿现象需标识清楚，待闸体内水放完结构自然晾干后，组织人员对漏水、湮湿部位进行处理以满足浮运要求。

2.2.4 涵闸浮运

浮运前操作人员要熟悉浮运水道，浮运时间应选择高潮或高水位时，涵闸经水密试验后，在涨潮高水位时通过滑道溜放下水并在水中自由浮起，然后用拖船牵引、拖曳至预定位置[3]。为了确保浮运过程中涵闸结构的稳定安全，还需对以下几个方面进行验算：

（1）浮游稳定验算

当涵闸结构定倾中心M 在重心C 上方，重力和水的浮力产生稳定力偶，促使涵闸结构扶正，此时涵闸结构属稳定平衡，涵闸近程浮运过程中，为了确保涵闸稳定，M 与C 的距离应不小于0.2m。

（2）吃水和干舷高度验算

为了保证涵闸在溜放、漂浮、拖运时不没顶，涵闸应有足够的干舷高度，其计算结果应满足以下公式：

F=H-T≥B0·tanθ/2+2h/3+S

式中：F—干舷高度（m）；H—涵闸高度（m）；T—涵闸吃水深度（m）；B0—涵闸在水面时的宽度（m）；h—浪高（m）；θ—涵闸在水中的自由倾角，取8°；S—涵闸干舷的富裕高度（m），取0.5m。

2.2.5 基坑开挖

基坑开挖方式以机械开挖为主。从下游侧向上游侧开挖，先开挖中间土体再开挖两边，剩余上游临水局部土方待水位高潮时迅速挖除。开挖应保持均衡、对称开挖，以使土体开挖过程中和开挖后应力释放均匀，保证基础的安全。

2.2.6 涵闸就位、沉装固定

涵闸运抵施工现场附近后，暂时泊锚在岸边，待基坑开挖完成后，再将涵闸拖运至设计位置。

涵闸沉装前，需对基坑的平面尺寸和高程进行验收。对进入基坑的水道进行清理后，将涵闸运至预定位置并用锚艇粗略定位，用4 根缆绳各连接1只倒链，分别固定在涵闸顶部四角的预埋拉环上，倒链固定在堤身的钢管桩上。待落潮或水位较低的时候，向涵闸腔体内充水使其缓慢下沉，下沉过程中，结合潮位的改变随时调整倒链、收放缆绳，并用全站仪控制涵闸的精确位置，等待涵闸自然坐底稳定后，用全站仪复测确保安装平面位置和高程准确。最后在涵闸的四个角部用∠100mm×100mm 角钢打入土中固定牢靠，确保涵闸在后续施工中不移位。

2.2.7 进出口封堵板拆除

涵闸两侧回填土填至与涵闸顶面平齐，并在低水位时方可进行进出口端面封堵板拆除，拆除时先拆除下游侧，水进入闸体且与上游侧河道内水位持平时再拆除上游侧封堵板。

3 质量控制

3.1 一般质量检查

3.1.1 材料与设备的检查

结构预制所用的混凝土和钢筋，应按设计要求和规范规定进行性能和坍落度的检查。用于预制、浮运、沉装的机械设备等应按监理指示及相关规定进行质量检查。

3.1.2 施工过程控制检验

（1）模板的位置、高程需符合设计要求，模板及其支架的强度、刚度和稳定性需满足规范规定，平整度、垂直度偏差需满足规范规定；钢筋的规格、型号、尺寸、位置、间距、接头设置等应符合设计要求和规范规定。

（2）在浮运前按计算结果测放出涵闸结构的重心、浮心和定倾中心，并作出明显标记，涵闸下水前还需对结构的密封性能再次进行灌水检查[4]。

（3）安装质量检查。涵闸安装就位后，应及时检查安装的位置和高程，架设全站仪在测量基桩上，分别照准标在涵闸顶板上的两端部轴线点，转角和距离均满足要求即为合格。

考虑到上部土方回填会造成结构沉降，安装完成后的顶面高程应比设计要求高50mm，用水准仪和塔尺配合量测顶面高程，控制允许偏差不大于+10mm、-0mm。

3.2 关键部位、关键工序的质量标准和技术要求

（1）预制台座顶面应平整、光滑，用3m 靠尺检查其平整度偏差不大于2mm。

（2）模板强度、刚度及其支架的稳定性必须满足规范规定要求，侧墙模板安装尺寸偏差不大于5mm，垂直度偏差不大于H/1000mm（H为涵闸高度）。

（3）钢筋的规格、型号、尺寸必须满足设计要求和相关规范规定，主筋保护层偏差不大于2mm，主筋间距、排距和箍筋间距不大于5mm。

（4）涵闸下水前做好封堵措施并对密封性能进行检查，具体方法和标准如下：

①闸体应分三次充水：第一次充至1/2 位置，第二次充至3/4 处，第三次充满。

②每次灌水结束后，分别静置24 小时，检查渗漏情况并标记。

③进出口端面密封处和混凝土结构面不应出现呲水和水流现象，洇湿面积不应大于100cm2。

（5）涵闸重心、浮心和定倾中心的计算应准确，其位置偏差不大于10mm。

（6）涵闸应安装在平整坚实的土基上，其安装位置和高程应符合设计要求，轴线偏差不大于10mm，顶面高程偏差不大于+10mm、-20mm。

4 结语

小型穿堤涵闸浮运沉装施工技术采用干地预制成型，然后通过水道浮运至预定位置，再进行下沉安装以完成穿堤涵闸结构的施工。相较传统的现场立模扎筋浇筑和预制陆运吊装等施工技术，该技术具有工序简单、施工质量较易控制、缩短工期、能耗小、成本低等特点，施工过程中减少了废水、废气、废渣排放，利于环境保护和水土保持。其技术的关键点是确定定倾高度、浮运参数和选择牵引设备，这些数据的获取不仅要有准确的理论计算，还要紧密结合工程实际。如能很好地解决技术上的关键问题，对大型混凝土空箱结构物的浮运沉装施工有很好的借鉴意义■