三峡船闸地面工程混凝土施工及人字门安装技术综述.docx

1、三峡船闸地面工程混凝土施工及人字门安装技术综述三峡船闸地面工程混凝土施工及人字门安装技术综述 摘要：三峡船闸混凝土结构复杂，技术要求高，施工难度大，混凝土垂直运输布置困难，特别是闸室薄壁衬砌墙浇筑方案复杂，同时闸室混凝土基本为强约束区和约束区，温控防裂要求高；闸首超大人字门安装吨位大，技术难度大、精度要求高。武警水电部队在施工中精心设计、精心施工，混凝土浇筑通过优化门塔机布置，采用了闸室衬砌墙单侧滑模和滑框倒模技术，以及综合温控防裂技术，并取得成功，人字门安装采取测量控制优化、安装位置优化，以及制定合理的吊装和焊接技术方案，确保了安装质量和进度。 关键词：三峡船闸； 地面工程； 混凝土； 浇筑

2、； 人字门； 安装 1 概述 三峡船闸为双线连续五级船闸。地面工程混凝土浇筑总量为350万m3，金结安装总量3.78万t。船闸主体段全长1 62m，共有12个闸首，10个闸室，其结构型式以衬砌为主，部分为衬砌与重力式相结合。闸首衬砌厚度约12m；闸室有效长度均为280m，衬砌厚度1.52.1m。 闸首人字门每扇由12节单件垂直拼焊组成，门体高38.5m，宽度20.2m，厚3度3m，单扇门体重850t。船闸因结构的特殊性而具有结构复杂、技术含量高、工序繁多、施工干扰大、施工难度大等特点。 (1) 1.5m厚的闸室衬砌混凝土，结构依靠高强锚杆将衬砌混凝土与围岩连接成一整体，共同受力，墙体布置有四层

3、钢筋，墙后布置有46 m间距的排水管网，闸室墙面还布置有浮式系船柱槽和爬梯等，混凝土结构复杂，浇筑准备工序繁杂，混凝土采用吊罐很难直接入仓。 (2) 观瞻性工程，对混凝土外观和模板工程质量要求很高。 (3) 水平和竖向岩面均是基础强约束区，温控防裂要求高。 (4) 特大型人字闸门，其结构尺寸及单扇重量均为世界之最，现场安装的难度更是史无前例。最大运输单元尺寸为20.2m3.0m5.1m（长宽高），单件重100t，安装的技术难度大、精度要求高，测控难点多、安装部件杂。 (5) 工序间施工干扰大，高空作业多。 2 门塔机布置及优化 经多方案分析比较，确定永久船闸混凝土施工采用门、塔机浇筑方案。其中

4、一、二级船闸共布设了门、塔机18台。门塔机选型主要考虑灵活、实用和经济等因素，结合实际情况确定以小高架为主。在施工过程中，根据实际情况对门塔机的布置方案做了优化，在闸室浇筑程序上将“先边墙后底板”方案调整为“先底板后边墙”，浇筑前，先将门、塔机安装在闸室底板建基面上，待闸室底板浇筑后再将门机轨道移设至底板顶面，浇筑边墙，除一闸首外，混凝土均从从闸顶平台取料，可有效地降低门塔机起吊高度，提高效率，缩短工期。 3 混凝土温度控制 船闸结构复杂，温控要求高，按照设计提出的混凝土允许最高温度，其有效措施是降低混凝土浇筑温度和减少胶凝材料水化热温升。 3.1 混凝土配合比 混凝土粗骨料采用闪云斜长花岗岩

5、人工碎石，细骨料为斑状花岗岩人工砂；水泥采用525#中热硅酸盐水泥；粉煤灰选用I级灰；外加剂选用ZB-1A减水剂和DH9引气剂。在满足强度、抗冻、抗渗等技术指标的前提下，尽量提高粉煤灰、外加剂掺量以减少水泥用量，降低水化热温升。 3.2 主要温控措施 (1)采用低温混凝土浇筑。高温季节（59月）浇筑7预冷混凝土。 (2)减少混凝土运输过程中的温度损失。对混凝土运输车辆全部加盖活动式遮阳篷，避免阳光直射。 (3)采用合理的浇筑方法，缩短仓面混凝土覆盖时间。对较大仓面采用台阶法浇筑，仓内边浇筑边用EPE保温被覆盖；仓面采用人工喷雾，制造人工小气候。 (4)合理控制浇筑层厚及层间间歇时间。混凝土分层

6、基础约束区按1.5m，脱离约束区按23m，层间间歇时间控制在510d内。 (5)通水冷却。初期冷却，通冷水时间约15 d左右；中期通常温水冷却，时间1.52.5个月；对需进行接缝灌浆的部位，在接缝灌浆之前进行后期通水冷却，通江水或制冷水。 (6)高温季节浇筑的混凝土实行全龄期流水养护。 (7)低温季节对混凝土表面采用EPE保温被覆盖保温，对廊道、竖井等孔洞进行封堵，预防温度骤降导致混凝土裂缝。 4 模板工程 船闸混凝土结构复杂，同时作为观瞻性工程，对外观和模板工程质量要求很高。施工中按不同的结构要求，分别采用了普通钢模板、木模板、混凝土预制模板、多卡组合悬臂模板和拉模等，在上游靠船墩、浮堤支墩

7、及闸室衬砌墙部位采用了较先进的滑模和滑框倒模施工工艺。 4.1 靠船墩滑模施工 上游靠船墩共18个，?130m以上为靠船墩墩柱，结构均为直径7m，高47.5m，其中?162m以上为壁厚1.5m的筒壁结构，设有一排固定系船柱。 根据墩身的曲率将钢模板加工成弧形，围檩兼作滑道。每套滑模装置上专设两套附着式导索升降机，用于混凝土垂直运输及施工材料的运送。 施工中控制混凝土蹋落度为35cm，滑升间隔时间以混凝土强度达0.10.2MPa控制，滑升速度根据气温不同控制在1020cm/h。钢筋随浇筑进行绑扎，钢筋连接采用冷挤压和等强直螺纹机械连接技术。 为保证滑模施工的连续性，预埋工作提前两个滑升行程进行。

8、将系船柱各构件在场内预组装，现场分段安装，采用型钢支撑架固定。 采用垂球控制柱体的纵横轴线，每滑升一个行程检查一次，正常滑升用经纬仪检查滑模提升架的偏移情况并及时纠偏，利用千斤顶和支撑杆的倾斜来纠正偏差。 4.2 闸室衬砌墙滑模施工 船闸闸室段混凝土由边墙和底板两部分组成。边墙混凝土每块宽12m，衬砌厚度一般为1.52.1m，墙高3050m，最大60m；竖向每隔1530m设有一道水平缝；墙内设内外双层钢筋；闸室迎水面每隔24m设一浮式系船柱槽，背水面设有纵横排水管网，底部设有基础排水廊道。 (1)单侧分离式滑模机构 滑模模具提升采用GYD60型液压千斤顶，支撑杆采用483.5m钢管，将液压平台

9、与模板分开，第一排支撑杆布置在混凝土衬砌墙体内，并与墙面高强锚杆和结构钢筋连接成整体，第二排支撑杆紧靠迎水混凝土面，墙外另外再设置三排支撑杆，共布置24个千斤顶；在第一排支撑杆与第二排支撑杆中设置钢模板，模板高度120cm，钢模板挂在围檩上，围檩和千斤顶均设置在门架上，液压控制台采用HY36型；第三排支撑杆和第五排支撑杆间布置下料和操作平台，整个平台与模板分离，平台加固采用48钢管。 (2)施工工序 脚手架搭设基岩面清理基础验收排水管网安装内层钢筋架设浮式系船柱安装拆除脚手架模体及操作平台安装验仓浇筑人工抹面养护或保温 (3)施工工艺及质量控制 混凝土：R28250S6D150 ，塌落度35c

10、m，水灰比0.45，水泥190kg，粉煤灰掺量20，ZB-1A型减水剂掺量0.5（常规混凝土0.7）。 滑升速度控制：视气温而定，一般按照混凝土强度0.10.2MPa左右滑出模板控制，冬季每天滑升约22.5m，夏季约34m。 滑升偏差控制：采用经纬仪和吊锤相结合的方法检查纠正模体偏差。每滑升2030cm高度，观测垂球对中情况，同时每天用经纬仪检测12次。 4.3 滑框倒模施工 单侧滑框倒模是在单侧滑模的基础上进行改进，其原理和施工工艺与单侧滑模基本一致，主要区别是增加了人工倒模工序，减少了人工抹面工序。 滑框倒模系统主要由模板、滑道、提升架、导轨和操作平台等组成。模板高度为200cm，分5层，

11、每层40cm；滑道采用483.5m钢管制作，间距30cm；提升时模板不随提升架滑动。滑框倒模系统共布置有28个千斤顶，液压控制系统与单侧滑模相同。 在正常滑升过程中，按照浇筑40cm滑升40cm底部拆模40cm顶部立模40cm的程序循环进行。质量控制的重点是底部拆模时间。 5 钢筋和止水工程 钢筋的加工严格按设计要求和施工规范进行，并便于施工和减少接头，加工好的钢筋分仓位堆放，做好标识，经使用单位检查验收合格后出厂。 钢筋的安装严格按设计图纸施工，控制好位置、间距和保护层，钢筋与模板的间距采用预制混凝土垫块控制。 钢筋的连接是关键工艺，鉴于永久船闸钢筋施工强度高的特点，传统的焊接工艺已远不能满

12、足施工质量和进度的要求，经试验研究采用了气压焊、冷挤压、等强直螺纹等新技术和新工艺。 止水有紫铜止水和塑料止水两种，铜止水采用双面焊接，搭接长度不少于2cm，塑料止水采用铆接，必要时采用焊接。水平止水安装时必须认真固定好，止水下面保留至少50cm的混凝土浇筑高度；十字和丁字缝接头采用成型加工产品。 6 混凝土浇筑 混凝土拌和：全部采用98.7拌和系统供应的商品混凝土。 混凝土分区：混凝土设计标号分区多，为保证施工质量，对混凝土运输车设条码以区分不同标号的混凝土，仓内控制先浇筑高标号混凝土，并超出分界线50100cm，然后再浇筑低标号混凝土。 混凝土入仓：采用门机吊卧罐入仓，混凝土垂直落差不大于

13、2m，超过2m的采用缓降措施（如设溜槽或串筒等），防止混凝土分离，并不得直接冲击模板、止水、锚杆和其他埋件等。 混凝土浇筑：采用了通仓浇筑和台阶浇筑两种方法，混凝土入仓后尽量采用人工撒锹平仓，铺料厚度一般控制在3050cm。采用插入式振捣棒振捣，需特殊保护的部位采用软轴振捣棒振捣。 层面缝：混凝土初凝后终凝前，采用高压冲毛机并辅以人工凿毛，层面间歇时间为57d。在浇筑上一层混凝土前，均匀铺设一层23cm厚的水泥砂浆，确保新老混凝土良好结合。 养护：混凝土浇筑1218h后即开始进行洒水或流水养护，养护时间按设计要求为同龄期养护，个别重要部位按监理要求延长养护时间。 7 人字门安装 安装程序为：安

14、装前测量放点埋件安装门体运输吊装拼焊顶枢安装背拉杆安装其它附件安装等。安装过程中，重点对高精度测量放点、门体安全吊装就位、门体节间对位和拼装、焊接顺序及变形控制等制定专门措施。 7.1 测量控制 高精度测量是保证人字门安装精度的前提。实施中，平面网的布设采用了同时顾及精度和可靠性标准的机助模拟优化设计方案；高程网的布设采取分别在闸顶和门龛底板布设二等水准路线。人字门安装的基准点主要有人字门底枢旋转中心和埋件枕座上的支承中心，由于受现场地形条件的限制，主要采取了垂准测量方法进行设置。为了控制底枢座板的安装方位及门轴线的方位，在闸首底板上左、右合力线、门轴线的交点位置增设两个基准点。 7.2 人字

15、门运输与吊装 闸首人字门每扇分为12节，单件最重约100t。门叶在堆场用150t履带吊装车、100t平板挂车运输至?131.0m一闸室底板上后，由300t履带吊卸车。卸车后由300t履带吊配150t履带吊在空中将门叶翻身90呈直立状态，而后由300t履带吊吊装就位。门叶在翻转90后落地换钩前，用道木垫平，使其不会倾倒。底节翻转90后，因一端有底枢顶盖，使门体两端重心偏移，须用2组32t滑轮组配10t倒链调平。 7.3 人字门拼焊变形控制(1)预留反变形。 对于门体焊后向上游倾倒及沿厚度方向角的变形，通过在门段拼装中预留反变形来加以解决。如在门叶拼装时，使门叶向下游（背面）方向略作倾斜，即留一定

16、数值的反变形，以抵消面板焊接时的焊缝横向收缩。在点固焊和正式焊接时，先将下游面隔板后翼与主梁后翼缘的对接缝焊好，以期面板焊接之前能尽可能增大门叶刚度。根据以往经验，反变形数值一般为拼装门段高度的0.8%1.0%，即3m高的门段，反变形数值在23mm之间，具体视门段焊接后变形情况以及吊装节和底节之间的垂度来确定。 (2)焊接顺序。 人字门焊接顺序应以“端板和边柱先定位焊，横向收缩大的接头先焊接”为原则，来减少闸门倾斜变形，减小焊接应力，利于焊接变形控制。门叶分段接缝焊接顺序是：端板内缝端板外侧受力劲板端隔板端柱上下游翼板隔板后翼缘中间隔板下游半宽中间隔板上游半宽面板外侧面板内侧与主梁翼板贴角焊。

17、 (3)焊接工艺。 在施焊过程中，对焊前需预热的焊缝应按评定的加热温度和加热方法进行加热，加热布置在施焊边的背施焊侧，预热温度由专人测控。焊接开始后要连续焊接至完成。焊接时采用多层、多道、对称、分段、退步的方法进行。对接缝一面焊接封底后，另一面清根封底，而后再双面焊满。每层缝厚度要求小于6mm，层间接头错开300mm以上（端板除外）。控制对称焊的焊接速度和层间温度，以提高焊缝内在质量。如因故停止焊接，则须对要求预热的焊缝进行保温。 由专人监视检测门体变形倾向，一旦发现焊接变形较大，应停止施焊，采取改变焊接顺序或焊接方向、调整线能量分配方向等措施来纠正或减小变形。锤击焊缝（尤其是面板侧）以有效消

18、除焊接应力，减小焊接变形。 7.4 背拉杆安装 由于背拉杆件太长，采取分两段运输，在现场焊接平台上进行对接拼焊，并注意控制焊接变形。焊接后进行100%的磁粉超声波探伤。安装时，利用吊装平衡梁将背拉杆吊起，就位后先将螺纹端插入挡板孔中，然后利用导链调整背拉杆的角度，使背拉杆的另一端对准节点板垫板上的定位孔。全部安装完成并检查无误后，初步拧紧螺母，避免使个别杆件长期处于受弯状态。最后在门体调试时对背拉杆施加预应力至设计值。 8 结语 1998年10月8日，船闸地面工程上游靠船墩开始浇筑第一块混凝土，至2002年6月主体混凝土浇筑和金结机电安装全部完成，并于2002年9月1日下航道破堰进水，进入船闸有水调试阶段。在地面混凝土浇筑施工中，采取的优化门塔机布置、闸室衬砌墙单侧滑模和滑框倒模技术及综合温控防裂技术，在人字门安装中采取的测量控制优化、安装位置优化选择，以及合理的吊装和焊接施工技术，实践证明是先进的，不仅确保了施工质量和施工进度，还填补了多项水电施工技术空白。