超长闸室底板设计与施工

吴 昊

（淮安市水利勘测设计研究院有限公司 江苏淮安 223005）

1 引言

连云港市义泽河闸作为盐东控制枢纽的重要建筑物之一，主要有挡潮御卤、防洪、排涝降渍、蓄淡灌溉和通航等作用。闸室为开敞式平底板结构，共3孔，边孔每孔净宽10.0m，中孔净宽 16.0m，闸孔总净宽 36.0m，底板顺水流方向长 17.0m，垂直水流方向总宽 41.4m。闸室两侧回填土高度超过 8m，边荷载很大，如将底板垂直水流向从两中墩处分为三块，边跨底板因受两侧土压力作用，将对中跨产生很大的水平挤压力，容易对结构产生破坏，需采取复杂的工程措施以消除影响。诸如边墩两侧设置空箱岸墙以减少边荷载，缝墩间设置顶块等措施，造价较高且施工繁琐。考虑到义泽河闸闸室底板处为黏土夹粉质黏土，地基情况较好，设计中考虑采用整底板结构以简化施工工艺，减少工程投资。

2 设计措施

设计过程中主要通过三项措施来保证底板的结构可靠、经济可行和易于实施。

2.1 利用框架结构模式减小底板厚度和内力

义泽河闸底板结构如按开敞式闸室结构设计，底板厚度按 2.5m设计，底板最大弯矩出现在跨中，超过3000kN·m，将无法按正常方式配筋。设计过程中，考虑到闸室上游布置1座9.0m宽交通桥，下游布置1座5.0m宽工作桥，如将其和闸墩连接形式设计为固支，使交通桥、工作桥、闸墩、底板形成整体框架结构，并适当增加交通桥和工作桥刚度，可使闸室底板厚度和跨中弯矩大大降低。经过计算，闸室底板厚度为2.2m，跨中弯矩减少至2310kN·m。通过结构形式的优化，减小了底板的厚度，有效地减少了大体积混凝土裂缝数量和裂缝宽度。计算模式简图见图1

2.2 底板两侧设后浇带，减小两侧边荷载影响

义泽河闸室两侧填土达 8.7m，根据有限元计算理论，将计算结构和土体看成弹性体，边荷载对跨中弯矩的影响很大。如能有效地降低边荷载，将直接减小底板的弯矩。设计过程中考虑在两侧边跨各设置一个后浇带。根据相关工程经验，待底板施工结束30天后，两侧填土达到1.5m左右，多变跨进行沉降观测。当连续3个10天沉降量都不超过1mm时，可进行后浇带的封铰。由于国内规范无相关规定，且土体的后期变形亦存在一定的不确定性，在有限元计算过程中很难具体地确定后浇带对边荷载的影响程度，保守起见，内力计算过程中未考虑后浇带对边荷载和底板内力的影响，仅作为结构设计的安全储备。设计中通过后浇带将底板整块混凝土化为 3个浇筑单元，有利于大体积混凝土的散热，减少因水化热产生的温度裂缝。后浇带设置部位见图2。

图1 底板内力计算简图

图2 后浇带设置部位简图

2.3 设置预应力钢筋满足混凝土抗裂要求

根据内力计算结果，闸室底板跨中弯矩为2310kN·m。按受弯构件计算，底板跨中面层钢筋应配置B25@100受拉钢筋，按裂缝宽度要求，应配置单层 B25@75受拉钢筋或双层 B25@150受拉钢筋，在底板面侧钢筋配置过于致密，钢筋用量太大且很难进行混凝土振捣密实。设计中考虑将底板面层钢筋设置为两层，外层配置一层B25@100受拉钢筋，主要为结构受力钢筋；内层配置一层预应力钢筋，主要为结构抗裂钢筋。通过计算内层设置的预应力钢筋采用 1×7-12.7-1860-GB/T5224—2003低松驰钢绞线，为3股 A12.7@60。减少了钢筋的用量，有效地解决了底板抗裂问题。底板钢筋配置见图3。

3 施工措施

图3 底板钢筋布置图

闸室底板被后浇带分为三个施工单元，其中中间一块底板，平面尺寸为24m×17m，底板厚度为2.2m，计算最大浇筑面积约408m2，混凝土浇筑量约970 m3，为混凝土施工中一次浇筑面积最大的部位。浇筑过程中应充分关注因水化热产生的温度裂缝。要防止底板结构浇筑后产生裂缝，就要降低混凝土的温度应力，必须减少浇筑后混凝土的内外温差，温差不宜超过 25℃。工程施工前，设计单位、施工单位联合相关部门经过协商，制定了3种主要的温度控制措施。

3.1 合理选择原材料，优化混凝土配合比

3.1.1 合理选择原材料

选择级配良好的骨料，严格控制砂、石含泥量，黄砂细度模数2.6～2.7，含泥量≤3%；碎石级配5～31.5mm与5～16mm，含泥量≤1%。添加 SBTJMR-10（缓凝、泵送）混凝土高效减水剂，减少用水量，降低水化热。在混凝土中添加粉煤灰、矿渣微粉，减少水泥用量，降低水化热，改善混凝土的和易性。

3.1.2 优化混凝土配合比

委托相关混凝土生产企业进行混凝土的配合比实验，水∶（水泥+粉煤灰+矿粉）∶碎石∶砂∶泵送剂=0.5∶(0.66+0.15+0.19)∶3.45∶2.3∶0.016，水灰比0.5，砂率40%，坍落度140±20mm，初凝时间4h。

3.2 预埋降温和测温管道

利用后张法预应力钢筋的波纹管道通水进行水冷,有效地降低混凝土内部温度，在混凝土内部设置测温管道，监测混凝土内部温度变化。浇筑过程中利用井水通过波纹管对混凝土内部进行冷却，有效地降低了混凝土内部温度。经过检测，内部最高温度为45℃。

3.3 混凝土表面养护及保温

混凝土浇筑选择在白天进行，平均气温20～25℃，在混凝土表面覆盖塑料薄膜、土工布、草帘并洒水进行养护、保温，使混凝土在一定时间内保持湿润。通过实时监控，混凝土内、外最大温差为17.5℃，远低于25℃。

4 效果及评价

义泽河闸闸室底板的设计中，通过框架结构模式的选取、后浇带的设置、预应力钢筋的使用，保证底板的结构可靠、经济可行和易于实施。底板施工过程中通过合理选择原材料，优化混凝土配合比，预埋降温和测温管道，混凝土养护及保温，成功地控制了大体积混凝土的水化热，降低了混凝土的内外温差，减少了混凝土温度裂缝。底板浇筑至今已有两年，闸室底板未出现影响结构的温度裂缝，成功地通过了水下验收，取得了很好的工程效果。对其他超大水闸底板的设计与施工也有很好的借鉴和参考价值。

5 结语

后浇带常用于船闸闸首底板的设计，预应力钢筋的设置常用于交通、建筑工程，水闸工程中很少运用。通过借鉴不同专业领域的设计方式和施工方法，成功地突破了SL435—2008《水闸设计规范》35m底板长度的限制，收到了很好的工程效果。跨领域的设计和施工方法的有机融合，为今后工程设计和施工提供了很好了思路。

1 关淑萍，张燎军，王大胜，王海青. 边荷载对水闸地基沉降与底板内力的影响研究. 水电能源科学, 2006，24（2）：58-60.

2 刘晓平. 预留宽缝施工方法对船闸底板的影响. 长沙交通学院学报, 1996,12（2）：75-80.

3 曹周红，刘晓平，卢海斌，沈志刚. 温度应力对坞式船闸底板开裂影响分析. 水运工程, 2006（5）：70-73.