三峽升船機船廂室段混凝土澆筑設備布置研究

黃家權，馬少甫，余永俊

（中國葛洲壩集團股份有限公司三峽分公司，湖北宜昌，443002）

1 前言

三峽升船機船廂室段由4個塔柱筒體組成，塔柱筒體在船廂底部的高程為50.00m，在船廂頂部的高程為196.00m，高差達到146m，為對稱布置的薄壁鋼筋混凝土筒體結構。單個塔柱的平面結構總體上呈“凹形”，塔柱墻壁的厚度一般為1.0m。塔柱之間以及塔柱上下游側均設有剪力墻，并在剪力墻與筒體之間的不同高程設置了縱向聯系梁，通過剪力墻與縱向聯系梁將塔柱兩兩聯系在一起。左側、右側塔柱在頂部196.00m高程處由7根橫梁和兩個平臺連接，左側、右側塔柱之間的水平距離為25.8m，船廂室段寬度為57.8m[1，2]。三峽升船機船廂室段結構布置見圖1。

升船機塔柱順流向設4條施工縫，將一側塔柱分成軸1墻和縱向聯系梁、上游筒體、軸7墻和縱向聯系梁、下游筒體、縱向聯系梁和軸13墻共5個澆筑塊，兩側塔柱共有10個澆筑塊。在上述分縫處，塔柱筒體外側預留寬為1.0m的后澆筑帶，將其安排在低溫季節澆筑（10月至次年4月），且應滯后筒體相應部位混凝土至少2～3個月澆筑。塔柱縱向聯系梁和橫向聯系梁在筒體側預留0.3～0.5m的后澆筑帶，也安排在低溫季節澆筑（11月至次年3月）[3]。

圖1 三峽升船機船廂室段結構布置圖Fig.1 Structure layoutof boat cab segment in Three Gorges Project ship lift

升船機的主要施工道路布置為：通往船廂50.00m高程底板處的下航道施工道路，左側、右側84.50m高程的下航一路、下航二路上，由此可以聯通下航一路與下航二路的臨時圍堰以及由185.00m壩頂高程通往1#筒體、2#筒體的道路。

2 船廂室段混凝土施工特性分析

船廂室段混凝土施工特性為。a.工程左右兩側均為高邊坡，總體施工場地為狹長形，建筑物高度大，垂直運輸設備布置較為困難。b.塔柱垂直高度大，工作面多，混凝土澆筑與埋件安裝絕大部分處于高空作業環境中，減少干擾是確保高空作業安全的重點和難點。c.4個塔柱結構左右向對稱布置，為薄壁鋼筋混凝土結構，具有施工高度大、施工部位集中、鋼筋、模板及一期埋件安裝工程工作量和相關輔助工作量大等特點。d.由于施工倉面大，筒體結構狹窄，在對船廂室段混凝土施工時對混凝土澆筑工藝、精度控制要求高。e.施工過程中塔柱整體上升、塔柱澆筑與剪力墻澆筑相互間的關系、剪力梁的連接方式、頂部跨航槽橫梁和平臺模板架立與澆筑方式等，均為本工程施工的難點。

3 船廂室段混凝土澆筑設備選型及布置

3.1 投標階段的設備選型與布置

投標階段設備選型主要是對船廂室段混凝土澆筑是采用混凝土泵車、高壓拖泵還是塔機澆筑混凝土等幾種澆筑方案的比選。混凝土泵車的垂直澆筑高度是受到限制的，同時由于船廂室每月總體澆筑強度不高，因而采用混凝土泵車方案難以充分發揮混凝土泵車的效率。更重要的是，混凝土泵車在下航一路84.50m高程和中隔墩84.50m高程沒有占位位置（下航一路和中隔墩主要布置有4臺塔機、4臺垂直升降機和4座轉梯，基本沒有泵車占位位置）。因而采用混凝土泵車方案是不適用的。

通過上述設備方案比選，最后設備選型定為在上閘首布置兩臺F0/23B附壁式塔機，在船廂室段布置4臺型號為C7030的附臂式塔機，用于鋼筋、一期埋件、模板吊裝及倉面其他輔助作業，混凝土澆筑采用高壓拖泵與布料機接力進行澆筑。

混凝土拖泵布置根據不同施工時段，先后在底板50.00m高程，左側、右側84.50m高程的下航一路、中隔墩、上閘首航槽底板141.00m高程（通過布置，實現與上閘首141.00～185.00m高程的BOX管一起給泵機喂料）和上閘首185.00m高程布置。

布置在船廂室段兩側的泵機泵管，沿側墻轉梯上升，提前一層由疏散通道進入澆筑層的電梯井內給布料機供料澆筑。每節泵管采用兩個管卡固定在側墻上。泵管隨布料機的提升逐段加高，隨泵機位置的改變逐段拆除。

BOX管布置在上閘首185.00m高程，在上閘首搭設型鋼操作平臺，BOX管采用反吊鋼絲繩反吊在型鋼平臺上進行固定，BOX管底部正對著位于上閘首航槽底板141.00 m高程的泵機，攪拌車開至185.00m高程平臺為BOX管供料，BOX管則為泵機供料。

布料機采用HGY32型內爬式布料機，4臺布料桿分別布置在4個塔柱筒體的電梯井內，每臺布料機的回轉半徑為32m，4臺布料機能覆蓋整個船廂室段。布料機自身配置有自動爬升機構，可以利用自帶的液壓油缸，在電梯井內自動上升。因而隨著塔柱筒體的不斷升高，布料桿與塔柱筒體的爬模一起上升。三峽升船機船廂室段施工總布置見圖2。

圖2 三峽升船機船廂室段施工總布置圖（單位：dm）Fig.2 Construction generalarrangementof ThreeGorges Project ship liftboat cab section（unit：dm）

3.2 施工階段澆筑設備的選型與布置優化

在施工階段，上閘首布置有兩臺F0/23B附壁式塔機；船廂室段左右84.50m高程平臺布置有4臺附臂式塔機。其中左側為兩臺K40/26附壁式塔機，右側為兩臺C7030附壁式塔機，用于掛罐澆筑、鋼筋、一期埋件、模板的吊裝以及倉面其他輔助作業的施工。

在不同的施工時段，混凝土拖泵布置在不同位置。在塔柱筒體處于84.50m高程以下時，拖泵布置在船廂室50.00m高程底板處。泵機泵管沿側墻轉梯上升，提前一層由疏散通道進入澆筑層的電梯井內給布料機供料澆筑。在塔柱筒體超過84.50m高程以后，拖泵布置在左側、右側84.50m高程平臺。泵機泵管布置在電梯井內，隨布料機的提升逐段加高，隨泵機位置的改變逐段拆除。施工過程中采用的布料機為HGY32型內爬式布料機。

在上閘首航槽底板141.00m高程處布置泵機，并用布置在上閘首185.00m高程處的BOX管為泵機供料的施工方案，在后期研究中發現其存在如下問題：砼料從185.00 m高程處由BOX管下至141.00m高程后，混凝土坍落度損失較大，和易性差，極易堵管。同時從141.00m高程航槽內將泵管鋪設至船廂室段管路時搭設操作平臺十分不便，故該方案未予以施行。

下面介紹在施工過程中各部位、各階段詳細的澆筑手段布置。

內部樓板、樓梯間在前期采取了預留凹槽的形式以便于滯后筒體施工，故塔柱筒體的混凝土分成了一期混凝土、二期混凝土來進行澆筑。其中塔柱筒體的墻體為一期混凝土，以3.5m為一個升層甩開樓板、樓梯間穩步上升，縱向聯系梁與剪力墻同步上升，也屬于一期混凝土。內部樓板、樓梯間為二期混凝土，待塔柱筒體墻體上升后，后續跟進施工。另外，筒體上升后，平衡重、齒條螺母柱、縱導向開始安裝，也需要進行混凝土的澆筑，也屬于二期混凝土。

3.2.1 一期混凝土澆筑設備布置

一期混凝土包括：塔柱筒體、剪力墻及縱向聯系梁。

塔柱筒體采用分別布置在4個筒體電梯井部位的HGY32型內爬式布料機澆筑，每臺布料機回轉半徑為32m，4臺布料機能覆蓋整個船廂室段，滿足筒體的澆筑要求。利用布置在船廂50.00m高程底板或左側、右側84.50m高程平臺的高壓拖泵為布料機供料。在塔柱筒體的高程超過189.00m后，由于泵管的揚程過大，容易出現堵泵的現象，在調整混凝土的骨料級配后，該問題得到了很好的解決。

縱向聯系梁與剪力墻是同步上升的，由于剪力墻滯后于筒體澆筑，因而其無法用布料機澆筑，最后采用建塔掛罐的方式進行剪力墻的澆筑。軸1剪力墻及剪力墻上的縱向聯系梁采用布置在上閘首的兩臺F0/23B附壁式塔機掛吊罐澆筑；軸7剪力墻及剪力墻上的縱向聯系梁采用布置在左側、右側84.50m高程平臺的1#、2#塔機掛吊罐澆筑；軸13剪力墻及剪力墻上的縱向聯系梁采用布置在左側、右側84.50m高程平臺的3#、4#塔機掛吊罐澆筑。

3.2.2 二期混凝土澆筑設備布置

二期混凝土包括：內部樓板、樓梯間、平衡重、齒條、螺母柱及縱導向二期混凝土。內部樓板采用建塔掛吊罐澆筑，185.00 m平臺及高程超過185.00m的內部樓板采用泵機在上閘首打料澆筑。樓梯間采用泵機澆筑。平衡重及齒條、螺母柱二期混凝土采用建塔掛罐澆筑自密實混凝土，搭設滑槽入倉。

3.2.3 筒體封頂階段澆筑設備布置

根據升船機結構圖設計要求以及筒體施工技術要求，升船機船廂室段筒體封頂倉192.65～196.00m高程之間的墻體、樓板、樓板梁及跨航槽橫梁牛腿部分、縱梁混凝土需一起澆筑，總體積達到876m3，遠遠超過筒體前期單倉最大混凝土澆筑體積550m3。筒體封頂倉混凝土體積大、高度高，為高層薄壁混凝土結構，現有澆筑設備的澆筑強度及范圍難以滿足其澆筑要求。

常規泵機+泵管鋪設至澆筑部位的施工方法，由于泵管搭設的距離過遠、彎頭多極易造成堵管，且泵管在現場接拆的工作量巨大而難以實施。同時，由于封頂倉倉位面積大、結構復雜、狹小，混凝土接頭覆蓋強度難以滿足要求。在封頂倉澆筑時，可采用C30、C35兩種標號的混凝土。在采用不同標號的混凝土進行澆筑時，需要對泵機進行來回轉換，現場實施困難。由于封頂倉內鋼筋密集，且混凝土下料難度較大，混凝土振搗困難，混凝土的密實性難以保證。

為加快混凝土入倉速度，避免反復換料，同時確保混凝土具有良好的流動性，將所有混凝土標號調整為R28 350＃F200W 8，為一級配混凝土。由于布料桿和建塔在同時使用時彼此相互干擾，因而考慮只采用一種設備單獨進行澆筑。鑒于單臺建塔（入倉強度約為5m3/h）和單臺布料桿（入倉強度22m3/h）均不滿足筒體澆筑強度需要，且建塔入倉強度較低，僅能作為應急手段，采取如下布置方案。

1）1#～4#筒體澆筑時，采用現有布料桿加一臺半徑為12m的移動式手動布料桿進行澆筑。現有布料桿的泵管布置不變，移動式手動布料桿的泵管由各筒體電梯井前廳布置的垂直泵管接入，利用布置在84.50m高程外部連接平臺上的泵機為布料桿供料。

臂長為12m的移動式手動布料桿，其整機重量為1 000 kg，配重為1 200 kg，泵管管徑為125mm。根據倉內澆筑面積的需要，該移動式手動布料桿可在12m半徑內進行無盲區澆筑。該移動布料桿的支腿采用?25mm鋼筋支撐，在澆筑一期混凝土時，支撐鋼筋不拆除；當澆筑至樓板面層鋼筋時，支腿部位的移動式布料桿將被轉走，在將支撐鋼筋頂部的鋼板拆除后，采用固定式布料桿完成澆筑。

2）軸1、軸13剪力墻封頂倉采用單臺布料桿澆筑，軸7剪力墻采用3#、4#布料桿澆筑。

升船機塔柱封頂階段設備布置見圖3。

圖3 升船機塔柱封頂階段設備布置圖Fig.3 Equipment layoutof ship lift tower at capped stage

3.2.4 橫梁澆筑設備布置

三峽升船機塔柱在頂部196.00m高程由11根跨航槽橫梁和兩個平臺將左側、右側筒體連接在一起。其中7根橫梁單獨布置，兩個平臺部位各有兩根橫梁和兩根縱梁。7根單獨布置的橫梁兩端布置基礎梁進行連接。筒體澆筑到192.65～196.00m高程時，將橫梁牛腿部分和縱梁與筒體混凝土一起澆筑。橫梁、基礎梁、中控室和觀光平臺在筒體混凝土澆筑至196.00m高程后單獨澆筑，均為現澆混凝土，澆筑總體積約為1 578m3，澆筑總面積約為500m2，筒體混凝土澆筑量大，結構特殊，因而對澆筑質量要求高。因而，橫梁的澆筑手段布置如下所述。

在船廂室段兩側各布置一個38m臂長的布料桿和一個32m臂長的布料桿，基本能全部覆蓋橫梁范圍。泵機布置在上閘首185.00m高程平臺上，泵管順流向從196m塔柱頂部接到布料桿上。

在上閘首兩側各布置兩臺F0/23B型移動式塔機，在船廂室段兩側各布置4臺C7030型附臂式塔機作為混凝土澆筑輔助手段。上閘首建塔取料點設在上閘首185.00m高程平臺上，船廂室段建塔取料點設在左側、右側84.50m高程平臺上。同時在上閘首布置有1臺備用泵機，泵管順流向布置在塔柱頂部196.00m高程。

根據現階段施工實際情況，單臺布料桿入倉強度為22m3/h，單臺建塔入倉強度約為5m3/h。

4 船廂室段混凝土澆筑設備實施效果

船廂室段塔柱一期混凝土采取布料機澆筑，布料機澆筑范圍能覆蓋到塔柱一期混凝土的所有部位。在塔柱筒體澆筑高程超過189.00m后，由于布料機揚程過高，開始出現堵泵現象，在調整混凝土骨料級配后，該問題得到了解決。剪力墻為建塔掛罐澆筑，1#、2#建塔覆蓋軸1剪力墻，3#、4#及5#、6#建塔覆蓋軸7剪力墻，5#、6#建塔覆蓋軸13剪力墻，即建塔能覆蓋到所有剪力墻。內部樓板采取建塔掛罐澆筑，該澆筑設備基本滿足混凝土澆筑要求。單臺建塔入倉強度約為5m3/h、單臺布料機入倉強度為22m3/h，在澆筑過程中均能滿足入倉強度要求。

通過對三峽升船機船廂室段混凝土澆筑設備前期的合理規劃，以及后期的合理布置和及時調整，對混凝土澆筑標準和要求均極高的三峽升船機的澆筑質量、外觀、進度起到了非常重要的作用。

5 結語

本文詳細介紹了三峽升船機船廂室段混凝土施工設備的選型過程。通過分析船廂室段混凝土施工特性，在投標階段通過方案比選對施工設備進行了初步選型，在施工階段中進一步根據施工過程中遇到的問題對施工設備選型做進一步的調整，最后確定了合理的選型布置。實施效果表明，三峽升船機船廂室段混凝土澆筑設備布置，在施工過程中能覆蓋所有澆筑面，并能滿足澆筑高峰期入倉強度的要求。三峽升船機船廂室段混凝土澆筑設備在前期的合理規劃，以及后期的合理布置與優化，有效地確保了升船機工程施工的順利實施，對推進升船機的形象進度發揮了重要作用，具有較高的推廣價值。

[1] 孫精石，周興華，趙德志，等.關于升船機的調查研究[J].水道港口，2001，22（3）：141-145.

[2] 朱 虹，鄧潤興.三峽升船機總體布置設計[J].人民長江，2009，40（27）：48-50.

[3] 梁仁強，李 鋒.三峽升船機施工技術研究與實踐[J].人民長江，2011，42（16）：51-55.