浮箱式閘首施工工法

浮箱式閘首施工工法適用范圍

《浮箱式閘首施工工法》涉及多項工程施工內(nèi)容，主要有深水多層次復合基床施工工藝；浮箱沉放三維控制技術；浮箱沉放GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)；浮箱配重調(diào)平方式及選配相適應的拖輪；基床注漿止水帷幕施工工藝。

應用范圍可涉及：（1）各類船閘和船塢的閘首、塢口的布局、結(jié)構設計和實施；（2）各類結(jié)構物浮箱式閘首施工工法的（復合）基床施工、整平、填充等，結(jié)構物下的防滲體系、各類臨時圍堰的止水帷幕；（3）各類大型沉井、沉箱、浮箱和其他大型構件的水上拖運、定位和沉放，可籍助GPS系統(tǒng)對定位實精確定、并通過限位裝置進行位置鎖定。適合于有場外制作條件、水上浮運航道、6級以風浪環(huán)境的地區(qū)。

浮箱式閘首施工工法工藝原理

《浮箱式閘首施工工法》的工藝原理敘述如下：

• 浮箱沉放GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)

一、系統(tǒng)原理

2臺RTK GPS 1臺測傾儀：2臺RTKGPS用于實時確定鋼浮箱的平面位置和方位，1臺測傾儀確定箱體的姿態(tài)；第3臺RTK GPS可以對鋼浮箱位置、方位和姿態(tài)進行復核。

二、模型參數(shù)

系統(tǒng)參數(shù)：GPS天線位置（GGA格式的大地坐標）、GPS WGS84坐標到工程坐標的坐標系轉(zhuǎn)換參數(shù)（實時）、GPS天線安裝位置、鋼浮箱角點位置。

設計參數(shù)：鋼浮箱尺寸（長、寬、高）、鋼浮箱設計頂、底高程，限位墩臺尺寸、限位墩與鋼浮箱之間的位置關系。

三、系統(tǒng)校核

參考面校核：參考面是建立鋼浮箱體坐標系的基礎，RTK—GPS天線高度量取及測傾儀初值的設置均需要依據(jù)參考面。當鋼浮箱處于正常狀態(tài)時，這個參考面是水平的，RTK—GPS天線標桿垂直于參考面。

天線間距檢核：系統(tǒng)自動計算的RTK GPS天線間距與實測間距進行比較，可以確定GPS天線安放正確性。

• 深水多層復合基床施工工藝

復合基床通過大頭方樁承載，以素混凝土基床連系樁基，使樁基均勻受力，通過碎石基床找平混凝土基床，以使上部的鋼浮箱荷載能均勻分布。復合樁基施工前，在基床周圍形成水下圍堤以防止基坑回淤；通過精確安裝樁墊塊作為碎石基床整平的參考點和整平導架行走支點，可確保碎石基床達極細平效果。

• 基床注漿與止水帷幕施工工藝

通過控制拋石厚度、石塊粒徑、以期達到合適的基床孔隙率，配置有良好的流動性和注入性的水泥砂漿，并采取可靠的工法和工藝參數(shù)對基床拋石進行注漿，能完全充填基床拋石粗骨料的空隙；注漿體硬化后具有較高抗壓強度和粘結(jié)力；這樣整個基床具有足夠的耐久性和水密性。

基床下的高壓止水帷幕采用高壓旋噴排樁，旋噴樁采用新雙管法——采取高壓漿射流直接切割地層，漿射流周圍以環(huán)繞壓縮氣加以保護，切割下的土體與漿液充分摻攪，大部分漿液留在地下與切割土體凝結(jié)成為所需要加固防滲體；并適當改進工藝如增大漿壓、氣壓等可以有效克服含氣量大、腐殖物豐富的土層高壓旋噴樁難以形成的困難，形成的高壓旋噴樁樁體具有連續(xù)性良好、樁體質(zhì)量穩(wěn)定、抗?jié)B性能優(yōu)的特點。

浮箱式閘首施工工法施工工藝

《浮箱式閘首施工工法》的施工工藝流程及操作要點敘述如下：

• 工藝流程

浮箱在干船塢內(nèi)完成鋼結(jié)構殼體制作并完成鋼筋混凝土底板筑，同步完成浮箱水下樁基和基床施工。開發(fā)、安裝和校核GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)，浮箱配重調(diào)平后拖輪拖帶浮箱至施工現(xiàn)場，通過GPS監(jiān)控系統(tǒng)和限位墩實現(xiàn)浮箱精確定位，浮箱注水下沉，并最終利用潮位特性平穩(wěn)坐床，沉放后對浮箱底面基床注漿及進行旋噴止水帷幕施工，最后進行浮箱分艙抽水進行結(jié)構施工；浮箱式閘首施工關鍵流程如圖1。

• 操作要點

一、復合基床施工工藝

1.基床構成

浮箱水下基礎由樁基加深水復合基床組成；樁基采用小直徑的管樁或方樁等，樁尖必須進入選定的持力層；深水復合由下到上依次由0.2~0.3米拋石墊層、1~2米水下素混凝土基床、0.3~0.8米的拋石基床碎石（注漿）組成?；步Y(jié)構如圖2所示。

2.水下圍堤

水下圍堤主要是在混凝土基床四周形成充泥管袋圍堤，圍堤標高和高度同復合基床相同。圍堤采用吹填砂被方法實施；圍堤砂被分層實施，每層砂被厚度約0.5米，破被斷面成梯形布置，圍堤具有阻擋淤泥回積和兼作混凝土澆筑時的模板功能。

3.拋石墊層

水下混凝土基床澆筑前在基槽面上拋碎石墊層，以隔離土層與混凝土，碎石粒徑為5~10厘米，拋石厚度為0.2~0.3米；拋石墊層采用抓斗船撒拋，順流進行，并根據(jù)試拋確定合理的拋設時機和拋設密度等。

4.混凝土基床

水下素混凝分基床可根據(jù)大小可分塊依次澆筑，分塊之間采用大型鋼模水上安裝，混凝土澆筑采用水下導管法進行實施，素混凝土由水上大型混凝土攪拌船供應。

5.拋石基床

基床拋石粒徑為5~15厘米，厚度約0.5米，拋石方法與拋石墊層的方法相同。拋石基床的標高決定浮箱沉放標高的準確與否，故拋石厚度控制堅持寧低不高的原則。拋石完成后，潛水員在測量配合下對拋石標高進行檢測，然后采取導軌法進行拋石平整工作。

6.基床極細平

基床極細平要求標高偏差小于0.03米，需采取有效措施控制基床標高和平整度。根據(jù)復合基床構成，選定適量的樁頂安裝混凝土墊塊（支點）作為整平拋石基床架立重型鋼軌的基座，混凝土墊塊低于拋石基床0.03米，墊塊頂架立重型鋼軌。

基床沿縱向布置三道重型鋼軌，架設于預制墊塊頂部并固定牢靠。重型鋼軌上鋪設導架，導架采用鋼管制作，下口焊接刮刀，刮刀下口位置即為基床頂標高，移動導架即可實施基樁整平。導架在基床全范圍內(nèi)一個來回，確?；矘烁吆推秸染_到極細平精度要求。

二、沉放GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)

為實時跟蹤并控制浮箱在拖帶沉放過程中的位置及標高情況，GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)對浮箱拖帶、沉放過程進行浮箱三維坐標的實時跟蹤監(jiān)測，以利于控制浮箱空間姿態(tài)，GPS監(jiān)控系統(tǒng)顯示界面見圖3。

三、基床注漿止水帷幕施工工藝

浮箱底部拋石空隙及拋石與浮箱之間的空隙注漿填充，形成密實結(jié)構，浮箱底部受力均勻，避免局部應力集中.產(chǎn)生差異沉降。浮箱式閘首建成后需發(fā)揮擋水功能，浮箱地基土土質(zhì)為粉土，為防止浮箱底部滲漏形成管涌通道，浮箱底部以下高壓旋噴形成止水帷幕，浮箱沉放到位后施工。

鋼浮箱制作時內(nèi)部預設ф150鋼管作為注漿和高壓旋噴注漿套管，套管埋至浮箱底，注漿套管按梅花型布置間距3米。閘首設置兩道雙排高壓旋噴止水帷幕，呈“口”字形布置，套管間距1000毫米，排距800毫米，見圖4。

基床注漿先于高壓旋噴止水帷幕施工，基床注漿壓力小而高壓旋噴壓力大，高壓旋噴作為對基床注漿的有效補充，所形成的結(jié)合體強度高，抗?jié)B性好。

1.基床注漿

注漿沿浮箱縱向（長度方向）分三序注漿，先施工第1、4、7排、接著施工第2、5排、再施工第3、6排，每排注漿孔又跳擋進行注漿。

注漿施工選用XY-2液壓鉆機功率22千瓦x2，鉆桿外徑89毫米內(nèi)徑20毫米，從預設注漿套管處下到基床頂部沖擊成孔，直至鉆頭觸及混凝土基床頂部停止成孔，進行注漿。注漿泵選用高壓砂漿泵注漿，注漿壓力0.5-0.7兆帕，水泥砂漿由鉆桿下端涌出，隨壓力的調(diào)整，水泥砂漿沿石塊孔隙散布開來。注漿壓力由低至高，終止注漿壓力不低于0.7兆帕。隨著注漿量的增加，預設套管內(nèi)水位逐漸上升，直至砂漿充滿套管停止注漿，靜置半小時套管內(nèi)漿液液面不下降，隨后進行下一孔注漿。

2.止水帷幕

施工技術要求高壓旋噴樁有效直徑不小于1300毫米，28天齡期強度不小于2兆帕，滲透系數(shù)＜10^-6厘米/秒。

采取在傳統(tǒng)二重管法的基礎上進行工藝革新，采取高壓漿射流直接切割地層，漿射流周圍以環(huán)繞壓縮氣加以保護，切割下的土體與漿液充分摻攪，大部分漿液留在地下與切割土體凝結(jié)成為所需要加固防滲體，少量土體混合少量漿液冒出地面形成廢漿。采用此旋噴工藝開展典型試驗。試驗的主要目的確定旋噴參數(shù)、檢驗成樁直徑、鉆孔取芯芯樣強度、旋噴樁滲透系數(shù)。

高壓旋噴達到28天齡期后按規(guī)范要求選取1%的高壓旋噴樁鉆孔取芯，現(xiàn)場察看取芯率，取芯率可大于80%以上，并選取芯樣送檢，芯樣強度均需大于2.0兆帕。同步進行壓水試驗，要求檢測取芯孔的滲透系數(shù)小于10^_6厘米/秒。

《浮箱式閘首施工工法》的主要設備見表1。

參考資料：

《浮箱式閘首施工工法》的工法特點是：

1.船閘構筑物異位制作，整體安裝。

2.將永久結(jié)構與臨時圍堰相結(jié)合，結(jié)構形式新穎，布局緊湊，節(jié)約材料。

3.浮箱沉放GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件，可即時顯示浮箱平面位置和沉放姿態(tài)，并形象地顯示在電腦屏幕上，系統(tǒng)界面清晰、操作性強。

4.結(jié)構基礎處理技術使浮箱式閘首穩(wěn)定，實現(xiàn)擋水功能。

5.止水帷幕技術使閘首、閘室地下止水系統(tǒng)連為一體。

浮箱式閘首是為實現(xiàn)船閘外閘口整體預制安裝施工方法而設計的一種新穎結(jié)構。大型浮箱內(nèi)裝有閘門、閘門板、門槽、門庫存、啟閉控制設備，這些設備都按照2009年后船閘正常運行時的相對位置制造、定位，只要將浮箱整體移動安裝到設計位置，閘首各結(jié)構施工亦完成。這種施工方法避開了大量水下作業(yè)，縮短了現(xiàn)場施工時間。

根據(jù)《港口工程質(zhì)量檢驗評定標準》，《浮箱式閘首施工工法》的主要技術質(zhì)量標準為：

1.基床達極細平（±3厘米）要求。

2.浮箱一次沉放后4個角點位置誤差小于100毫米、高程誤差小于30毫米、浮箱傾斜小于1/1000。

3.旋噴止水帷幕滲透系數(shù)達10^-6厘米/秒級、芯樣強度達2兆帕，基床注漿體強度達12兆帕。

《浮箱式閘首施工工法》的效益分析是：

1.經(jīng)濟效益

根據(jù)合同要求與前期計劃，深水復合基床和浮箱拖帶沉放應于2006年3月25日前完成，實際完成日期為2006年2月24日，節(jié)約工期29天；浮箱底注漿與高噴止水帷幕到7月31日完成，實際完成日期為2006年7月15日，節(jié)約工期16天，由此節(jié)約了水下基床處理船機臺班費、高噴與注漿設備臺班使用費，配合作業(yè)工人人工費和現(xiàn)場滯留時間，合計節(jié)約成本639270元。

同時由于基床處理、浮箱拖運沉放和高噴止水的提前，為后續(xù)施工結(jié)構施工創(chuàng)造了有利條件，在總工期極短的情況下減少了后續(xù)結(jié)構施工時較多趕工措施和費用。

2.社會效益

由于新技術新工藝的開發(fā)和應用，攻克了軟土地基深水復合基床、大型浮箱沉放、止水帷幕封閉等施工關鍵技術問題，很好地解決了深水復合基床的高精度、鋼浮箱沉放限位控制、閘墩一基床一地基間的施工其穩(wěn)定和閘首結(jié)構永久性止水等一系列技術難題，達到了設計的技術標準，滿足了業(yè)主的工期要求。

注：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

采用《浮箱式閘首施工工法》施工時，除應執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，尚應遵守注意下列事項：

1.施工人員嚴格執(zhí)行國家、地方各項安全法律、法規(guī)；嚴格執(zhí)行企業(yè)各項安全生產(chǎn)操作規(guī)程。

2.設備安裝，提供穩(wěn)定的220V低電壓線路，合理設計配電線路的走向，并具備良好的保護措施。

3.對檢測儀器外部采用金屬外殼加以保護，防止受外力破壞。

4.定位系統(tǒng)必須通過陸上比測，數(shù)據(jù)相吻合后才能進行水上作業(yè)。

5.人工檢測作業(yè)需要爬上爬下，扶梯必須扎牢。水上作業(yè)必須穿好救生衣，戴好安全帽。

6.定位軟件系統(tǒng)操作事先必須通過培訓，熟悉理解整個系統(tǒng)后方可進行現(xiàn)場施工。

7.嚴禁非系統(tǒng)操作人員操作主控計算機，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)或各項參數(shù)的改動而造成施工錯誤。

8.對所有作業(yè)的軟件操作人員、測量技術人員等進行全面的水上作業(yè)培訓，并嚴格執(zhí)行各項規(guī)定要求。

《浮箱式閘首施工工法》的應用實例如下：

中船長興造船基地一期工程位于長江口深水航道南港南側(cè)，北槽分流口的北側(cè)，距園沙航道875米。船閘外閘首采用大型浮箱結(jié)構兼作施工臨時圍堰和閘首永久結(jié)構，并采用樁基加復合基床作為基礎，是截至2009年中國國內(nèi)最大規(guī)模的浮箱閘首結(jié)構工程。

浮箱豎向為斷面呈“U”形的鋼殼體結(jié)構，浮箱鋼殼體底板上現(xiàn)澆有鋼筋混凝土底板，鋼筋混凝土底板厚度2.0~4.3米。浮箱殼體平面尺寸116.5米x20.5米、高16.8米，浮箱由下游至上游分5個大艙，各艙內(nèi)又分若干小艙。

浮箱基礎由樁基 復合基床組成。樁基為600毫米鋼筋混凝土預應力大頭方樁，樁頂標高-13.20米，樁尖標高-50.50米，進入⑤_3-2層4米；復合基床厚度2.5米，從上至下分別為0.5米厚拋石基床、1.8米厚的C30素混凝土基床和0.2米厚的碎石墊層。

項目組開發(fā)的浮箱拖帶沉放過程GPS實時監(jiān)控軟件系統(tǒng)能正常、有效運行，實時數(shù)據(jù)顯示在多媒體計算機屏幕上，通過圖形、文字、設備狀態(tài)顯示，反映浮箱狀態(tài)，指導工程技術人員施工，及時調(diào)整浮箱空間姿態(tài)。

中船長興一期3號線船閘的浮箱式外閘首于2006年10月30日實現(xiàn)閘首結(jié)構封頂，2007年2月14日浮箱開艙、橫拉門開啟，閘船注水成功，自2007年5月22日船閘投入運行以來至2009年已有2年，使用情況良好。

《浮箱式閘首施工工法》的環(huán)保措施如下：

1.施工船只嚴格執(zhí)行國家有關海上法規(guī)，保護海上環(huán)境。

2.施工過程嚴格執(zhí)行上海市文明施工規(guī)定，進行文明施工保護環(huán)境。

3.浮箱出運前，在船塢進行必要的構件表面清潔，禁止存在油污等污染。

4.禁止定位配套船只施工人員向海中傾倒生活垃圾，安排固定船只收集垃圾運至岸上進行統(tǒng)一安全處置。

5.如果岀現(xiàn)海上較大規(guī)模的油品污染事件，及時通知政府有關部門進行環(huán)境保護處理。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質(zhì)[2011]154號，《浮箱式閘首施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。

[船閘]閘首 英文名稱: lock head 定義: 將閘室與上、下游引航道或相鄰兩級閘室隔開,并設置閘門的擋水結(jié)構2100433B

將閘室與上、下游引航道或?qū)⑾噜弮杉夐l室隔開，具有擋水、過船功能的結(jié)構物。

中文名稱：船閘閘首；英文名稱：lockhead；定義1：將閘室與上、下游引航道或?qū)⑾噜弮杉夐l室隔開，具有擋水、過船功能的結(jié)構物。；應用學科：水利...2100433B

升船機閘首是指將升船機的承船廂(或水坡升船機的楔形水體)與上、下游航道隔開，具有擋水 、對接、過船功能的結(jié)構物。

中文名稱

升船機閘首

英文名稱

head of ship lift

定　　義

將升船機的承船廂(或水坡升船機的楔形水體)與上、下游航道隔開，具有擋水 、對接、過船功能的結(jié)構物。

應用學科

水利科技（一級學科），航道與港口（二級學科），船閘與升船機（水利）（三級學科）