浮箱式閘首施工工法安全措施

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

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

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

3.對檢測儀器外部采用金屬外殼加以保護(hù)，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(jìn)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(xùn)，熟悉理解整個系統(tǒng)后方可進(jìn)行現(xiàn)場施工。

7.嚴(yán)禁非系統(tǒng)操作人員操作主控計算機(jī)，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(shù)人員等進(jìn)行全面的水上作業(yè)培訓(xùn)，并嚴(yán)格執(zhí)行各項規(guī)定要求。

根據(jù)《港口工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》，《浮箱式閘首施工工法》的主要技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為：

1.基床達(dá)極細(xì)平（±3厘米）要求。

2.浮箱一次沉放后4個角點(diǎn)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(dá)10^-6厘米/秒級、芯樣強(qiáng)度達(dá)2兆帕，基床注漿體強(qiáng)度達(dá)12兆帕。

《浮箱式閘首施工工法》的主要設(shè)備見表1。

參考資料：

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(fù)合基床施工工藝；浮箱沉放三維控制技術(shù)；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(yīng)的拖輪；基床注漿止水帷幕施工工藝。

應(yīng)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(gòu)設(shè)計和實施；（2）各類結(jié)構(gòu)物浮箱式閘首施工工法的（復(fù)合）基床施工、整平、填充等，結(jié)構(gòu)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(gòu)件的水上拖運(yùn)、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(jìn)行位置鎖定。適合于有場外制作條件、水上浮運(yùn)航道、6級以風(fēng)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(jìn)行復(fù)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(biāo)）、GPS WGS84坐標(biāo)到工程坐標(biāo)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)（實時）、GPS天線安裝位置、鋼浮箱角點(diǎn)位置。

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

三、系統(tǒng)校核

參考面校核：參考面是建立鋼浮箱體坐標(biāo)系的基礎(chǔ)，RTK—GPS天線高度量取及測傾儀初值的設(shè)置均需要依據(jù)參考面。當(dāng)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(biāo)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(jìn)行比較，可以確定GPS天線安放正確性。

• 深水多層復(fù)合基床施工工藝

復(fù)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(fù)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(diǎn)和整平導(dǎo)架行走支點(diǎn)，可確保碎石基床達(dá)極細(xì)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(dá)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(jìn)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(qiáng)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(hù)，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(dāng)改進(jìn)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(diǎn)。

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(diǎn)敘述如下：

• 工藝流程

浮箱在干船塢內(nèi)完成鋼結(jié)構(gòu)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(jìn)行旋噴止水帷幕施工，最后進(jìn)行浮箱分艙抽水進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工；浮箱式閘首施工關(guān)鍵流程如圖1。

• 操作要點(diǎn)

一、復(fù)合基床施工工藝

1.基床構(gòu)成

浮箱水下基礎(chǔ)由樁基加深水復(fù)合基床組成；樁基采用小直徑的管樁或方樁等，樁尖必須進(jìn)入選定的持力層；深水復(fù)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(gòu)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(biāo)高和高度同復(fù)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(jìn)行，并根據(jù)試拋確定合理的拋設(shè)時機(jī)和拋設(shè)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(dǎo)管法進(jìn)行實施，素混凝土由水上大型混凝土攪拌船供應(yīng)。

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(biāo)高決定浮箱沉放標(biāo)高的準(zhǔn)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(biāo)高進(jìn)行檢測，然后采取導(dǎo)軌法進(jìn)行拋石平整工作。

6.基床極細(xì)平

基床極細(xì)平要求標(biāo)高偏差小于0.03米，需采取有效措施控制基床標(biāo)高和平整度。根據(jù)復(fù)合基床構(gòu)成，選定適量的樁頂安裝混凝土墊塊（支點(diǎn)）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(shè)于預(yù)制墊塊頂部并固定牢靠。重型鋼軌上鋪設(shè)導(dǎo)架，導(dǎo)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(biāo)高，移動導(dǎo)架即可實施基樁整平。導(dǎo)架在基床全范圍內(nèi)一個來回，確?；矘?biāo)高和平整度均達(dá)到極細(xì)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(biāo)高情況，GPS實時監(jiān)控系統(tǒng)對浮箱拖帶、沉放過程進(jìn)行浮箱三維坐標(biāo)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(gòu)，浮箱底部受力均勻，避免局部應(yīng)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(yù)設(shè)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(shè)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(bǔ)充，所形成的結(jié)合體強(qiáng)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(jìn)行注漿。

注漿施工選用XY-2液壓鉆機(jī)功率22千瓦x2，鉆桿外徑89毫米內(nèi)徑20毫米，從預(yù)設(shè)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(jìn)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(yù)設(shè)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(jìn)行下一孔注漿。

2.止水帷幕

施工技術(shù)要求高壓旋噴樁有效直徑不小于1300毫米，28天齡期強(qiáng)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(chǔ)上進(jìn)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(hù)，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(qiáng)度、旋噴樁滲透系數(shù)。

高壓旋噴達(dá)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(qiáng)度均需大于2.0兆帕。同步進(jìn)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》的工法特點(diǎn)是：

1.船閘構(gòu)筑物異位制作，整體安裝。

2.將永久結(jié)構(gòu)與臨時圍堰相結(jié)合，結(jié)構(gòu)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(qiáng)。

4.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)處理技術(shù)使浮箱式閘首穩(wěn)定，實現(xiàn)擋水功能。

5.止水帷幕技術(shù)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(yù)制安裝施工方法而設(shè)計的一種新穎結(jié)構(gòu)。大型浮箱內(nèi)裝有閘門、閘門板、門槽、門庫存、啟閉控制設(shè)備，這些設(shè)備都按照2009年后船閘正常運(yùn)行時的相對位置制造、定位，只要將浮箱整體移動安裝到設(shè)計位置，閘首各結(jié)構(gòu)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。

《浮箱式閘首施工工法》的環(huán)保措施如下：

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

2.施工過程嚴(yán)格執(zhí)行上海市文明施工規(guī)定，進(jìn)行文明施工保護(hù)環(huán)境。

3.浮箱出運(yùn)前，在船塢進(jìn)行必要的構(gòu)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(yùn)至岸上進(jìn)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(guān)部門進(jìn)行環(huán)境保護(hù)處理。

《浮箱式閘首施工工法》的效益分析是：

1.經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)合同要求與前期計劃，深水復(fù)合基床和浮箱拖帶沉放應(yīng)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(jī)臺班費(fèi)、高噴與注漿設(shè)備臺班使用費(fèi)，配合作業(yè)工人人工費(fèi)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(yùn)沉放和高噴止水的提前，為后續(xù)施工結(jié)構(gòu)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(gòu)施工時較多趕工措施和費(fèi)用。

2.社會效益

由于新技術(shù)新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，攻克了軟土地基深水復(fù)合基床、大型浮箱沉放、止水帷幕封閉等施工關(guān)鍵技術(shù)問題，很好地解決了深水復(fù)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(gòu)永久性止水等一系列技術(shù)難題，達(dá)到了設(shè)計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足了業(yè)主的工期要求。

注：施工費(fèi)用以2009-2010年施工材料價格計算

《浮箱式閘首施工工法》的應(yīng)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(gòu)兼作施工臨時圍堰和閘首永久結(jié)構(gòu)，并采用樁基加復(fù)合基床作為基礎(chǔ)，是截至2009年中國國內(nèi)最大規(guī)模的浮箱閘首結(jié)構(gòu)工程。

浮箱豎向為斷面呈“U”形的鋼殼體結(jié)構(gòu)，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(chǔ)由樁基 復(fù)合基床組成。樁基為600毫米鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力大頭方樁，樁頂標(biāo)高-13.20米，樁尖標(biāo)高-50.50米，進(jìn)入⑤_3-2層4米；復(fù)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(yùn)行，實時數(shù)據(jù)顯示在多媒體計算機(jī)屏幕上，通過圖形、文字、設(shè)備狀態(tài)顯示，反映浮箱狀態(tài)，指導(dǎo)工程技術(shù)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(gòu)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(yùn)行以來至2009年已有2年，使用情況良好。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)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(shè)置閘門的擋水結(jié)構(gòu)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(gòu)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(gòu)物。；應(yīng)用學(xué)科：水利...2100433B

升船機(jī)閘首是指將升船機(jī)的承船廂(或水坡升船機(jī)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(gòu)物。

中文名稱

升船機(jī)閘首

英文名稱

head of ship lift

定　　義

將升船機(jī)的承船廂(或水坡升船機(jī)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(gòu)物。

應(yīng)用學(xué)科

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