工廠法預(yù)制沉管混凝土施工與優(yōu)化

范卓凡，范充，王李

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

工廠法預(yù)制沉管混凝土施工與優(yōu)化

范卓凡，范充，王李

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

港珠澳大橋設(shè)計(jì)使用年限為120 a，為保證沉管的耐久性，管節(jié)混凝土澆筑采用全斷面一次澆筑工藝。文章結(jié)合混凝土施工特點(diǎn)，敘述了施工程序及操作要點(diǎn)，通過(guò)混凝土布料優(yōu)化和振搗優(yōu)化，保證了沉管管節(jié)預(yù)制的安全與質(zhì)量。

工廠法；沉管；預(yù)制；混凝土施工；優(yōu)化

0 引言

混凝土工程是建筑物的重要組成部分，也往往是建筑物受荷載的主要部件，其質(zhì)量好壞，直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的安危和壽命。因此，對(duì)混凝土工程的施工質(zhì)量必須特別重視，保證不出現(xiàn)任何影響到混凝土結(jié)構(gòu)性能的缺陷。施工時(shí)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求制定有效的保證混凝土質(zhì)量的技術(shù)措施，按設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收規(guī)范要求認(rèn)真進(jìn)行施工，消除施工中常見(jiàn)的質(zhì)量通病與缺陷，確保工程質(zhì)量。

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道總長(zhǎng)度為5 664m，由33個(gè)管節(jié)組成，其中直線段管節(jié)28個(gè)，曲線段管節(jié)5個(gè)，曲率半徑5 500 m。單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)長(zhǎng)180 m，由8個(gè)長(zhǎng)22.5m的節(jié)段組成。管節(jié)采用兩孔一管廊截面形式，寬37.95 m，高11.40m，底板、頂板和側(cè)墻厚1.50 m，中隔墻厚0.80m，管節(jié)斷面見(jiàn)圖1[1]。

沉管預(yù)制采用工廠法，由島上自建攪拌站生產(chǎn)混凝土，罐車運(yùn)輸，拖泵+布料機(jī)澆筑入模[2]，人工振搗。

混凝土28 d強(qiáng)度等級(jí)為C45，56 d強(qiáng)度等級(jí)為C50。單個(gè)節(jié)段混凝土方量為3 451 m3，除中隔墻連接板為后期二次澆筑（約38m3）外，其它全斷面一次澆筑成型。

2 混凝土施工工藝

2.1 混凝土施工特點(diǎn)

港珠澳大橋沉管預(yù)制工程混凝土施工具有以下特點(diǎn)：

1）多舉措控制混凝土入模溫度[3]，即采用料倉(cāng)噴霧、罐體淋水等方式控制原材料溫度；擇優(yōu)選擇配合比，降低膠凝材料用量，減小水化熱；混凝土生產(chǎn)中加入片冰和冷水；混凝土輸送過(guò)程中對(duì)罐車、泵管等進(jìn)行包裹。

圖1 管節(jié)橫斷面示意圖（單位：cm）Fig.1 Cross-sectionalschematic of tube section（cm）

2）節(jié)段采用全斷面一次澆筑成型工藝，單次澆筑方量大，強(qiáng)度高，對(duì)操作人員及設(shè)備能力要求高，由此避免多次澆筑產(chǎn)生的施工縫和內(nèi)應(yīng)力，有利于節(jié)段控裂和耐久性。

3）采用自動(dòng)噴霧養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)，設(shè)置養(yǎng)護(hù)棚和監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境溫度和濕度、管節(jié)內(nèi)表溫度等進(jìn)行監(jiān)控，確保沉管質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求[4]。

2.2 混凝土施工難點(diǎn)

1）沉管預(yù)制廠所在牛頭島離最近的陸地碼頭也有約24 km，施工材料需由海上運(yùn)輸至工廠，受氣候環(huán)境因素的影響大，各種資源組織保障的難度大。

2）為保證沉管耐久性要求，管節(jié)預(yù)制采用全斷面澆筑工藝，一次澆筑混凝土約3 413 m3，必須在盡可能短的時(shí)間內(nèi)澆筑完畢，平均澆筑強(qiáng)度約114 m3/h，且平均每周澆筑2次，單位時(shí)間內(nèi)澆筑如此大方量混凝土在國(guó)內(nèi)外工程界也屬罕見(jiàn)，對(duì)混凝土設(shè)備的效率及可靠性要求極高。

3）管節(jié)設(shè)計(jì)使用壽命120 a，抗?jié)B要求高，管節(jié)截面尺度大，且無(wú)外包防水，不允許出現(xiàn)危害性裂縫。工程區(qū)域常年氣溫高，濕度變化大，混凝土入模溫度控制、控裂及養(yǎng)護(hù)措施等面臨前所未有的挑戰(zhàn)。

2.3 混凝土施工程序及操作要點(diǎn)

1）原材料運(yùn)輸與儲(chǔ)存

粉料運(yùn)輸工藝流程：散貨船運(yùn)輸→卸船機(jī)卸料→粉料罐車輸送至中間倉(cāng)→冷卻→氣泵輸送至攪拌站儲(chǔ)料罐。

砂石料利用自卸式海船運(yùn)至預(yù)制廠碼頭，船舶卸料至碼頭后由運(yùn)輸車運(yùn)輸至砂石料堆場(chǎng)，利用裝載機(jī)上料，皮帶機(jī)輸送至攪拌站。

2）混凝土生產(chǎn)及運(yùn)輸

攪拌系統(tǒng)主要由攪拌機(jī)組、制冰機(jī)組、冷水機(jī)組、砂石料輸送和粉料輸送等組成。攪拌站設(shè)有4臺(tái)HZS180主機(jī)、2臺(tái)制冰機(jī)和2臺(tái)冷水機(jī)組。單臺(tái)攪拌機(jī)公稱容積為3.0 m3（即3 m3/次），生產(chǎn)能力為60 m3/h；制冰機(jī)組的總制冰能力為144 t/d；冷水機(jī)組的總制冷水能力為10 m3/h。攪拌站采用全自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)控制，二次投料法上料。每臺(tái)攪拌機(jī)單盤攪拌時(shí)間為120 s，每斗上料、卸料時(shí)間均為30 s，4臺(tái)生產(chǎn)能力240 m3/h。制冰機(jī)結(jié)構(gòu)分為上下兩部分，上部為鋼質(zhì)集裝箱，其內(nèi)安裝制冰機(jī)、制冷系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等，由鋼支撐架支撐；下部設(shè)有冰庫(kù)（可儲(chǔ)存75 t左右的冰）和輸送的耙冰機(jī)構(gòu)，設(shè)有雙向輸冰水平螺旋輸送機(jī)，分別向2臺(tái)攪拌站送冰。另外，在攪拌機(jī)上部設(shè)有冰緩沖倉(cāng)，緩沖倉(cāng)下部設(shè)帶有輸送機(jī)的冰秤。冰庫(kù)出來(lái)的冰通過(guò)螺旋送至冰秤，計(jì)量后落入骨料秤下集料皮帶機(jī)，隨骨料一同進(jìn)入攪拌機(jī)。冰秤的進(jìn)料、計(jì)量及卸料控制由攪拌站控制系統(tǒng)統(tǒng)一控制。砂石料由裝載機(jī)從砂石料堆場(chǎng)取料，皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)至配料機(jī)，由配料機(jī)處計(jì)量分料至各攪拌站。粉料通過(guò)安裝螺旋管直接從儲(chǔ)存罐輸送至攪拌站。

沉管節(jié)段混凝土采用罐車在攪拌站接料、運(yùn)輸、拖泵泵送、布料機(jī)澆筑4個(gè)環(huán)節(jié)。配置10臺(tái)混凝土罐車，負(fù)責(zé)從攪拌站接料和運(yùn)輸混凝土至拖泵點(diǎn)。在廠房模板修整區(qū)側(cè)門處布置6臺(tái)拖泵，接泵管至布料機(jī)，混凝土通過(guò)拖泵泵送至布料機(jī)，通過(guò)布料機(jī)澆筑。

3）混凝土布料澆筑振搗

管節(jié)頂面混凝土采用4臺(tái)MX32-4移動(dòng)式塔式布料機(jī)，最大布料半徑為32m，可覆蓋沉管頂面、側(cè)墻及中隔墻區(qū)域；行車道內(nèi)各設(shè)置1臺(tái)RV8布料機(jī)，RV8布料機(jī)倒掛于行車道內(nèi)模上，布料半徑為8 m，滿足腔內(nèi)混凝土布料要求；廊道底板布料通過(guò)中間2臺(tái)MX32-4移動(dòng)式塔式布料機(jī)從中墻布料、左右行車道內(nèi)RV8布料機(jī)向底板布料。布料機(jī)布料范圍示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 布料機(jī)布料范圍示意圖Fig.2 Sp reader range of fabrics schem atic

管節(jié)混凝土布料順序：分別是底板采用頂部4臺(tái)MX32-4布料機(jī)從側(cè)墻及中隔墻布料，行車道底板采用2臺(tái)RV8布料機(jī)布料；側(cè)墻、中墻、上倒角及頂板采用頂部4臺(tái)MX32-4布料機(jī)從側(cè)墻及中隔墻布料。

混凝土振搗分區(qū)：底板劃分為16個(gè)區(qū)域，由8個(gè)振搗小組負(fù)責(zé)，每小組配置2人，輪換操作；側(cè)墻和中隔墻共配置12個(gè)振搗組，每個(gè)振搗組配置2～3人，負(fù)責(zé)縱向7.5m范圍內(nèi)墻內(nèi)振搗工作，配置3臺(tái)振搗器（即每臺(tái)振搗器負(fù)責(zé)2.5m范圍）；頂板則安排12個(gè)振搗組，每組2人。主要采用70型插入式振搗器振搗。底板和頂板混凝土澆筑時(shí)，配置4 m左右長(zhǎng)振搗棒，操作人員站在鋼筋頂面進(jìn)行混凝土振搗；在側(cè)墻和中隔墻混凝土振搗時(shí)，振搗人員通過(guò)人孔進(jìn)入側(cè)墻和中隔墻內(nèi)的預(yù)留振搗通道內(nèi)振搗。

混凝土分層澆筑和振搗：每個(gè)振搗點(diǎn)振搗時(shí)間為15～30 s，快插慢拔，嚴(yán)格控制棒頭插入混凝土的間距、深度，振動(dòng)棒作用半徑約為35 cm，振搗棒移動(dòng)距離不超過(guò)振搗棒作用半徑的1.5倍。上層混凝土的振搗要在下層混凝土初凝前進(jìn)行，并且插入下層5～10 cm左右。對(duì)每一振搗部位必須振動(dòng)到混凝土密實(shí)為止。密實(shí)的標(biāo)志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、翻漿。

特殊部位的振搗：對(duì)于預(yù)留孔洞位置混凝土的振搗，采用在預(yù)埋木盒上開(kāi)孔并埋入PVC管，振搗棒穿過(guò)預(yù)埋木盒對(duì)下方混凝土進(jìn)行振搗；底板、側(cè)墻和中隔墻的剪力鍵為凸出結(jié)構(gòu)，在該處模板的頂面設(shè)有振搗孔，方便振搗器插入振搗；吊點(diǎn)、系纜柱等特殊位置，在其預(yù)埋鋼板上留有振搗孔；對(duì)剪力鍵下方或內(nèi)模倒角處混凝土采用斜插導(dǎo)向管，使振搗棒覆蓋全部位置，確保混凝土振搗密實(shí)；其中剪力鍵位置鋼筋較密，采用30型或50型振搗棒振搗；鋼端殼、預(yù)埋件、錨具及波紋管道等附近混凝土振搗時(shí)，應(yīng)加密振搗間距，保證混凝土密實(shí)，同時(shí)，防止碰撞預(yù)埋件或管道，防止預(yù)埋件移位或管道破壞；為了防止預(yù)應(yīng)力管道連接不好或振搗造成管道變形（破裂），混凝土澆筑前在管道內(nèi)穿襯管，澆筑完成后及時(shí)取出。

3 混凝土施工優(yōu)化

3.1 混凝土布料優(yōu)化

1）布料順序優(yōu)化

原方案中頂板混凝土布料澆筑是平行施工，在實(shí)際澆筑中該澆筑順序?qū)δ０迨芰τ幸欢ㄓ绊懀霈F(xiàn)廊道內(nèi)模受力偏大現(xiàn)象。為改變對(duì)模板造成變形的因素，經(jīng)討論優(yōu)化為待中隔墻混凝土澆筑到頂板后，不移動(dòng)布料桿，先在廊道頂板上布料30 cm左右，澆筑完成后，如果側(cè)墻倒角混凝土未澆筑至頂板位置，則將澆筑中隔墻的布料移至側(cè)墻進(jìn)行澆筑。待中隔墻與側(cè)墻都澆筑到頂板平面位置后，將澆筑中隔墻的2個(gè)布料桿仍然進(jìn)行廊道頂板上面的澆筑，直到澆筑到收面層為止。這種澆筑形式確保廊道內(nèi)模受力方向是向兩邊行車道的，然后由行車道內(nèi)模將力轉(zhuǎn)移至反力墻，減少廊道內(nèi)模的受力，減少廊道內(nèi)模變形，同時(shí)也確保了模板的質(zhì)量。

2）布料輔助設(shè)施優(yōu)化

側(cè)墻與中隔墻布料時(shí)布置有串筒，其目的是保證混凝土的流動(dòng)性與黏聚性，保證成品質(zhì)量。原方案布設(shè)的串筒材質(zhì)較軟，使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該串筒具有一定的缺陷，主要是管道內(nèi)徑小而且材質(zhì)軟，在澆筑混凝土?xí)r由于澆筑速度快易出現(xiàn)管道堵塞現(xiàn)象，不能確保澆筑的連續(xù)性，同時(shí)對(duì)管節(jié)施工時(shí)間也有一定的影響。對(duì)此，經(jīng)討論優(yōu)化后將內(nèi)徑較小的較軟材質(zhì)的布料串筒換成PVC管，該種材質(zhì)的串筒在施工過(guò)程中能夠很好地解決先前布料中出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)該種材質(zhì)串筒的使用耐久性高于之前使用的串筒。無(wú)論是經(jīng)濟(jì)合理性還是從保證混凝土澆筑的連續(xù)性與工期，都比之前使用的適用。

3.2 混凝土振搗優(yōu)化

1）振搗輔助設(shè)施優(yōu)化

由于沉管倒角鋼筋密度較大，隨著施工的進(jìn)行，在振搗過(guò)程中發(fā)現(xiàn)倒角位置振搗難度較大而且易卡棒，為保證沉管管節(jié)成品質(zhì)量，確保振搗質(zhì)量，在經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)與討論之后，決定在上、下倒角位置增加輔助振搗設(shè)施，減少振搗難度，在倒角處增設(shè)振搗棒導(dǎo)向裝置。該裝置由導(dǎo)向筒（由鋼片焊接而成的圓柱形多空裝置）和封頭（由鋼片焊接而成的圓錐頭）組成，混凝土可流動(dòng)通過(guò)導(dǎo)向筒與封頭，將導(dǎo)向筒固定在鋼筋骨架上，振搗棒在導(dǎo)向筒內(nèi)可以到達(dá)上、下倒角位置。此種導(dǎo)向裝置可以減少由鋼筋密度過(guò)大帶來(lái)的卡棒現(xiàn)象，同時(shí)也加強(qiáng)了鋼筋密集區(qū)域的振搗，保證了混凝土成品質(zhì)量，保障了沉管的耐久性。

2）行車道內(nèi)模倒角處增設(shè)可拆裝擋板

行車道內(nèi)模的設(shè)計(jì)尺寸與鋼筋籠之間預(yù)留混凝土保護(hù)層，在澆筑混凝土過(guò)程中行車道內(nèi)模倒角處因?yàn)榱粲幸欢ê穸?，澆筑的混凝土?xí)鲃?dòng)到行車道底板內(nèi)，如果沒(méi)有擋板將此處擋住，下倒角保護(hù)層混凝土的密實(shí)性不能得到有效保障，有可能會(huì)出現(xiàn)狗洞現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工中發(fā)現(xiàn)的缺陷，經(jīng)討論后在下倒角模板斜頭處與底板鋼筋之間設(shè)置了一套防止翻漿的擋板，擋板使用的材質(zhì)是木板（200 cm×5 cm×20 cm），使用鋼筋將擋板固定緊貼內(nèi)模下倒角斜頭處，待澆筑到側(cè)墻中部后拆除擋板并將倒角混凝土收平整。此項(xiàng)設(shè)置在澆筑過(guò)程中能夠很好地將行車道內(nèi)下倒角內(nèi)部混凝土達(dá)到飽滿，保證倒角成品質(zhì)量，確保倒角尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

港珠澳大橋沉管預(yù)制混凝土澆筑采用了全斷面一次性澆筑工藝，雖然該工藝具有施工難度大、施工控制要求高等問(wèn)題，但在全體參建者的共同努力下，現(xiàn)已順利完成了24節(jié)沉管的預(yù)制，項(xiàng)目部在施工過(guò)程中采取的技術(shù)方案和安全措施有效保證了施工任務(wù)的順利進(jìn)行。在施工過(guò)程中結(jié)合發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)制定相應(yīng)的優(yōu)化措施，保證了沉管管節(jié)預(yù)制的安全與質(zhì)量。

[1]張洪，范卓凡，劉然.港珠澳大橋島隧工程沉管預(yù)制模板施工工藝[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2015，35（7）：57-60. ZHANGHong,FAN Zhuo-fan,LIU Ran.Construction technology for prefabricated immersed tube template of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):57-60.

[2]李陽(yáng)，楊紅.工廠法沉管預(yù)制混凝土泵送施工技術(shù)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2015，35（5）：56-61. LIYang,YANGHong.Construction technique of precast concrete pumping for factory method of immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015,35(5):56-61.

[3]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規(guī)范[S]. GB 50496—2009,Code for construction ofmass concrete[S].

[4] 楊紹斌，蘇懷平，張洪.大體積混凝土入模溫度控制研究[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2013（4）：38-41. YANGShao-bin,SU Huai-ping,ZHANG Hong.Temperature control inmass concretebefore casting[J].China Harbour Engineering, 2013(4):38-41.

Construction and optim ization for concrete of factory-prefabricated immersed tube

FAN Zhuo-fan,FANChong,WANG Li
（China Communications2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China）

The design useful life of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge is 120 years.The union concrete pouring used the whole section once casting process to ensure the durability of immersed tube.Combining with the characteristics of concrete construction,we described the construction procedure and key points for operation.Through the concretematerial optimization and vibrating optim ization,we ensured the safety and quality of prefabricated immersed tube.

factorymethod;immersed tube;prefabricate;concrete construction;optimization

U655.4

B

2095-7874（2015）11-0094-04

10.7640/zggw js201511025

2015-10-12

范卓凡（1992— ），男，四川西充縣人，技術(shù)員，土木工程專業(yè)。E-mail：490134427@qq.com