淺談沉箱臨時預制場的規(guī)劃與建設(shè)

季云峰 余雪寶

摘 要：沉箱臨時預制場作為重要的大臨工程，建設(shè)規(guī)模、功能在滿足使用要求的前提下，要根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，結(jié)合出運工藝，對場地進行合理的規(guī)劃與建設(shè)。

關(guān)鍵詞：選址 規(guī)劃 建設(shè) 建議

本文以廈門港古雷港區(qū)古雷作業(yè)區(qū)北1#、2#泊位工程沉箱預制場的建設(shè)為例，探討臨時預制場建設(shè)規(guī)劃與建設(shè)，為今后建設(shè)同類型預制場提供參考。

1.工程概況

古雷北1#、2#泊位是2個5萬噸級多用途泊位（水工結(jié)構(gòu)按10萬噸級集裝箱船設(shè)計）和一個5千噸級多用途泊位，同時建設(shè)消拖泊位及預留工作船泊位。泊位總長度1306m，其中西側(cè)岸線706m、南側(cè)岸線600m，陸域形成面積為42.36萬㎡，場地呈矩形布置，縱深600m。本工程沉箱共85件，2100t沉箱（16m*16m）49件，950t沉箱（16m*11m）21件，700t沉箱（16m*9.1m）15件。

2.場地選址

經(jīng)踏勘，項目周邊沒有沉箱預制場。本項目沉箱數(shù)量較多，如在廈門固定預制場預制，由半潛駁托運至工程現(xiàn)場，需要占用較大的船機資源，同時安裝進度受海上風浪影響較大，嚴重制約工程進度。經(jīng)成本測算分析，擬在現(xiàn)場設(shè)置臨時沉箱預制場。

預制場設(shè)置在古雷港區(qū)南7泊位后方，與沉箱安裝位置海運距離3Km。預制場場地現(xiàn)況標高為+4.0m的陸域，由灘涂砂地上吹填砂而形成，海側(cè)防浪堤為充填袋裝砂堤心及塊石護面結(jié)構(gòu)，竣工已達3年，施工期及竣工后未進行地基處理。

3.場地規(guī)劃

3.1設(shè)計原則

場地規(guī)劃設(shè)計力求全面、經(jīng)濟、合理。

（1）結(jié)合現(xiàn)有場地地貌、地質(zhì)資料，合理原則地基處理方式。

（2）場地設(shè)置要滿足沉箱預制出運的需要。底胎膜的設(shè)置要結(jié)合沉箱預制順序、安裝方向及沉箱不同類型的數(shù)量。

（3）千斤頂頂升、氣囊出運工藝已運用的非常成熟，且對場地的適應(yīng)性較強，場地建設(shè)的資金投入較低。預制場建設(shè)規(guī)劃按此工藝考慮。

（4）場地規(guī)劃要最大程度提升沉箱預制、出運等工作的效率。

3.2總平面規(guī)劃

臨時預制場的總平面布置主要按照上述設(shè)計原則，結(jié)合場地實際情況，劃分為沉箱預制區(qū)、沉箱堆存區(qū)、沉箱鋼筋加工場、砼澆筑通道、沉箱出運碼頭等功能區(qū)。

3.2.1沉箱預制區(qū)

根據(jù)場地情況及沉箱類型數(shù)量，設(shè)置1條180m的沉箱預制生產(chǎn)線。設(shè)置2100t沉箱底胎膜4個，700t沉箱底胎膜4個，待700t沉箱預制完成后，將其底胎膜調(diào)整為950t沉箱底胎膜。千斤頂頂坑在建設(shè)階段一并考慮。預制區(qū)設(shè)置1臺30t門機，1臺12t行走式塔吊。底胎膜設(shè)置比預制區(qū)地面高出3cm，每邊比沉箱尺寸寬8.5cm，剛好為沉箱模板寬度尺寸。為方便裝載機穿行，每個底胎膜原則上相距4m。

3.2.2沉箱堆存區(qū)

本項目沉箱堆存區(qū)域計劃存放三列八行共計24件沉箱。

3.2.3沉箱鋼筋加工場

鋼筋加工區(qū)域位于沉箱預制生產(chǎn)線后方，新建桁車式鋼筋車間一座，該車間長寬尺寸為78m*20m，有遮蓋屋面段共計60米。外側(cè)28m為原材料堆放區(qū)，中部27m為鋼筋加工區(qū)，另外為無遮蓋屋面段半成品鋼筋存放區(qū)域。

新建鋼筋制作車間為半封閉的桁車加工車間，擬采購2臺跨度20m，最大吊重5t的電動桁車，該桁車通過有線遙控控制，操作人員通過桁車將鋼筋原材吊入鋼筋制作架擺放，加工完成后的半成品再吊至車間未封閉段，最終通過塔吊吊出至相應(yīng)綁扎架或半成品堆存區(qū)。

3.2.4砼澆筑通道

在沉箱預制區(qū)一側(cè)設(shè)置砼澆筑通道，路面寬8m，滿足砼罐車雙向通行需要?？梢允沟庙艥仓c沉箱預制堆存空間上區(qū)分開來，減少工作中的交叉影響。

3.2.5沉箱出運碼頭

沉箱出運采用超高壓氣囊搬運，利用浮船塢落泊運至施工現(xiàn)場，起重船進行安裝。建設(shè)出運碼頭寬度30m，出運碼頭前沿頂標高定為+3.6m，搭板坎深入墩臺1.2m，高度0.8m。出運碼頭采用高樁墩臺結(jié)構(gòu)。出運墩臺放坡1.5%。本工程設(shè)計高水位+3.72m，出運碼頭標高的設(shè)置主要考慮確保半潛駁落駁時長。

4.場地建設(shè)

4.1地基處理

施工高峰期，預制及堆存場地內(nèi)堆滿了沉箱，沉箱堆存場地受到的平均荷載約85KN/m2。為保證施工作業(yè)期間預制堆存場地、門機基礎(chǔ)、塔吊基礎(chǔ)、拌合樓基礎(chǔ)、出運碼頭的下沉量控制在允許范圍內(nèi)，擬對場地進行地基處理。

4.1.1 地基處理流程

地質(zhì)鉆探→場地清理初平→基礎(chǔ)處理→面層處理

4.1.2地質(zhì)鉆探

場地內(nèi)布置7個鉆探點，每個測點取土試樣并繪制鉆孔柱狀圖，檢測標準貫入度，部分點位需要物理性及力學性試驗。選取軌道梁、沉箱堆存場地、出運碼頭等典型位置進行鉆探。

根據(jù)檢測單位檢測報告顯示：

（1）地層分布較為均勻。自上而下分別為：粉細砂、淤泥混砂、殘積土、碎塊狀強風化花崗巖。

（2）頂部砂層較厚，厚度6.0m～6.5m。

（3）頂部砂層地基承載力參考值140kPa。

（4）淤泥混砂層土工試驗結(jié)果表明該層含水量約為22%，孔隙比約0.6，土層情況較好。

4.1.3 基礎(chǔ)處理

根據(jù)鉆探結(jié)果及上部荷載情況，擬對場地內(nèi)地基處理進行分塊劃分。

4.2門機

沉箱預制生產(chǎn)線配置一臺專用門機，跨度30m，起吊高度27m。門機設(shè)有1個30t主鉤和2個20t副鉤。主鉤主要用于安拆運輸外模板、移動安全爬梯等，副鉤主要用于安拆運輸芯模、調(diào)運鋼筋、吊罐砼等。

（1）尺寸確定

①起吊高度

H=H1+H2+H3+H4+H5=18.3+0.03+4.2+1.2+2.63=26.36m<27m

式中：H=門機起吊高度；

H1=沉箱最大高度；18.3m

H2=底胎膜高度；0.03m

H3=芯模最大高度；4.2m

H4=頂端護欄高度與頂端預留鋼筋高度取大值；1.2m

H5=門機吊芯模鋼絲繩高度。2.63m

故選擇起吊高度為27m的門機即可滿足使用要求。

②軌距

沉箱最大寬度16m，平行于軌道方向僅布置1個底胎膜，對軌距影響不大。本項目選用的門機軌距30m主要考慮設(shè)備的通用性。

（2）門機軌道基礎(chǔ)

沉箱轉(zhuǎn)場及出運采用超高壓氣囊搬運，對場地平整度要求較高。為防止后期沉降導致門機支腿啃軌，門機軌道頂高于地面標高2cm。軌道基礎(chǔ)采用鋼筋砼條形基礎(chǔ)，地基先開挖再進行地基處理，鋪筑50cm廢渣進行2500KJ點夯，整平后在基底鋪設(shè)約20cm的碎石墊層，振動碾壓密實，隨后澆筑10cm素砼墊層，在墊層上方澆筑 1500×800mm（寬×高）條形基礎(chǔ)。

（3）門機防風錨定系統(tǒng)

考慮到預制場位于海邊，常規(guī)每年會有3～5個臺風會對項目造成影響，在門機軌道兩側(cè)各設(shè)置兩個地錨，作為門機纜風繩系掛用。

4.3行走式塔吊

本項目沉箱預制采取分層預制的工藝，塔機負責鋼筋吊裝以及配合沉箱搬運等吊運工作。塔吊軌道長180m。塔吊擬采用回轉(zhuǎn)半徑60m，最大起重量12t，起升高度36m行走式塔吊。塔吊軌距6m。門機桁架頂面高度31m，塔吊臂架與其不在同一平面上，并留有較大的安全距離。

沉箱預制任務(wù)較重，且塔吊同時還需要吊運鋼筋原材料和配合沉箱出運，為保證現(xiàn)場進度，考慮遠期增加一臺固定式塔吊。固定式塔吊主要用于鋼筋場周邊吊運工作，兼顧附近CX型小沉箱預制。

塔吊軌道基礎(chǔ)及防風錨定系統(tǒng)參考門機軌道做法。塔吊軌道每側(cè)設(shè)置4個防風地錨。塔吊與門機軌道之間設(shè)有電箱，確定門機與塔吊相鄰軌距為4m。

4.4堆存區(qū)結(jié)構(gòu)層

堆存場地回填40cm廢棄磚渣后普夯1000KJ，其中支墊位置采用點夯，夯能2500KJ。點夯完成后，回填砂碎，25t壓路機碾壓密實，并澆筑25cm厚C30混凝土。在沉箱支墊位置面層砼硬化分幅4m。

堆場場地其余非支墊位置在普夯完成后，回填砂碎，25t壓路機碾壓密實，并澆筑20cm厚C30混凝土。在初凝前進行防裂刻痕，痕距3cm每道，最后在砼終凝后切割深度5cm的伸縮縫，并做好水養(yǎng)護。

4.5地錨布置

沉箱在場地內(nèi)的出坑、搬運、上駁均采用超高壓氣囊滾動搬運沉箱，因此沉箱預制場必須考慮布設(shè)牽引用錨塊。擬采取2根φ40圓鋼預埋入4.0m*2m*2.5m的C30砼作為地錨，由2根φ40圓鋼計算可得，地錨所能承受的最大拉力為679KN，地錨鋼筋埋深度取30d=1.2m。

已知最重沉箱重量Q=2167t，μ摩擦系數(shù)=0.05，牽引鋼絲扣數(shù)量n=2。額定載荷8t卷揚機速度為15m/ min，配5輪10傳滑輪組產(chǎn)生的最大拉力為80t。

牽引力F=Qμ/n

=2167×0.05 /2 = 54.2t<80t

同時牽引力F=54.2t<67.9t地錨所能承受的最大拉力。

地錨抗拔驗算：

Kp=tan2（45°+φ/2）=2.198

G=4*2*2.5*2.5*10=500KN

H=2.5m，重度18.7kN/m3，自重摩擦系數(shù)0.4

由于該地層屬于非黏性土，Ep=0.5γH2Kp=0.5*18*2.5*2.5*2.198=1 23.6KN；

Ep總=Ep*L=123.6*4=494.4KN；

F=μG=0.4*500=200KN

地錨提供的總抗拉力：F1=Ep總+F=694.4KN

地錨抗傾覆力下的抗拉力

f=（0.5B*G+2（1/3）H.Ep總）/H=（0.5*2*500+2/3*2.5*494.4）/2.5=529.6KN

需在地錨四周回填磚渣，同時在頂部外伸鋼筋與四周砼面層板結(jié)即可滿足抗傾覆要求。

小沉箱地錨為3.0m*2m*2m的C30砼塊。

本項目沉箱堆存區(qū)域計劃存放三列八行共計24件沉箱，加上生產(chǎn)線內(nèi)所設(shè)置的8個沉箱底胎膜，為了滿足沉箱橫移、縱移、落駁等方向性移動的要求，因此整個場地共需設(shè)置33個地錨。

4.6頂升承臺受力驗算

每個沉箱底胎膜設(shè)置6個承臺，尺寸3000mm×3000mm×1200mm，埋深0.7m。頂升過程中每個基坑千斤頂上擺放2.5cm厚，0.5米×0.5米的鋼板。

因此地基承載力滿足要求。

4.7出運碼頭

根據(jù)鉆孔柱狀圖顯示，地基在-2.0m左右開始為淤泥混砂層。如采用重力式碼頭結(jié)構(gòu)，反開挖后基礎(chǔ)會坐落在淤泥混砂層上，不利于碼頭受力。擬采用高樁碼頭結(jié)構(gòu)。

（1）將出運碼頭分為沉箱出運通道、重力式擋墻區(qū)、高樁墩臺區(qū)三個區(qū)域。沉箱出運通道為現(xiàn)狀壓頂石往岸測20m范圍，此區(qū)域采用回填20cm廢棄磚渣后普夯，夯能1500KJ，隨后回填砂碎，25t壓路機碾壓密實。澆筑20cm厚C30混凝土。

（2）高樁碼頭區(qū)設(shè)置1個長30m、寬16m的現(xiàn)澆墩臺。墩臺厚度2m。墩臺海測設(shè)置搭板坎深1.2m，坎高0.8m。

（3）墩臺下布置3行6列共18根ф1200mm，壁厚12mm鋼管樁。鋼管樁采用陸上振動錘結(jié)合沖擊錘下沉工藝，樁尖穿過粉細砂層、淤泥混砂層、殘積土層，樁尖進入碎塊狀強風化花崗巖2.5m，樁尖標高約-24m。

4.8鋼筋加工場

4.8.1鋼筋場結(jié)構(gòu)

車間內(nèi)兩臺桁車凈提升高度6.5m，桁車最大吊重≤5t，通過有線遙控器控制?？紤]到最長成品鋼筋長度將超過20米，在吊裝過程應(yīng)通過兩臺桁車配合專用吊具進行作業(yè)。車間立柱基礎(chǔ)采用獨立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)尺寸為2m*3m*2m。在外側(cè)18m無屋架段，因立柱間無屋架檁條拉結(jié)，所以采取格構(gòu)柱加固的方式，以此提高立柱受力及車間整體防風要求，該車間抗風等級設(shè)計應(yīng)抵御不小于12級臺風。

4.8.2車間設(shè)備布置

車間在地坪澆筑時充分考慮加工設(shè)備擺放，以此進行電纜槽預留及對焊機冷卻水排放。車間內(nèi)設(shè)備主要有一臺100KW對焊機，三臺自動彎曲機，一臺數(shù)控彎曲機，兩臺切斷機。

5.規(guī)劃與建設(shè)的建議

隨著對施工要求的逐步提升，對現(xiàn)場臨時預制場也提出了更高的要求。

5.1信息化的運用

除了運用實名制通道及場內(nèi)監(jiān)控形成對工人及現(xiàn)場的管理外，在場地建設(shè)規(guī)劃階段，運用BIM技術(shù)實現(xiàn)模型的可視化已經(jīng)逐步展開運用。

5.2節(jié)能環(huán)保的要求

建設(shè)過程中需考慮養(yǎng)護水及地表降水的循環(huán)利用，場地建設(shè)時平衡砼硬化區(qū)域、透水面層區(qū)域、綠化區(qū)域的關(guān)系。

5.3沉降位移的觀測與防雷接地的要求

對門機、塔吊、鋼筋場基礎(chǔ)、出運碼頭、底胎膜等重要部位，需進行定期的沉降位移觀測。在門機、塔吊、鋼筋場鋼結(jié)構(gòu)安裝前需對接地電阻進行測量，必要時補打接地極。

6.結(jié)語

沉箱臨時預制場建設(shè)屬于一次性投入，資金成本遠高于固定預制場租金投入。但需結(jié)合固定預制場距離、預制場建設(shè)投入、船機費用投入、工期等一系列因素考慮。沉箱現(xiàn)場預制可以有效避免天氣因素帶來的運輸不確定性，能使整個項目的進度在一個良好的受控狀態(tài)下。對于沉箱數(shù)量較多的大型項目，臨時預制場的建設(shè)是可行的，也大大減少了海上拖帶帶來的安全隱患。根據(jù)不同區(qū)塊的使用功能進行合理的規(guī)劃與建設(shè)不但為日后的沉箱預制帶來有利局面，同時也能最大程度的節(jié)省投資。