港航工程中重力式沉箱預(yù)制施工探討

王娟，劉業(yè)偉

（長江重慶航道工程局，重慶 400011）

1 工程概況

某港航工程為順岸重力式沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭頂面標(biāo)高5.5m，前沿底標(biāo)高-17.6m，岸線長560.75m。碼頭按照南北走向設(shè)計(jì)，共設(shè)置1 個(gè)15×104t 級泊位。該港航工程28 座沉箱設(shè)計(jì)高度均為20m，分A、B、C 三種型號(hào)。其中，A 型、B 型、C 型沉箱長×寬×高均為18.65×15.05×20.0m，底板、前墻、后墻、隔墻設(shè)計(jì)長度均為0.65m、0.40m、0.35m、0.25m；A 型、B 型沉箱C30 混凝土方量均為853m3，C35F300 混凝土方量均為259m3；C 型沉箱C30 混凝土方量為851m3，C35F300 混凝土方量均為265m3；A 型沉箱無接地鋼板（圖1），B型、C 型沉箱均設(shè)置接地鋼板；A 型、B 型、C 型沉箱重量分別為2780t、2780t、2790t。A 型、B 型沉箱均設(shè)置1.0m 寬的前趾和后趾，前墻外側(cè)從頂部向下3.8m 處設(shè)置0.2m 寬牛腿，前墻以及側(cè)墻內(nèi)側(cè)、隔墻及后墻兩側(cè)從頂面向下0.5m 處均設(shè)置0.2m 寬牛腿。C 型沉箱設(shè)置1.0m寬的前趾和側(cè)趾，前墻及側(cè)墻外側(cè)從頂面向下3.8m 處設(shè)置0.2m 寬牛腿，側(cè)墻內(nèi)及隔墻、后墻兩側(cè)從頂面向下0.5m處均設(shè)置0.2m 寬牛腿。

圖1 A 型沉箱斷面模型圖

2 沉箱預(yù)制

結(jié)合該港航工程三種類型沉箱設(shè)計(jì)尺寸及鋼筋密度大、混凝土方量大等工程特性，為提升混凝土振搗質(zhì)量，采用分層預(yù)制方式。A 型、B 型、C 型沉箱均采取一致的分層參數(shù)，見表1。沉箱預(yù)制安排在中交第一航務(wù)工程局有限公司第二項(xiàng)目部沉箱預(yù)制場內(nèi)進(jìn)行，沉箱模板全部為定型鋼模板，底層按照蹲底工藝處理[1]，模板支設(shè)和拆除均在塔吊配合下進(jìn)行，混凝土制備完成后通過罐車運(yùn)輸。南北均設(shè)置4 個(gè)沉箱預(yù)制臺(tái)座，A 型、B 型沉箱交替預(yù)制，C 型沉箱最后預(yù)制，預(yù)制結(jié)束后由臺(tái)車頂推出運(yùn)。

表1 預(yù)制沉箱分層參數(shù)

3 沉箱施工

3.1 模板工程

該港航工程中重力式沉箱分層預(yù)制，外模為大型鋼模、豎向桁架及橫向螺栓拉桿結(jié)構(gòu)，上口為M24 對拉螺栓，下口為M24 高強(qiáng)螺桿和圓臺(tái)螺母模板。外模豎向通過陰陽榫扣接，相鄰?fù)饽Ｖg設(shè)置壓板螺絲防錯(cuò)臺(tái)。內(nèi)芯模則為定型鋼模，同樣的豎向桁架結(jié)構(gòu)，每套模板共包括12 個(gè)芯模，每個(gè)芯模中的4 片芯片由底盤支架連接；上口為M24 對拉螺栓，下口為活動(dòng)底盤頂絲；芯模片通過鋼插板和頂絲拼縫。

模板安裝前必須將預(yù)制沉箱底胎清理干凈，進(jìn)行沉箱底平面前后墻、側(cè)墻、隔墻放線，并在底胎均勻涂刷板油，將2 層底胎紙鋪放在劃線區(qū)域內(nèi)，安裝底胎線并綁扎沉箱鋼筋；此后順著底胎線安裝模板。安裝模板前，還應(yīng)將模板打磨平整并涂刷0.3mm 厚的機(jī)油，起到潤滑模板的作用，按照先芯模后外模的次序依次支模。此后，通過M24 對拉螺栓將模板上口固定，并預(yù)埋圓臺(tái)螺母；通過M24×300 高強(qiáng)螺桿連接圓臺(tái)螺母。校核并調(diào)整模板垂直度、拼縫、墻體寬度及整體對角線。

3.1.1 底層模板

底層模板包括外模、內(nèi)模、澆筑平臺(tái)、混凝土地胎模、充芯活動(dòng)底模等部分。底層沉箱外模采用桁架式鋼模板形式和墻包底工藝，設(shè)計(jì)高度2.25m；上部設(shè)置楔形圓臺(tái)螺母。地模則在原地胎模四周既有基礎(chǔ)上澆筑140mm 厚的鋼筋混凝土，并設(shè)置底模拉條和12 只高程定位鋼板為外模支撐點(diǎn)。底胎模內(nèi)部設(shè)置隔艙，隔艙內(nèi)充砂整平后形成密實(shí)工作面，其上鋪設(shè)18mm 厚的光面膠合板及2mm 厚的纖維紙。為便于安裝拆卸，4 片內(nèi)模板組成整體結(jié)構(gòu)，1 次可整體吊裝1 個(gè)孔腔；內(nèi)模則設(shè)置在預(yù)埋混凝土支撐墩部，底層不設(shè)托架；內(nèi)模頂部安置單邊楔形預(yù)留孔，用于上層內(nèi)模托架定位支撐。混凝土澆筑時(shí)的側(cè)壓力在框架結(jié)構(gòu)的支撐下互相作用并抵消[2]，對模板整體受力有利，且安拆簡便、工效高，對墻體損壞少。

3.1.2 上層模板

上層模板包括4 榀外模、12 組內(nèi)模、澆筑平臺(tái)和操作平臺(tái)。外模采用桁架式鋼模，設(shè)計(jì)高度3.75m，通過拉條將底腳和預(yù)埋于下層的圓臺(tái)螺母禁固連接；底部100mm 區(qū)域內(nèi)和下部混凝土接觸，以控制垂直度并起到止?jié){作用；外模上部預(yù)設(shè)楔形圓臺(tái)螺母，用于上層外模承重緊固。底角螺栓底部通過圓形鋼管嵌入側(cè)模側(cè)壓力抵消裝置孔洞內(nèi),見圖2。

圖2 底腳構(gòu)件（單位：mm）

拆模時(shí)間根據(jù)試驗(yàn)室壓塊強(qiáng)度確定。在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后展開拆模；在禁固螺栓拆除時(shí)，必須在每片外模上預(yù)留2 根安全螺栓，待塔吊鋼絲繩帶張緊后拆除預(yù)留螺栓。

3.2 鋼筋工程

按照規(guī)范對進(jìn)場鋼筋實(shí)施復(fù)檢，復(fù)檢合格的鋼筋根據(jù)設(shè)計(jì)要求和沉箱層高展開加工制作，編號(hào)后堆放；前后墻、側(cè)墻、縱隔墻鋼筋均在加工區(qū)內(nèi)綁扎并整體吊裝；橫隔墻鋼筋則通過穿筋工藝施工，同截面鋼筋搭接率控制在50%以內(nèi)[3]。

待沉箱底平面依次劃好鋼筋控制線后展開底板鋼筋綁扎，并將控制上下層層距的鋼筋板凳和支架固定好，此后開始綁扎上層鋼筋。因沉箱前后均設(shè)置大趾，故在沉箱4 角大趾處焊接U 型鋼筋以固定鋼筋網(wǎng)，避免傾斜。全部底板鋼筋均按滿點(diǎn)方式牢固綁扎。

墻體、外墻及縱隔墻鋼筋均在綁扎區(qū)內(nèi)鋪平綁扎；水平筋在外側(cè)布置，前后墻、縱隔墻鋼筋網(wǎng)片均設(shè)置12 個(gè)鋼筋支架，并以φ12mm 圓鋼焊接吊點(diǎn)，整體吊裝后與下層外伸鋼筋綁扎。鋼筋綁扎過程中必須加強(qiáng)間距、層距等的控制，做到橫平豎直；鋼筋交叉處應(yīng)按梅花布點(diǎn)綁扎，鉛絲外露長度應(yīng)不超出1.0cm。保護(hù)層墊塊應(yīng)按4 個(gè)/m2的數(shù)量設(shè)置，鋼筋厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 混凝土工程

混凝土采用泵送澆筑工藝，即在預(yù)制場內(nèi)攪拌站制備好混凝土后通過罐車運(yùn)抵施工現(xiàn)場，借助泵車泵送入模，并通過高頻振搗器分層振搗密實(shí)?；炷翝仓┕て陂g，為避免出現(xiàn)氣泡、蜂窩、麻面、砂線等質(zhì)量問題，主要采取以下措施：①優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，并將混凝土塌落度控制在140～160mm 以內(nèi)。最終確定的混凝土設(shè)計(jì)配比見表2；②加強(qiáng)原材料及混凝土性能檢測，應(yīng)使用級配良好、硬質(zhì)、針片狀含量低、壓縮性在10%以下的河砂；③底板混凝土澆筑時(shí)按照底板→大趾→隔墻→外墻次序進(jìn)行，并在大趾模板上按照1.5m 間隔設(shè)置φ200mm 振搗孔，加強(qiáng)振搗；在墻身和底板交接處澆筑外墻后，再澆筑隔墻；混凝土澆筑期間應(yīng)按照50cm厚度分層下灰；④應(yīng)用φ50mm 高頻振搗器以梅花形振搗底板，以使混凝土結(jié)構(gòu)中的氣泡等順利排出，直至混凝土表明無明顯沉降，且表面出現(xiàn)浮漿后結(jié)束振搗。

表2 混凝土配合比及材料用量（單位：kg/m3）

沉箱接茬處混凝土必須沖毛處理，保證新舊混凝土之間良好結(jié)合，防止接縫處滲水。澆筑混凝土前應(yīng)先澆筑1 層高標(biāo)號(hào)水泥砂漿，以潤濕接茬面。

3.4 沉箱施工質(zhì)量控制

沉箱安裝前由操作人員全面整理測量結(jié)果，對于起重船可適當(dāng)調(diào)整船體位置，將船體擺放至沉箱擬沉放區(qū)域以內(nèi)。此后，操作人員通過操作起重船使吊鉤緩慢松放，并在沉箱底和基床相距0.3m 左右時(shí)暫停松放，由測量人員和起重人員借助GPS、交通船、全站儀、經(jīng)緯儀等再次審查沉箱箱體。每個(gè)沉箱安裝完畢后均應(yīng)通過木枋造縫，以保證相鄰沉箱間緊密連接。沉箱安裝允許偏差及質(zhì)量控制要求[4]見表3。

表3 沉箱安裝允許偏差

4 結(jié)論

綜上所述，該港航工程重力式沉箱采用整體澆筑，安裝好四周模板后便形成封閉式內(nèi)倉，故混凝土澆筑過程中必將產(chǎn)生大量水化熱，引發(fā)沉箱內(nèi)快速溫升，故施工過程應(yīng)選擇在環(huán)境溫度較低的時(shí)間進(jìn)行，并加強(qiáng)通風(fēng)降溫，保證混凝土澆筑施工順利進(jìn)行。沉箱整體式澆筑過程中，鋼筋及模板安裝施工存在較大難度，所涉及模板預(yù)制及輔助設(shè)施配置較多，對混凝土澆筑也有較高要求。采取本文所提出的控制措施后，該港航工程重力式沉箱整體施工質(zhì)量得到提升，為該大型碼頭經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的發(fā)揮提供了保證。