裝配式排水溝倒扣預(yù)制安裝施工工藝研究與應(yīng)用

謝連仲，鞠慶富，張世強(qiáng)

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

隨著我國新建筑技術(shù)和材料的不斷發(fā)展與進(jìn)步，預(yù)制裝配式建筑得到了廣泛的應(yīng)用，裝配式排水溝已然成為今后的一種趨勢(shì)。傳統(tǒng)建筑工程中的混凝土排水溝施工主要以現(xiàn)澆鋼筋混凝土或分層預(yù)制為主，期間涉及支模、澆筑等流程，存在施工作業(yè)受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響較大、澆筑質(zhì)量不易控制、澆筑分段分層次數(shù)多等問題，整體工期比較長(zhǎng)。本文利用裝配式[1]理念，結(jié)合欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9 號(hào)、10 號(hào)泊位工程，采用排水溝倒扣預(yù)制安裝施工工藝，可解決現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工方法中存在的問題，并通過工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的形式，將排水溝施工流程簡(jiǎn)化，同時(shí)有效提高施工效率、提升了施工質(zhì)量，節(jié)省造價(jià)。

1 工程概況

欽州港大欖坪南9 號(hào)、10 號(hào)泊位工程碼頭主體為沉箱重力式結(jié)構(gòu)，碼頭后方排水溝外寬1.2 m，內(nèi)寬0.8 m，共長(zhǎng)721.3 m，墻身厚0.2 m，底板厚0.2 m，排水溝頂部企口里外側(cè)各有2 處通長(zhǎng)護(hù)邊角鋼，排水溝結(jié)構(gòu)斷面圖如圖1 所示。

圖1 排水溝結(jié)構(gòu)斷面圖Fig.1 Cross-sectional view of drainage ditch structure

2 工藝比選

按設(shè)計(jì)要求，若采用傳統(tǒng)方式現(xiàn)澆或進(jìn)行排水溝正向預(yù)制施工，受排水溝頂面截面小、頂面布設(shè)角鋼原因，需分多層多次澆筑，工序冗雜，且施工質(zhì)量控制難度大[3]。

考慮到本工程排水溝施工效率及施工質(zhì)量，采用倒扣式預(yù)制工藝，混凝土一次澆筑成型。壓縮現(xiàn)澆作業(yè)5 道工序?yàn)? 道，解決了正向現(xiàn)澆不易下灰的難題，避免了分層施工帶來的質(zhì)量問題，大大減少作業(yè)面需求及占用時(shí)間。

3 實(shí)施重難點(diǎn)分析

1） 本著預(yù)制安裝便利的原則，需將排水溝劃分成多個(gè)類型的預(yù)制安裝段，且從運(yùn)輸、起重吊裝等角度考慮，單段排水溝重量不超過30 t。

2） 排水溝模板為鋼模板，在限定的場(chǎng)區(qū)作業(yè)，需考慮如何提高模板移運(yùn)、安裝效率，減少模板吊裝風(fēng)險(xiǎn)。

3） 排水溝倒扣預(yù)制時(shí)，需控制底胎上護(hù)邊角鐵線型且確保埋件緊貼底胎，避免混凝土夾渣。

4） 倒扣預(yù)制完成后的排水溝安全翻轉(zhuǎn)是該工藝的重難點(diǎn)，需設(shè)計(jì)特制排水溝翻轉(zhuǎn)工具進(jìn)行翻轉(zhuǎn)作業(yè)。

5） 根據(jù)《港口工程施工手冊(cè)》[2]構(gòu)件吊裝的運(yùn)輸要求，需制作專用吊索具進(jìn)行排水溝安裝作業(yè)。

6） 安裝后的排水溝外側(cè)回填中粗砂，進(jìn)行混凝土水穩(wěn)、面層施工，為防止后方回填砂的滲透、流失，需對(duì)排水溝安裝縫進(jìn)行密封處理。

4 操作要點(diǎn)

4.1 排水溝分段預(yù)制長(zhǎng)度

根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)起重設(shè)備資源保有情況，并考慮構(gòu)件運(yùn)輸?shù)谋憬?，確定單段排水溝預(yù)制長(zhǎng)度為5 m，最大重量9.15 t。

4.2 模板設(shè)計(jì)

4.2.1 收縮式可升降、可抽拉內(nèi)芯模板

為保證施工模板拆卸、支立、周轉(zhuǎn)方便快捷，設(shè)計(jì)一種收縮式可升降、可抽拉內(nèi)芯模板，見圖2。內(nèi)芯模板采用彈性鋼模板技術(shù)[3]，模板頂部小于頂口3 cm，且陰倒角進(jìn)行無棱化處理，底部設(shè)置頂升裝置及滾輪，單段內(nèi)芯模板設(shè)計(jì)長(zhǎng)4 m，約0.8 t。內(nèi)模支立時(shí)，人工將內(nèi)芯模板推入底胎之間，通過底部布設(shè)4 道頂升裝置同時(shí)將內(nèi)芯模板頂升，調(diào)節(jié)底部頂升裝置調(diào)整排水溝內(nèi)芯模高度，通過內(nèi)芯模板內(nèi)側(cè)緊張器調(diào)整排水溝頂口尺寸，內(nèi)模底部與外片模板使用拉桿緊固?；炷翉?qiáng)度達(dá)到2.5 MPa，進(jìn)行內(nèi)芯模板拆除。拆除時(shí)，先反向調(diào)整芯模內(nèi)部緊張器，待模板與混凝土脫離后，降落4 個(gè)頂升裝置，直至內(nèi)芯模板滾輪落在內(nèi)芯模板導(dǎo)軌上，最后將模板推出排水溝外。

圖2 收縮式可升降、可抽拉內(nèi)芯模板Fig.2 Shrinkable lifting and pullable core template

4.2.2 移動(dòng)式外模板

外模板為桁架結(jié)構(gòu)，底部設(shè)置滾輪，單片重3 t，人工進(jìn)行水平移運(yùn)，減少起重吊裝作業(yè)；待內(nèi)模支立完成后進(jìn)行外模支立，外模頂口設(shè)置頂拉桿，外模底部通過木楔子調(diào)節(jié)模板傾斜度[4]。外模底部用拉桿與內(nèi)模校緊，堵頭模板采用螺栓與內(nèi)外模板加固，采用雙面膠進(jìn)行每片模板間的止?jié){處理。模板拆除按先支后拆、后支先拆的原則進(jìn)行。

4.3 底胎護(hù)邊角鋼線形控制

為保證護(hù)邊角鋼與底胎模板貼合緊密、線形順直，對(duì)護(hù)邊角鋼及底胎進(jìn)行精加工處理。角鋼上開設(shè)M12 螺栓孔，底胎開孔間距、位置與角鋼一致；角鋼安裝前進(jìn)行調(diào)平專項(xiàng)驗(yàn)收，避免角鋼安裝時(shí)無法貼緊底胎，角鋼與底胎用M12×40 mm六角螺栓加固。角鋼內(nèi)側(cè)焊接?8 mm 鋼筋作為錨筋，錨筋間距為250 mm。角鋼內(nèi)部采用固定尺寸鋼板焊接，保證護(hù)邊角鋼間距固定。

4.4 預(yù)制排水溝翻轉(zhuǎn)

混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，使用特制排水溝翻轉(zhuǎn)工具將排水溝進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)支架如圖3所示。特制排水溝翻轉(zhuǎn)工具由排水溝旋轉(zhuǎn)支架和吊裝架兩部分組成，翻轉(zhuǎn)支架由排水溝加固裝置和旋轉(zhuǎn)軸組成[5]。排水溝翻轉(zhuǎn)前將旋轉(zhuǎn)支架內(nèi)置于排水溝內(nèi)腔進(jìn)行加固并利用吊車起吊懸空，再利用手扳葫蘆由吊裝架帶動(dòng)排水溝旋轉(zhuǎn)支架（排水溝）完成旋轉(zhuǎn)。

圖3 排水溝翻轉(zhuǎn)實(shí)圖Fig.3 Diagram of inverted drainage ditch

具體施工如下：先將特制的排水溝翻轉(zhuǎn)支架推移至排水溝內(nèi)側(cè)，并將翻轉(zhuǎn)支架居中固定在排水溝兩端墻身及底板上，吊裝架上的手扳葫蘆分別與翻轉(zhuǎn)支架固定點(diǎn)A、B 進(jìn)行連接，翻轉(zhuǎn)時(shí)先松開固定點(diǎn)手扳葫蘆1，校緊固定點(diǎn)手扳葫蘆2，當(dāng)?shù)跹b架旋轉(zhuǎn)90°后，將吊裝架手扳葫蘆固定點(diǎn)交叉互換，繼續(xù)校緊固定點(diǎn)手扳葫蘆1，松開固定點(diǎn)手扳葫蘆2，直至翻轉(zhuǎn)完成，如圖3 所示。翻轉(zhuǎn)完成后，將排水溝吊裝放置在枕木上。排水溝翻轉(zhuǎn)過程速度不宜過快，現(xiàn)場(chǎng)施工人員需做好防護(hù)，非作業(yè)人員嚴(yán)禁進(jìn)入翻轉(zhuǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

4.5 排水溝吊裝

采用25 t 汽車吊及定制吊裝架進(jìn)行排水溝吊裝作業(yè)，排水溝最大重量9.15 t，鋼絲繩選用4 根6×37?21 mm 鋼絲繩、插銷選用Q235?40 mm 光圓鋼筋制作[6]，吊裝見圖4。排水溝預(yù)制時(shí)在墻身距底部0.5 m 處布設(shè)吊裝孔4 個(gè)，吊裝孔距排水溝兩端各1 m，距離底部0.5 m。

圖4 排水溝吊裝圖Fig.4 Drainage ditch hoisting diagram

鋼絲繩驗(yàn)算：吊裝按照3 點(diǎn)受力考慮，單個(gè)吊點(diǎn)受力為：9.15/3=3.05 t，即30.5 kN，角度為60°。

鋼絲繩的核算：∑Fg=（Fo×sin a）/k=（487 kN×sin 60°）/6=70.29 kN＞30.5 kN，符合要求。

式中：Fg為鋼絲繩的允許拉力；Fo為鋼絲繩的最小破斷拉力，查表可知Fo=487 kN；a 為起吊時(shí)鋼絲繩的角度；k為安全系數(shù)，取6 倍。

Q235 ?40 mm 插銷驗(yàn)算：Q235 的抗拉強(qiáng)度375～500 MPa，即375～500 N/mm2。

?40 mm 圓鋼的截面積：

Q235?40 mm 圓鋼極限拉力：

Q235?40 mm 圓鋼極限拉力為471.24～628.32 kN＞30.5 kN，符合要求。

4.6 安裝線形控制

排水溝基底根據(jù)排水溝類型進(jìn)行預(yù)處理，依次進(jìn)行基槽開挖、基礎(chǔ)夯實(shí)，碎石墊層、混凝土墊層施工，完成標(biāo)高驗(yàn)收后進(jìn)行排水溝安裝。安裝前通過全站儀穿線放樣邊線，做排水溝安裝準(zhǔn)線，并利用水準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)高放樣，標(biāo)高預(yù)留2 cm 沉降量，底部支墊尼龍板進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整。安裝時(shí)利用吊裝架將排水溝吊運(yùn)至混凝土墊層上方約200 mm 處，依據(jù)安裝準(zhǔn)線人工調(diào)校排水溝邊線，安裝時(shí)相鄰排水溝預(yù)留10 mm 安裝縫，排水溝墻身內(nèi)外兩側(cè)采用6 號(hào)槽鋼對(duì)拉校緊，防止出現(xiàn)不規(guī)則偏移。

4.7 安裝縫處理

相鄰排水溝之間設(shè)置10 mm 安裝縫，排水溝外側(cè)使用SBS 防水卷材進(jìn)行全包裹處理，安裝縫內(nèi)填充聚氨酯發(fā)泡膠，排水溝安裝縫頂口2 cm 使用聚氨酯密封膠填充。

5 實(shí)施效果

5.1 施工效率

解決了正向現(xiàn)澆不易下灰的難題，壓縮現(xiàn)澆作業(yè)5 道工序?yàn)? 道，大大減少作業(yè)面需求及占用時(shí)間，施工效率達(dá)90 m/工作日（每班組）。

5.2 施工質(zhì)量

排水溝采用整體倒扣預(yù)制工藝，設(shè)置定型底胎確保壁厚及溝寬定尺，混凝土線條順直、折角圓潤(rùn)平滑。安裝完成的排水溝滿足水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

5.3 壓水試驗(yàn)檢測(cè)

待排水溝安裝完成后，進(jìn)行壓水試驗(yàn)檢測(cè)，檢查排水溝墻身及安裝縫是否存在漏水、變形等不良現(xiàn)象。試驗(yàn)證明：常規(guī)分層預(yù)制排水溝在墻身橫向分層澆筑接茬處出現(xiàn)明顯滲水，采用倒扣式排水溝墻身處無滲水。

5.4 經(jīng)濟(jì)效益

以9 號(hào)、10 號(hào)泊位工程排水溝施工為例，將傳統(tǒng)正向分層預(yù)制與倒扣整體預(yù)制施工成本進(jìn)行分析比較，具體見表1。

表1 傳統(tǒng)施工與倒扣預(yù)制施工工藝經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比表Table 1 Comparison table of economic benefits between traditional construction and inverted prefabricated construction process

經(jīng)分析對(duì)比，排水溝倒扣整體預(yù)制比傳統(tǒng)正向分層預(yù)制節(jié)約成本4.01 萬元。

6 優(yōu)化建議

1） 排水溝在滿足頂面承載力要求的基礎(chǔ)上調(diào)節(jié)墻身厚度，墻身優(yōu)化為“牛腿”結(jié)構(gòu)形式，節(jié)約混凝土施工用量；

2） 排水溝內(nèi)溝底角設(shè)計(jì)為倒角，外觀造型美觀，方便施工。

7 結(jié)語

通過在欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9號(hào)、10 號(hào)泊位工程排水溝施工實(shí)踐中，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)各種工況的跟蹤、檢查、分析、研究、改進(jìn)，施工中不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，倒扣預(yù)制排水溝施工進(jìn)行了成功的研究和應(yīng)用，并達(dá)到了加快施工進(jìn)度、提高施工質(zhì)量、降低施工成本的目的，充分證明了該套工藝行之有效。