塢門大沉箱預(yù)制技術(shù)

李惠明，梁杰忠，袁立

（中交第四航務(wù)工程局有限公司，廣東 廣州 510231）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

深塢塢門是港珠澳大橋主體工程沉管預(yù)制廠的重要組成部分，是預(yù)制廠工程的關(guān)鍵構(gòu)件，塢門的質(zhì)量直接影響深淺塢的灌水。其主要功能是實(shí)現(xiàn)干塢內(nèi)的蓄水，保障沉管移動(dòng)、出運(yùn)。沉箱預(yù)制尺寸：長(zhǎng)59.00 m、寬25.20 m、高29.10 m，共40個(gè)內(nèi)倉(cāng)隔，倉(cāng)隔尺寸為5 780 mm×5 565 mm，總混凝土方量5 365 m3，重約1.30萬(wàn)t。沉箱主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，立面斷面形狀為“U”形，U形槽部分?jǐn)r水采用鋼扶壁結(jié)構(gòu)，沉箱設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+15.80 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-13.30 m。塢門結(jié)構(gòu)形式詳見(jiàn)圖1、圖2。

塢門沉箱施工具有以下特點(diǎn)：

1）塢門沉箱為分層、分段澆筑，形成流水作業(yè)，工序交叉，相互影響較大。

2）塢門沉箱根據(jù)澆筑分段情況，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼筋綁扎，作業(yè)高度大，危險(xiǎn)性較高，受天氣影響程度較大。

3）塢門沉箱模板分塊吊裝，最重一塊達(dá)12 t，安裝難度較大。

圖1 塢門沉箱斷面圖

圖2 塢門沉箱斷面模型圖

4）受孤島施工條件限制，施工用水、用電缺乏。

5）計(jì)劃工期內(nèi)，本地區(qū)為雨季，且臺(tái)風(fēng)頻繁，施工進(jìn)度受天氣影響較大。

2 工程構(gòu)成及主要內(nèi)容

深塢塢門工程主要包括塢門預(yù)制場(chǎng)、塢門主沉箱和塢門鋼結(jié)構(gòu)。

預(yù)制場(chǎng)地包括移動(dòng)塔吊基礎(chǔ)、預(yù)制場(chǎng)地底胎。塔吊基礎(chǔ)分兩段，每段75 m，高30 cm，寬50 cm；預(yù)制場(chǎng)地底胎模為1 800 m2，澆筑20 cm厚C15混凝土;另外還包括鋼筋加工場(chǎng)地1 200 m2、模板休整區(qū)1 800 m2，澆筑10 cm厚C15混凝土。

塢門主沉箱（U型結(jié)構(gòu)的下半部）1～5層每層分兩段澆筑（見(jiàn)圖3），6～8層每層澆筑1次；混凝土總方量5 365 m3，鋼筋總量1 473 t。

塢門鋼結(jié)構(gòu)包括擋水扶壁、欄桿及人行橋等。

圖3 塢門沉箱分層分段圖

3 施工順序及流程

根據(jù)工期的要求，塢門沉箱準(zhǔn)備了底層外模板1套（半個(gè)沉箱）、標(biāo)準(zhǔn)層外模板1套（半個(gè)沉箱），箱格內(nèi)模24個(gè)/套，澆筑蓋板20個(gè)，外工作平臺(tái)2套，內(nèi)工作平臺(tái)40個(gè)。

實(shí)際施工順序?yàn)椋篈1塊→B1塊→A2塊→B2塊→……→A8塊→B8塊。

4 主要分部、分項(xiàng)工程施工過(guò)程

4.1 塢門預(yù)制場(chǎng)地

4.1.1 場(chǎng)地整平

本著就近預(yù)制原則，塢門預(yù)制場(chǎng)選擇在深塢底面，表面為堅(jiān)硬巖石面，回填至統(tǒng)一標(biāo)高。采用塢口塢門停放區(qū)爆破出來(lái)的碎石進(jìn)行回填?；A(chǔ)頂層回填一層石粉進(jìn)行細(xì)平，標(biāo)高控制在5 cm以內(nèi)。面層澆筑20 cm厚C15混凝土地坪，尺寸約為120 m×30 m，地坪標(biāo)高統(tǒng)一為-13.33 m。

4.1.2 底模制作

考慮到起浮功能，沉箱預(yù)制底?？贪疾郏v向一道，橫向3道，每道20 cm寬，10 cm深。確保塢內(nèi)灌水后水可以進(jìn)入沉箱底板下。槽內(nèi)填沙，用灌水密實(shí)，槽上鋪寬25 cm，厚1 mm的鐵皮，防止振搗棒將底模打穿。

地坪澆筑完成后，需要設(shè)置隔離材料，隔離材料分4層：

1）最底下涂一層黃油（1號(hào)鋰基脂）。

2）鋪一層牛皮紙。

3）牛皮紙上放塑料薄膜。

4）最上面再鋪一層牛皮紙，保護(hù)薄膜不被鋼筋損傷，并方便鋼筋綁扎做標(biāo)記。

4.2 鋼筋工程

塢門沉箱鋼筋綁扎主要為鋼筋下料，分層綁扎，鋼筋直接在預(yù)制位置綁扎。各層鋼筋籠綁扎按規(guī)范要求預(yù)留搭接長(zhǎng)度。鋼筋分區(qū)綁扎見(jiàn)圖4。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋綁扎

整個(gè)鋼筋綁扎具體施工流程如下：

鋼筋加工→綁扎底板鋼筋→安裝內(nèi)模、外模板→澆筑底層混凝土→吊入鋼筋綁扎輔助架→綁扎上層鋼筋→與預(yù)埋鋼筋搭接→成型驗(yàn)收→吊出鋼筋綁扎輔助架→安裝內(nèi)模、外模板→澆筑該層混凝土→綁扎上一層鋼筋籠。

鋼筋綁扎初始方案：上層鋼筋綁扎采用整體綁扎吊裝方案，但由于大塢門沉箱鋼筋重量大，標(biāo)準(zhǔn)層鋼筋的重量達(dá)到200 t以上。采用半幅澆筑，分區(qū)吊裝（將整層分為12個(gè)區(qū)），采用3種鋼筋吊具形式，每次澆筑仍然需要吊裝6次。

分析該沉箱不同于一般沉箱結(jié)構(gòu)，采用鋼筋籠吊裝方案有如下幾點(diǎn)不足：

1）鋼筋籠加鋼筋吊架重量大，增加現(xiàn)場(chǎng)吊裝作業(yè)難度；

2）鋼筋籠在吊上沉箱區(qū)以后，由于不是整體吊裝，依然存在大量的搭接工作，工效不高；

3）3個(gè)鋼筋吊架會(huì)影響流水作業(yè)，如果繼續(xù)增加鋼筋吊架則不容易安排施工場(chǎng)地和吊裝位置；

4）采用吊架，搭接多、損耗大。由于大沉箱的主筋基本上是φ25的，故損耗量將會(huì)很大，不經(jīng)濟(jì)。

進(jìn)行比選后決定鋼筋采用現(xiàn)場(chǎng)綁扎方案。

現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋，由于外墻厚度大（690 mm），分層高度高（4 m），故使用了內(nèi)、外鋼筋綁扎輔助架，詳見(jiàn)圖5。

外輔助架置于沉箱外平臺(tái)上。外平臺(tái)承載力為2 t/m，故外輔助架上可放置原材料及半成品鋼筋，控制在3捆以內(nèi)，每段外平臺(tái)承載力滿足堆放9 t鋼筋的荷載。

圖5 鋼筋內(nèi)外綁扎輔助架圖

由于高空作業(yè)及可能大風(fēng)天氣，保證鋼筋外綁扎架的安全尤為重要。除用安全網(wǎng)圍護(hù)以外，用麻繩或鋼絲繩將內(nèi)外綁扎臺(tái)連接起來(lái)，如有大風(fēng)天氣，需用鋼筋焊接內(nèi)外綁扎架，確保外綁扎平臺(tái)穩(wěn)定。

4.3 預(yù)埋件

4.3.1 預(yù)埋件的種類

由于塢門沉箱有浮運(yùn)、關(guān)閉、止水等功能，所以塢門沉箱預(yù)埋件繁多，并且要求定位準(zhǔn)確。主要有以下幾種：

1）保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)埋件：護(hù)邊角鋼、底部防撞鋼板、防撞緩沖墊的預(yù)埋套筒。

2）安裝塢門沉箱相關(guān)的預(yù)埋件：底部斜角預(yù)埋鋼板（結(jié)合塢口預(yù)埋鋼板，起到安裝時(shí)導(dǎo)向的作用），系船環(huán)、系船柱的預(yù)埋件。

3）通道類：鋼爬梯預(yù)埋鋼板、鋼格構(gòu)通道預(yù)埋鋼板、人行橋預(yù)埋鋼板。

4）止水類：施工段連接處的止水鋼板、逆向止水角鋼預(yù)埋、鋼閘門止水鋼板預(yù)埋。

5）為鋼扶壁安裝而設(shè)置的預(yù)埋件。

4.3.2 預(yù)埋件的安裝定位

4.3.2.1 底部預(yù)埋鋼板的安裝

由于大沉箱設(shè)置了底模，最上面一層是牛皮紙，故直接在牛皮紙上放樣不現(xiàn)實(shí)。故需將測(cè)量定位線延伸至大沉箱范圍之外，定位每條軸線。

4.3.2.2 逆向止水角鋼和鋼閘門調(diào)平鋼板的安裝

逆向止水角鋼和調(diào)平鋼板安裝主要是縱向確保豎直，表面平整。采用經(jīng)緯儀定位，在安裝完模板之后，在預(yù)埋件表面焊螺栓，用螺絲固定在模板上，確保表面平整。安裝完成后用全站儀根據(jù)坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測(cè)，拆模后對(duì)鋼板表面進(jìn)行打磨。調(diào)平鋼板要求誤差控制在3 mm之內(nèi)。

4.3.2.3 防撞緩沖墊的預(yù)埋套筒

預(yù)埋套筒的位置直接在模板上定位，開(kāi)孔，再用螺栓將其固定在模板上，確保之后防撞緩沖墊的精確安裝。

4.4 模板工程

4.4.1 模板的設(shè)計(jì)

底層外模板高度為2.675 m，加工1套，根據(jù)起重能力共分8塊。底層模板內(nèi)模底盤為高度0.204 m，底模平臺(tái)模板加工24套，內(nèi)模采用組合式定型鋼模板+底托+可調(diào)節(jié)鋼架支撐形式。由混凝土墩柱支撐。

2～7層層高均為4.000 m，為標(biāo)準(zhǔn)層，標(biāo)準(zhǔn)層外模板高度為4.070 m，根據(jù)長(zhǎng)度不同由5種主要類型模板組成，共10塊。頂層第8層層高2.500 m，與標(biāo)準(zhǔn)層共享一套外模。外模的設(shè)計(jì)考慮了6～8層塢門沉箱結(jié)構(gòu)上的變化，同樣適合U形兩段的澆筑。

箱格內(nèi)模高度與標(biāo)準(zhǔn)層外模一樣均為4.070 m，長(zhǎng)寬為5 565 mm×5 780 mm，加工24套，內(nèi)模板由四片模板和吊裝架組成一個(gè)整體內(nèi)芯模板。

塢門沉箱模板按每層分兩次澆注進(jìn)行設(shè)計(jì)。第一次澆筑時(shí)，安裝24個(gè)內(nèi)模和3面的外模，端部封頭采用木模封頭，封堵前后墻和3道隔墻（底層澆筑時(shí)需要對(duì)70 cm高的隔墻進(jìn)行封堵）；第二次澆筑時(shí)留4個(gè)內(nèi)模不拆，另半幅安裝16個(gè)內(nèi)模，外模調(diào)轉(zhuǎn)到另一邊繼續(xù)使用。

4.4.2 施工過(guò)程中模板遇到的問(wèn)題和設(shè)計(jì)改進(jìn)的想法

1）底角螺栓

底角螺栓底部采用圓形鋼管嵌入鉆出的孔洞中（側(cè)模側(cè)壓力抵消裝置），詳見(jiàn)圖6。

圖6 底腳構(gòu)件圖

該方案有以下問(wèn)題：

①鉆孔速度慢，難度大。

②底腳構(gòu)件支撐底層模板時(shí)，由于是圓腳，可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。

在類似頂腳構(gòu)件的使用中要使用預(yù)埋盒留洞，并且避免使用圓形的腳，防止支撐模板時(shí)松動(dòng)。

2）分兩段澆筑時(shí)外側(cè)模板的總長(zhǎng)度

外側(cè)模板總長(zhǎng)度為29.875 m，僅比大沉箱的一半長(zhǎng)出37.5 cm，在半幅封頭時(shí)，可以進(jìn)行選擇的斷面較少，僅為37.5×2=75 cm，設(shè)置施工縫時(shí)尚應(yīng)避免大沉箱上下兩層接縫重疊的現(xiàn)象，盡量錯(cuò)開(kāi)布置。

3）模板的現(xiàn)場(chǎng)拼裝

由于塢門沉箱模板尺寸大，難以整塊運(yùn)輸，故廠家采取分塊運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)拼裝，出現(xiàn)以下困難：

①模板的變形和整體尺寸難控制。由于現(xiàn)場(chǎng)條件不如工廠的拼裝條件，組裝時(shí)保證尺寸嚴(yán)格準(zhǔn)確難度加大。

②現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量巨大，對(duì)施工用電產(chǎn)生影響，孤島作業(yè)，需增加發(fā)電機(jī)供電才能滿足。

③由于拼裝模板作業(yè)多，對(duì)吊機(jī)的占用率高，影響現(xiàn)場(chǎng)其它的工作。

④由于拼裝作業(yè)多，加上現(xiàn)場(chǎng)條件限制，往往造成工期十分緊張，出現(xiàn)窩工等現(xiàn)象。

對(duì)于這些情況，建議大型模板的制作和加工要選擇可以直接進(jìn)行海運(yùn)的廠家，模板可以整體裝運(yùn)，內(nèi)?？梢云囱b完成后運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)，避免增加現(xiàn)場(chǎng)工作難度。

4.4.3 模板的安裝

深塢塢門模板的裝卸主要采用現(xiàn)場(chǎng)布置的350 t·m移動(dòng)塔吊和200 t履帶吊。底層模板安裝前，對(duì)塢門沉箱混凝土支座進(jìn)行了標(biāo)高復(fù)核，保證底座平整、準(zhǔn)確。

4.4.3.1 底層模板安裝

底層模板使用350 t·m移動(dòng)塔吊進(jìn)行吊裝。

沉箱鋼筋綁扎完成后，先安裝內(nèi)模，后裝外模。底層的模板需要安裝底托。底托模板支撐在預(yù)制的混凝土支墩上。安裝前先放樣確定各混凝土支墩的位置，再安裝混凝土支墩，支墩底面與沉箱底座貼平，頂面支撐底托模板，底板鋼筋遇支墩時(shí)，適當(dāng)移動(dòng)鋼筋。底層外模支撐在沉箱底胎上，用底腳構(gòu)件從外部頂緊，上部與內(nèi)模模板用φ30螺桿對(duì)拉。

由于沉箱面積大，工作面寬廣，工序流程長(zhǎng)，可以在鋼筋完成一排后即進(jìn)行模板的安裝，形成流水作業(yè)。這樣大大節(jié)約了時(shí)間，并且使吊機(jī)合理均勻使用，避免吊裝作業(yè)過(guò)度集中，具體詳見(jiàn)圖7。

圖7 鋼筋綁扎和模板安裝銜接緊密

由于塢門沉箱尺寸要求嚴(yán)格，對(duì)安裝完畢后的模板進(jìn)行復(fù)核是一項(xiàng)很重要的工作。采用預(yù)制時(shí)定下的坐標(biāo)，用全站儀進(jìn)行角點(diǎn)測(cè)量復(fù)核，并在外模接頭處進(jìn)行測(cè)量復(fù)核。尤其在調(diào)平鋼板面，每次測(cè)量控制在3 mm以內(nèi)，才允許澆筑混凝土。

4.4.3.2 標(biāo)準(zhǔn)層模板安裝

標(biāo)準(zhǔn)層模板主要使用350 t·m和200 t履帶吊進(jìn)行模板的安裝，既方便場(chǎng)地布置，又使安裝的吊裝距離優(yōu)化。

標(biāo)準(zhǔn)層模板外模支撐于下層預(yù)埋M30螺栓上，內(nèi)模支撐于下層預(yù)留孔上。當(dāng)鋼筋籠安裝完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后，吊出鋼筋輔助架，先安裝內(nèi)模板，再安裝外模。模板安裝完成后，進(jìn)行測(cè)量復(fù)核，最后安裝預(yù)埋螺栓和預(yù)留孔模板盒。

4.5 混凝土工程

塢門沉箱尺寸為：59 m×25.2 m×29.1 m，總混凝土量5 365 m3，采用C40混凝土。由于體形較大，采用分1～8層，A、B兩段澆筑，共分18塊。分層、分段澆筑如前述圖3所示。

沉箱半幅底板澆筑方量約為689 m3，標(biāo)準(zhǔn)層半幅澆筑方量為392 m3，采用兩輛泵車澆筑（37 m和47 m布料桿）。6層以上一次澆筑量為132 m3，一輛泵車澆筑（47 m布料桿）。據(jù)工地?cái)嚢枵旧a(chǎn)混凝土能力，澆筑速度約為55 m3/h，底層澆筑時(shí)間約為12.5 h，標(biāo)準(zhǔn)層澆筑時(shí)間為7 h，6層以上為2.5 h。

1）施工澆筑順序

塢門底層沉箱澆筑順序?yàn)橄鹊装?，后隔墻；?biāo)準(zhǔn)層按照標(biāo)注順序施工。澆筑艙格順序如圖8所示。

圖8 澆筑隔艙順序平面圖

2）具體澆筑過(guò)程

①塢門沉箱第1層澆筑高度約2.6 m，標(biāo)準(zhǔn)層澆筑高度為4 m，第8層澆筑高度為2.5 m，混凝土分層入模、分層振搗。

②底層澆筑時(shí)首先在每個(gè)艙格內(nèi)澆筑至底板高度(70 cm)，然后按照?qǐng)D8順序進(jìn)入下一個(gè)艙格進(jìn)行澆注施工。進(jìn)行隔墻澆筑時(shí)先澆筑至覆蓋底托的高度，然后再以每層50 cm控制厚度。

③為避免產(chǎn)生施工縫，需每2.5 h覆蓋加高，進(jìn)行階梯形澆筑，防止下層出現(xiàn)初凝。此道程序底層和標(biāo)準(zhǔn)層均需遵從。

5 結(jié)語(yǔ)

浮塢門大沉箱預(yù)制不同于一般沉箱結(jié)構(gòu)，應(yīng)重點(diǎn)控制預(yù)制場(chǎng)地布置、模板設(shè)計(jì)、混凝土澆筑工藝、吊裝設(shè)備配置、止水功能質(zhì)量控制及起浮相關(guān)附屬設(shè)施預(yù)埋等多方面因素。沉箱施工前，做好詳細(xì)的技術(shù)及施工計(jì)劃非常必要，施工過(guò)程中抓好關(guān)鍵部位質(zhì)量控制是重點(diǎn)，確保預(yù)制完成后滿足設(shè)計(jì)的多種特殊功能要求。通過(guò)大塢門多次起浮及橫移結(jié)果驗(yàn)證，沉箱式大塢門止水、起浮及附屬結(jié)構(gòu)功能滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，整體評(píng)價(jià)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，為同類工程施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

[1]JTJ 025—86，公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]張鳳祥.沉井沉箱設(shè)計(jì)、施工及實(shí)例[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[3]JTJ 275—2000，海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范[S].

[4]JTS 257—2008，水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GB 50026—2001，工程測(cè)量規(guī)范[S].