大型沉箱模板的施工技術(shù)研究

陳希

摘 要：沉箱預(yù)制質(zhì)量的一個(gè)重要的保證就是沉箱模板制作，文章結(jié)合福建莆田港東吳港區(qū)羅嶼作業(yè)區(qū)9號(hào)和10號(hào)泊位工程的實(shí)踐，介紹了沉箱預(yù)制過(guò)程中的模板設(shè)計(jì)過(guò)程和存在問(wèn)題的處理措施。

關(guān)鍵詞：大型沉箱；模板工程；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU476 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）18-0026-03

隨著港口建設(shè)的高速發(fā)展，深水泊位的大批涌現(xiàn)使得沉箱預(yù)制向重型化、大型化發(fā)展，分層預(yù)制作為一種全新的預(yù)制工藝因其模板重量小、工程進(jìn)度快、施工靈活等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)運(yùn)而生。本文就沉箱模板設(shè)計(jì)及參數(shù)、模板主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算及存在的問(wèn)題進(jìn)行分析。

1 工程概況及工藝選擇

1.1 工程概況

羅嶼9號(hào)和10號(hào)泊位工程結(jié)構(gòu)形式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，9號(hào)泊位建設(shè)25萬(wàn) t級(jí)鐵礦石接卸碼頭1座，水工結(jié)構(gòu)按30萬(wàn) t級(jí)船舶設(shè)計(jì)，10號(hào)泊位建設(shè)10萬(wàn) t級(jí)散貨碼頭1座，水工結(jié)構(gòu)按15萬(wàn) t級(jí)船舶設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目有3種型號(hào)的沉箱，因甲型、甲1型沉箱結(jié)構(gòu)基本相同，模板設(shè)計(jì)按甲型、乙型兩種型號(hào)考慮，沉箱尺寸見表1。甲型、甲1型沉箱箱格布置圖，如圖1所示，乙型沉箱箱格布置圖，如圖2所示。

1.2 工藝選擇

沉箱擬采用分層進(jìn)行預(yù)制，各沉箱分層高度見表2。考慮分層厚度及施工實(shí)際情況，為了便于施工過(guò)程中模板的拆裝及模板拼縫控制，保證沉箱外觀質(zhì)量，沉箱模板擬采用大型鋼板作板面，以型鋼圍令、鋼桁架作為模板骨架，外模拼裝，芯模整體吊裝。

2 模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 模板設(shè)計(jì)規(guī)范

①《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTS 202-2011）。

②《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）。

2.2 模板設(shè)計(jì)計(jì)算參照手冊(cè)

①《建筑工程模板施工手冊(cè)》。

②《模板工程現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)用手冊(cè)》。

2.3 模板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3.1 模板套數(shù)

考慮到預(yù)制進(jìn)度、便于材料周轉(zhuǎn)、節(jié)約成本，本工程計(jì)劃制作底層外模板1套，內(nèi)芯模1套；標(biāo)準(zhǔn)層外模板2套，內(nèi)芯模2套。首先進(jìn)行甲型、甲1型模板制作，乙型沉箱模板采用該套模板進(jìn)行改裝。

2.3.2 模板結(jié)構(gòu)

模板結(jié)構(gòu)采用型鋼作骨架，焊接制成鋼桁架立柱，橫向同樣以桁架做圍囹的大型模板工藝，外模板分節(jié)制作，一般單件最大重量控制在10 t左右，便于模板吊裝。

2.3.3 起重設(shè)備

兩臺(tái)300 t-m塔吊。

2.3.4 模板材料選取及相關(guān)參數(shù)

①模板材料及布置。

模板面板采用Q345b鋼板，厚度5 mm，其他型材均采用Q235b鋼材。

橫肋材料采用8槽鋼，最大間距Ly為480 mm。

豎向小肋材料采用-6×55扁鋼，最大間距Lx為355 mm。

豎向立柱材料采用10雙槽鋼，最大間距為600 mm。

豎向桁架立柱材料采用10槽鋼，斜撐材料采用L63×40×5，腹桿材料采用8槽鋼，間距為460 mm，桁架寬度為750 mm。

橫向圍囹桁架采用8槽鋼，間距為1 500 mm。

模板上部使用M30對(duì)穿螺栓，間距同桁架間距。底段模板下部采用底扒頂撐模板，封頂段模板下部采用M30螺栓及預(yù)埋在沉箱內(nèi)的圓臺(tái)螺母進(jìn)行固定。

②砼澆注參數(shù)。

泵送砼澆注工藝：坍落度控制在160～180 mm，采用軟管直接入倉(cāng)，現(xiàn)場(chǎng)拌和站按45 m3/h的供砼能力計(jì)算：

Vmax=45/60.16=0.75 m（60.16 m3為1 m的混凝土方量）。

澆注速度按每小時(shí)上升砼0.75 m計(jì)，插入式振搗棒搗實(shí)。

3 模板主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

因乙型沉箱箱格尺寸同甲型、甲1型沉箱，因此乙型沉箱模板待甲型、甲1沉箱預(yù)制完成后利用甲型模板進(jìn)行調(diào)整（整體尺寸調(diào)整），在此不作計(jì)算。甲型沉箱底層模板高度小于標(biāo)準(zhǔn)層，另橫肋、桁架結(jié)構(gòu)間距相差不大，因此以下計(jì)算均依據(jù)甲型沉箱標(biāo)準(zhǔn)層模板。

3.1 模板側(cè)壓力驗(yàn)算

①按《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008）中相關(guān)條文計(jì)算，并取其中的較小值：

F=0.22？酌ct0？茁1？茁2V■=0.22×24×4×1.2×1.15×0.75■=25.2 kN/m2

F=？酌cH=24×4.7=112.8 kN/m2

？酌c為混凝土的重力密度（kN/m3）。

t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間（h）。

？茁1為外加劑影響修正系數(shù)，無(wú)外加劑取1.0，有緩凝作用的外加劑取1.2。

？茁2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，坍落度<30，取0.85，坍落度在50～90取1.0，坍落度在110～150取1.15。

V為砼澆注速度，這里取0.75 m/h。

H為側(cè)壓力影響高度。

計(jì)算示意圖，如圖3所示。

②按《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》JTS202-2011，采用插入式振搗器，混凝土模板側(cè)壓力計(jì)算：

Pmax1=8Ks+24KtV■

式中：

Kt為溫度校正系數(shù)，取值見表3。

V為砼澆注速度，這里取0.75 m/s；

Ks為外加劑波動(dòng)修正系數(shù)，坍落度>80取2.0，坍落度在<60取1.0，這里取2.0。

Pmax1=8Ks+24KtV■=8×2+24×1×0.75■=37 kN/m2

振搗混凝土對(duì)垂直模板所產(chǎn)生的荷載Pmax2=4 kN/m2

傾倒混凝土產(chǎn)生的水平動(dòng)力荷載Pmax3=2 kN/m2

因此混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力：

Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43 kN/m2

③新澆混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值取最大值即4.1.2的計(jì)算值0.043 N/mm2。

3.2 相關(guān)驗(yàn)算

鋼的抗拉許用強(qiáng)度=215 N/mm2；

彈性模量E=2.06×105 N/mm2。

3.2.1 鋼面板計(jì)算

①?gòu)?qiáng)度驗(yàn)算。

選面板區(qū)格中三面嵌固、一面簡(jiǎn)支的最不利受力情況進(jìn)行計(jì)算。

Lx/Ly=355/480=0.74，查表可得：

KMxo為-0.075，KMyo為-0.057，撓度系數(shù)KW為0.00219，一邊簡(jiǎn)支一邊固定見表3。