桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工工藝

高自兵，丁海龍，杭建忠

（1.中交第三航務(wù)工程局有限公司江蘇分公司，江蘇連云港222044；2.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200032）

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桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工工藝

高自兵1，丁海龍1，杭建忠2

（1.中交第三航務(wù)工程局有限公司江蘇分公司，江蘇連云港222044；2.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海200032）

為適應(yīng)日益外?；钏姆啦ǖ坦こ淌┕?，具有施工效率高、造價(jià)低、對環(huán)境影響小、占有資源少、結(jié)構(gòu)新穎等特點(diǎn)的新型無底桶式結(jié)構(gòu)將取代傳統(tǒng)的拋石堤、砂被堤等結(jié)構(gòu)形式?；诖耍闹兄饕榻B連云港港徐圩港區(qū)東直立式防波堤新型桶式結(jié)構(gòu)的預(yù)制施工工藝，詳細(xì)表述桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制流水化施工的全過程，并對其中關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡述?？傮w施工工藝成熟，達(dá)到了預(yù)期效果。

桶式結(jié)構(gòu)；預(yù)制；施工工藝

1　工程概述

連云港港徐圩港區(qū)直立式結(jié)構(gòu)東防波堤工程是徐圩港區(qū)形成掩護(hù)條件的第一步，是港區(qū)形成的前提，也是桶式結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的首次應(yīng)用。作為江蘇沿海開發(fā)戰(zhàn)略一部分，工程建設(shè)意義重大而深遠(yuǎn)[1]。

本工程地處連云港徐圩港區(qū)，工程北距連云區(qū)35 km、核電南路20 km。工程內(nèi)容為直立式結(jié)構(gòu)東防波堤4 100 m，分為：1）桶式結(jié)構(gòu)ET1—ET51段防波堤（Ⅰ階段），該段為回填區(qū)段，本段結(jié)構(gòu)兼具擋土和防浪功能，長1 076 m。2）桶式結(jié)構(gòu)ET52—ET195段防波堤（Ⅱ階段），該段為無回填區(qū)段，長3 024 m[2]。

連云港港徐圩港區(qū)直立式結(jié)構(gòu)東防波堤工程主體結(jié)構(gòu)由195個(gè)基礎(chǔ)桶式結(jié)構(gòu)組成，其中1個(gè)（ET1）無上層圓筒。桶式結(jié)構(gòu)安排在徐圩港區(qū)預(yù)制廠預(yù)制施工。

桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制部分由下層基礎(chǔ)桶和上層圓筒組成。下層基礎(chǔ)呈橢圓形，無底有蓋，桶體的長軸30 m，短軸20 m，高度9～11 m。下層桶體通過2道橫隔墻和2道縱隔墻劃分為9個(gè)隔倉，下層桶體壁厚40 cm，隔倉壁厚30 cm。下層桶體頂部蓋板高度為0.5 m、0.6 m兩種，由預(yù)制蓋板和現(xiàn)澆蓋板共同組成。上部2個(gè)筒體坐落在基礎(chǔ)桶體頂板上，上筒體為圓形，直徑8.9 m，壁厚40 cm，筒高7.5～10 m，兩筒沿短軸方向排列[3-4]，如圖1。

圖1　桶式結(jié)構(gòu)Fig.1　Bucket-based structure

桶式結(jié)構(gòu)采用分層制作，自下而上共分5次混凝土澆筑，下層桶分2層，一層、二層鋼筋均在臺座上完成鋼筋綁扎然后立模澆筑，下桶頂板采用疊合板施工工藝，預(yù)制板安裝完成后實(shí)施現(xiàn)澆面層作業(yè)。上層筒鋼筋在專用區(qū)域綁扎完成后吊裝，分2層澆筑。下層桶分層情況是：下層桶墻身分2層澆筑，第1層5.30 m，第2層施工到蓋板底部，安裝預(yù)制蓋板后，澆筑蓋板現(xiàn)澆層，上層圓筒分2層澆筑，下層高5.5 m。見圖1（a）。

2　預(yù)制工藝流程

施工工藝流程如圖2。

3　桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工

3.1模板施工

模板內(nèi)模每個(gè)隔倉均采用單個(gè)倉體整體吊裝工藝。并根據(jù)桶體高度不同，預(yù)留模板調(diào)節(jié)功能。整體式模板施工合理、整體剛度高，在長時(shí)間重復(fù)使用過程中的總體變形量較小。底模采取活動底模與固定底模結(jié)合的方式，只需進(jìn)行首次精確定位，后續(xù)底模拼裝可模塊簡單化，有效減少中間操作流程。內(nèi)模板可通過內(nèi)部調(diào)節(jié)絲桿進(jìn)行安裝和拆除，施工效率較高。

3.1.1下桶體底模板

圖2　桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工流程圖Fig.2　Process flow of precast bucket-based structure

下桶體底模板與基礎(chǔ)桶體底面相對應(yīng)，底模采用活動與固定底模相結(jié)合的方式，底模板沿桶體長度方向分成3塊，兩側(cè)為固定底模；中間部分（放置出運(yùn)托盤區(qū)域）為活動鋼底模，安放千斤頂（20 t間距1 m），便于鋼底模卸落和拆除。兩側(cè)固定底模采用混凝土基礎(chǔ)+鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式，中間16.2 m范圍內(nèi)活動底胎膜采用馬凳+千斤頂+鋼箱梁的結(jié)構(gòu)形式。各型號模板之間均采用螺栓進(jìn)行連接，首次組裝完成后，進(jìn)行對中調(diào)整及頂面平整度調(diào)整，之后將固定底鋼梁部分與預(yù)制好的混凝土臺座進(jìn)行固定連接。活動底模拆除時(shí)，首先將連接螺栓進(jìn)行拆除，待螺栓拆除完成后，逐個(gè)拆除底部千斤頂，在底模下方提前放置好支撐小車，待千斤頂拆除后，底模落到小車上，通過移動小車將活動鋼底模運(yùn)出（圖3、圖4）。

圖3　底模平面圖Fig.3　Plan of bottom mold

圖4　鋼底模鋪設(shè)Fig.4　Paving of steel bottom mold

3.1.2下桶體模板

本工程桶式結(jié)構(gòu)下桶共6種高度，高度分別為8.55 m、9.05 m、9.55 m、10.05 m、10.55 m、11.05 m，詳見表1。

表1　桶式結(jié)構(gòu)下桶高度Table1　Height of the base bucket

結(jié)合現(xiàn)場施工情況，為減少安裝操作次數(shù)提高工作效率，下桶構(gòu)件澆筑考慮按分3層進(jìn)行施工，每層獨(dú)立施工。下桶體第1層（5.3 m）、第2層（h2）和第3層（0.5～0.6 m）。第2層設(shè)置了1.5 m的可調(diào)節(jié)高度，0.5 m為1個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，可滿足10.55 m，10.05 m和9.55 m三種類型的桶體施工，同時(shí)模板設(shè)置了1 m的活接部分，可將其拆除，模板高度變?yōu)?.55 m，即可滿足8.55 m，9.05m，9.55 m和10.05 m四種類型的桶體施工。

1）下桶體一層模板

下桶體一層外模板采用龍門吊或吊車直接吊裝安裝。下桶體一層內(nèi)模板在首先通過調(diào)節(jié)絲桿，將模板面向內(nèi)收縮，面板懸掛在吊裝架上，通過龍門吊起吊至模板安裝位置，定位完成后，調(diào)節(jié)下部頂絲，調(diào)整模板標(biāo)高，調(diào)節(jié)側(cè)模板頂絲，將側(cè)面模板調(diào)增到位，并通過上下對拉絲桿對內(nèi)外模板（內(nèi)內(nèi)模板）進(jìn)行對拉加固（圖5）。面板調(diào)整到位后，將角模安裝到位并進(jìn)行加固。模板驗(yàn)收合格進(jìn)行混凝土澆筑。模板拆除順序?yàn)橄炔鸪悄＃笫湛s側(cè)面板。

圖5　下桶體一層內(nèi)模板Fig.5　Inner formwork of the first bottom of bucket

2）下桶體二層模板

下桶體二層內(nèi)模板吊裝施工流程與下桶體一層內(nèi)模板相同，外模板同樣為吊裝安裝施工。僅在模板底部加固方式有所不同。下桶體二層內(nèi)用底部采用頂絲支撐加固，在一層外模頂部下反250 mm處設(shè)置埋件（圓臺螺母）用于二層外模板就位及加固。模板在內(nèi)部支架上設(shè)置了3個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)（二層內(nèi)模支架立桿采用φ89圓管，下部調(diào)整段立桿材料為φ108，內(nèi)徑能放入φ89圓管），每個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)間距0.5 m，同時(shí)模板設(shè)置了1 m的活接，可根據(jù)需求進(jìn)行拆裝，滿足模板高度調(diào)節(jié)需求。

3）下桶體三層模板

下桶體三層混凝土分為500 mm、600 mm兩種高度，模板按500 mm+100 mm（活接槽鋼）配置，施工500 mm高度桶體時(shí)，將上部100 mm槽鋼取下即可。在二層外模頂部下反250 mm處設(shè)置埋件（圓臺螺母）用于三層外模板就位及加固。

3.1.3上圓筒模板

上層筒單個(gè)圓筒內(nèi)模板由內(nèi)模4片，拆模塊4片組成；外模板由外模4片組成（圖6）。上層筒2個(gè)圓筒作為整體同步施工。模板連接部位采用角鋼∠160×140×10，用M24螺栓進(jìn)行連接。趾板的模板工藝與上層筒圓筒部分基本相同，僅增加斜坡面模板。上筒高度主要為9.35 m，7.85 m和7.95 m三種類型，模板配置總高度為9.45 m，第1層5.5 m，上層按最高筒配置，并設(shè)置1.5 m的活接，拆除后可滿足7.95 m和7.85 m兩種類型的上筒施工。上圓筒鋼筋施工完成后，先安裝上圓筒一層模板，先安裝內(nèi)模板，模板加固好后，再安裝外模，安裝完成后澆筑混凝土；上圓筒第2層模板在一層模板上安裝，并澆筑第2層筒體。

圖6　上筒模板工藝圖Fig.6　Construction flow diagram of the upper bucket mold

3.2鋼筋施工

3.2.1概述

桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋼筋加工制作在鋼筋區(qū)進(jìn)行。鋼筋原材料堆存用混凝土墊楞支墊。鋼筋接長采用對焊及綁扎。成型后的鋼筋用平板車或龍門吊運(yùn)往鋼筋綁扎區(qū)或綁扎臺座。上層筒鋼筋籠在外側(cè)專門區(qū)域綁扎吊裝。

3.2.2下桶體鋼筋

在鋼底模驗(yàn)收合格后，吊裝進(jìn)入專用綁扎架，同時(shí)將已加工好的半成品鋼筋運(yùn)輸?shù)轿?，開始進(jìn)行下桶體一層鋼筋綁扎（圖7）。

下桶體一層模板拆除后，及時(shí)吊裝二層綁扎架，并運(yùn)輸半成品材料到場，進(jìn)行鋼筋綁扎施工。待預(yù)制蓋板安裝完成后，焊接預(yù)制蓋板連接鋼筋，并綁扎面層鋼筋。

3.2.3上圓筒鋼筋

在生產(chǎn)線后方放置上圓筒鋼筋綁扎架（圖8），并進(jìn)行上圓筒鋼筋綁扎，待下桶體現(xiàn)澆面層澆筑完成，且強(qiáng)度到達(dá)要求后，將上圓筒鋼筋籠整體吊裝，與下桶體預(yù)留鋼筋對位準(zhǔn)確后，進(jìn)行焊接施工。

圖8　上圓筒鋼筋綁扎完成Fig.8　Steel banding completed of the upper bucket

3.3混凝土施工

3.3.1混凝土配合比設(shè)計(jì)

水泥選用標(biāo)準(zhǔn)稠度低、強(qiáng)度等級不低于42.5的中低熱硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；摻和料選用優(yōu)質(zhì)礦粉、粉煤灰，細(xì)度不小于4 000 cm2/g；碎石優(yōu)化級配設(shè)計(jì)，采用二級配，空隙率小、針片狀少；細(xì)骨料選用級配良好的中粗河砂；減水劑選用與水泥匹配的坍落度損失小的高效減水劑，其減水率不小于25%。

3.3.2混凝土施工

下桶體一層、二層混凝土方量分別為310 m3、290 m3，方量大，桶體施工時(shí)間長。

1）混凝土拌制

結(jié)合每次桶體混凝土澆筑時(shí)間及混凝土總體施工方量，混凝土攪拌樁采用2臺3 m3強(qiáng)制式拌合機(jī)（額定產(chǎn)量180 m3/h）進(jìn)行混凝土拌制。

2）混凝土的運(yùn)輸、入模

現(xiàn)場采用混凝土罐車進(jìn)行混凝土運(yùn)輸，現(xiàn)場架設(shè)汽車泵澆筑混凝土入模。澆筑時(shí)2臺泵車對稱澆筑（圖9），采取先外后內(nèi)的澆筑順序，自由下落高度約1.5 m；澆筑分層進(jìn)行，分層厚度為50 cm，每層澆筑時(shí)間約為30 min，確保了新舊混凝土不會出現(xiàn)冷縫。

圖9　混凝土對稱澆筑Fig.9　Schematic diagram of symmetrical concrete casting

3）混凝土的澆筑與振搗

由于下桶體分為9個(gè)隔倉，為了保證振搗到位，振搗人員需到隔倉內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)，安排24個(gè)振搗工人在隔倉內(nèi)，分別為1號、2號、3號、4號、6號、7號、8號、9號隔倉，每個(gè)隔倉3個(gè)人，2臺振搗泵。上筒體每個(gè)筒體安排9名工人，6臺振搗泵。

在混凝土振搗時(shí)，每一振點(diǎn)的振動時(shí)間為混凝土搗實(shí)至表面呈現(xiàn)浮漿和不再沉落為止；混凝土振搗時(shí)，先外后內(nèi)，振搗間距300 mm，每一振點(diǎn)的持續(xù)振搗時(shí)間15～20 s，以混凝土表面呈現(xiàn)水泥漿和不再沉落為度。振搗棒垂直插入混凝土中，并快插慢拔，上下抽動，保證上下2層混凝土結(jié)合成整體，振搗棒插入下層混凝土中為5～10 cm；為保證振搗器插入混凝土中適當(dāng)長度，在振搗棒軟管上綁上了標(biāo)記線，間距50 cm。每一振點(diǎn)的振動時(shí)間為2 s。每層下灰至頂部時(shí)，進(jìn)行了二次振搗，清除浮漿，保證了每層的頂部不松頂。并用5 cm×5 cm×50 cm長的木條進(jìn)行壓槽，確保上下層混凝土的連接。

3.3.3混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，及時(shí)用保水性較好的土工布等材料覆蓋，防止風(fēng)干日曬失水。結(jié)硬后立即開始保濕養(yǎng)護(hù)?；炷琉B(yǎng)護(hù)采用揚(yáng)程35 m的高壓水泵。拆除模板前12 h，擰松側(cè)模板的緊固螺帽，讓養(yǎng)護(hù)水順模板與混凝土脫開面滲下，養(yǎng)護(hù)混凝土側(cè)面。在氣溫較低時(shí)，注意覆蓋保溫材料，保持混凝土濕潤和溫度。在整個(gè)養(yǎng)護(hù)期間，尤其是從終凝到拆除模板的養(yǎng)護(hù)初期，確?；炷撂幱谟欣谟不皬?qiáng)度增長的溫度和濕度環(huán)境中。在常溫下至少養(yǎng)護(hù)14 d。

桶體內(nèi)側(cè)采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)，外側(cè)則采用噴水養(yǎng)護(hù)。

3.3.4施工縫處理

針對較高的氣密性要求，施工縫的處理作為重點(diǎn)進(jìn)行控制。

1）控制混凝土坍落度不要過大，澆筑完畢后，及時(shí)將頂部的浮漿排出。

2）施工縫處進(jìn)行鑿毛處理，在已硬化的混凝土表面上，清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層。

3）在下層混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.2 MPa后，方可澆筑上層混凝土。

4）在澆筑新混凝土前，先用水充分濕潤老混凝土表面層，低洼處不得留有積水。然后鋪1層厚度為10～30 mm的水泥砂漿，水泥砂漿的水灰比小于混凝土的水灰比。

5）在下層混凝土中間壓凹槽，并設(shè)膨脹橡膠條。

6）澆筑上層混凝土前使用界面劑。

4　結(jié)語

1）桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)預(yù)制根據(jù)現(xiàn)場預(yù)制施工不斷調(diào)整改進(jìn)，形成了完善的預(yù)制施工流程，桶體預(yù)制質(zhì)量優(yōu)良，桶體水上安裝反應(yīng)氣密性良好，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2）至2015年6月，共預(yù)制桶式結(jié)構(gòu)130個(gè)，桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制進(jìn)度、質(zhì)量良好，桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制安裝每月可達(dá)22個(gè)，月最大桶式防波堤進(jìn)尺達(dá)到450延米。與傳統(tǒng)斜坡式防波堤結(jié)構(gòu)的對比，優(yōu)勢明顯。該桶式結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，為其它類似港口的開發(fā)建設(shè)，提供了一個(gè)新方向。

3）桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工工藝重點(diǎn)從桶體氣密性控制等方面切入，合適的分層高度、上下層混凝土接縫處理等是該施工工藝的控制要點(diǎn)。

4）下桶體不同高度的轉(zhuǎn)換，涉及到模板結(jié)構(gòu)的調(diào)整，會降低模板使用周轉(zhuǎn)速度，桶式結(jié)構(gòu)預(yù)制施工速度降低。同時(shí)也容易導(dǎo)致模板結(jié)構(gòu)損壞，降低使用壽命，增加施工成本。

[1]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.連云港港徐圩港區(qū)防波堤工程工程可行性研究報(bào)告[R].2011. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study of the breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2011.

[2]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.連云港港徐圩港區(qū)直立式結(jié)構(gòu)東防波堤工程初步設(shè)計(jì)[R].2012. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of the east up-right breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R]. 2012.

[3]高志偉，李亞，高樹飛，等.徐圩防波堤工程桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].水運(yùn)工程，2013（10）：89-94. GAO Zhi-wei,LI Ya,GAO Shu-fei,et al.Structure design of bucket-based structure for Xuwei breakwater[J].Port&Waterway Engineering,2013(10):89-94.

[4]高志偉，陳甦，李武，等.桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)土壓力分布規(guī)律[J].中國港灣建設(shè)，2013（1）：18-21，55. GAO Zhi-wei,CHEN Su,LI Wu,et al.Pattern of distribution of soil pressure on bucket foundation[J].China Harbour Engineering, 2013(1):18-21，55.

Prefabricated techniques of bucket-based structure

GAO Zi-bing1,DING Hai-long1，HANG Jian-zhong2
（1.Jiangsu Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Lianyungang,Jiangsu 222044,China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

With more and more breakwaters are constructed in deep waters and open seas,the traditional riprap embankment and sand quilt dike will be replaced by the new bottomless bucket-based structure,which has the advantages of high efficiency,low cost,environment friendly,energy saving and novel structure.We introduced the prefabricated techniques of the new bucket-based structure of the east upright breakwater in Xuwei District,Lianyungang Port,and described the overall process of streamline prefabricated construction of bucket-based structure.It turns out the overall construction techniques are matured to meet the desired effects.

bucket-based structure;prefabricated;construction techniques

U655.54

B

2095-7874（2016）03-0064-05

10.7640/zggwjs201603014

2016-01-12

江蘇省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（BE2013663）；江蘇省交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目（2013Y20）

高自兵（1983—），男，江蘇興化市人，工程師，從事港口與航道工程管理和技術(shù)管理、研究工作。E-mail：185223053@qq.com