沉箱預(yù)制工藝在超大型沉箱施工中的優(yōu)化

趙建明+周廣群

摘 要：重力式碼頭是我國分布較廣，使用較多的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式，沉箱是重力式碼頭主體最為常見的結(jié)構(gòu)形式之一。近年來，由于水運市場船舶向大型化發(fā)展的需求，重力式碼頭建設(shè)向大型、深水化發(fā)展的速度越來越快，且建設(shè)工期要求緊迫。在此發(fā)展的背景下，超大型沉箱脫穎而出，且應(yīng)用越來越廣泛。本文主要介紹，在預(yù)制超大型沉箱過程中較傳統(tǒng)的沉箱預(yù)制工藝的改進(jìn)，為超大型沉箱預(yù)制施工及類似超大型結(jié)構(gòu)物的預(yù)制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：超大型沉箱 預(yù)制工藝 優(yōu)化

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（c）-0026-02

目前沉箱預(yù)制工藝比較成熟，超大型沉箱的預(yù)制延用傳統(tǒng)成熟預(yù)制工藝，但就超大型沉箱體積大、重量大、施工周期長等特點，使得在施工過程中遇到很多問題。對傳統(tǒng)的沉箱預(yù)制工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，解決超大型沉箱預(yù)制過程中的各種問題，從而保證施工的安全、提高質(zhì)量、縮短工期，節(jié)約成本。

1 工程簡介

煙臺港西港區(qū)一期工程由臨時圍埝工程約888延米，斜坡式引堤工程約600m，直立式岸壁（含順岸轉(zhuǎn)水碼頭預(yù)留段）176.8m，20萬t級碼頭325.7m，30萬t級碼頭433.45m，共計5個單位工程組成。30萬t級碼頭工程共計20個A型沉箱，單個A型沉箱混凝土方量為3492m3，重約8700t，長31m，寬21.8m，高28m，共35個倉格。

無論從外形尺寸還是混凝土總方量該工程沉箱均較常規(guī)重力式碼頭沉箱都大的多，這就要求我們在沉箱施工過程中有針對性地根據(jù)實際情況做出相應(yīng)的工藝上的優(yōu)化改進(jìn)來保證沉箱預(yù)制的安全、質(zhì)量和進(jìn)度。

2 工藝優(yōu)化

2.1 分層高度優(yōu)化

常規(guī)重力式碼頭沉箱高度最高一般在20m左右，本工程碼頭靠泊能力為30萬t級，前沿水深-26m，沉箱設(shè)計高度達(dá)28m。傳統(tǒng)的沉箱預(yù)制分層高度最高一般在4m左右，如該工程采用分層高度4m，則需要7個預(yù)制周期可完成一個完整的沉箱。分層過多，預(yù)制周期長，總工期保障率低。

為提高整體施工效率，加快沉箱預(yù)制進(jìn)度，將分層高度提高到5m。即沉箱分層設(shè)置為底層3m，墻體5m，頂層5m，共計6層。按照每層施工周期5d計算，單個沉箱的預(yù)制周期可縮短6d，20個沉箱可直接縮短120d的施工工期，工程進(jìn)度大大提高，施工成本也有所降低。

2.2 模板設(shè)計優(yōu)化

由于沉箱預(yù)制的分層高度加大，相應(yīng)的模板重量也隨之加重，且受起重設(shè)備最大起重能力的限制，模板重量又不能無限制增加，相應(yīng)的模板剛度相對降低。為保證模板施工的安全和質(zhì)量，對模板的內(nèi)外模進(jìn)行優(yōu)化。

2.2.1 內(nèi)模板優(yōu)化

（1）底層內(nèi)模板優(yōu)化。

傳統(tǒng)的底層模板為底大盤整體吊裝結(jié)構(gòu)，四片模板通過底部的兩個連接與底大盤連接，各半片之間在交角處用連接桿加螺栓緊固。

在此基礎(chǔ)上，每片模板與底大盤的連接螺栓由原先的2個增加至4個，將各片模板之間的連接方式改為“井”字型連接桿加對拉螺栓連接，以此提高4片模板的整體穩(wěn)固性，同時還可通過對拉螺栓方便有效的調(diào)節(jié)內(nèi)模整體幾何尺寸。

（2）上層內(nèi)模板優(yōu)化。

該項目預(yù)制場配備的塔吊為16t級，取75%的安全系數(shù)，上層內(nèi)模板設(shè)計重量達(dá)到12t，4m高的模板重量約為10t，調(diào)整后的模板重量增加了20%。傳統(tǒng)的上層內(nèi)模是吊裝平臺整體芯模結(jié)構(gòu)，芯模通過吊裝平臺底部的大梁伸出的4個插腿支撐在已澆筑好的混凝土上，4片模板分別由上下各兩個對拉螺栓連接在吊裝架上。因芯模重量加大，但插腿與混凝土的接觸面積無法調(diào)整，支撐點的壓強(qiáng)隨之加大。

為提高整個芯模的安全性能，將底部支撐梁設(shè)計在整個吊裝平臺的下部，形成平臺托梁結(jié)構(gòu)，可提高平臺的剛度；且吊裝平臺由原先的兩根梁增加到三根梁，相應(yīng)的插腿數(shù)量由4個曾至6個，安全系數(shù)提高了50%；同時考慮模板高度加高后剛度減弱，為減少模板因混凝土側(cè)壓力產(chǎn)生的變形，在每片模板的中間高度增加兩個對拉螺栓，不僅可以降低模板的變形，同時還使得模板的平面幾何尺寸調(diào)節(jié)更加便利。

2.2.2 外模板優(yōu)化

（1）底層外模板優(yōu)化。

優(yōu)化前底層外模板底部止?jié){結(jié)構(gòu)為2cm×2cm鋼倒角貼5mm泡面止?jié){條結(jié)構(gòu)，止?jié){條的寬度僅有2cm，由于預(yù)制臺座的地坪平整度不平，導(dǎo)致的漏漿現(xiàn)象普遍。

為減少漏漿點，采用加大止?jié){條與地面的接觸面積的方式，特質(zhì)梯形斷面橡膠止?jié){條，止?jié){條的厚度加至2cm，且與鋼模板底部通過螺栓和沿沉箱周長方向通長的5mm鋼帶夾緊。不但可以提高止?jié){效果，還可以有效的避免模板拆除造成的底部混凝土碰損現(xiàn)象。

（2）上層外模板優(yōu)化。

①優(yōu)化上層外模板止?jié){結(jié)構(gòu)。

將原有方形2cm×3cm常規(guī)實芯橡膠止?jié){條改為定制弧面空心橡膠止?jié){條，底部采用雙63槽鋼組合形式，用螺栓緊固在63槽鋼內(nèi)部。改進(jìn)后的止?jié){條與支撐面混凝土接觸面積增大，同時中空弧面結(jié)構(gòu)比平面實芯結(jié)構(gòu)壓縮性好。該結(jié)構(gòu)不僅可以很好的起到止?jié){作用，還有效的降低了混凝土接茬面的錯臺。

②優(yōu)化上層外模板中縫結(jié)構(gòu)。

由于沉箱周長較長，且受起重能力的限制，上層外模板由12片外模組成，每個沉箱面分為3片外模。傳統(tǒng)的外模每個沉箱面為1～2片外模，常用的中峰為陰陽榫互相咬合結(jié)構(gòu)，其模板必須按照規(guī)定次序進(jìn)行支拆。模板數(shù)量增大后，如還采用此結(jié)構(gòu)，支拆順序受限制，支拆的整體周期加長。經(jīng)優(yōu)化，將原先的陰陽榫結(jié)構(gòu)改為兩片模板直接對接，其模板后面用長30cm雙扣10#槽鋼加螺栓緊固。此結(jié)構(gòu)簡單易操作，不受支拆順序限制，大大提高了支拆效率；且雙扣槽鋼可以抑制因模板高度大、剛度低造成的變形，更有效的減小外模中縫的錯牙。

2.3 陸上出運優(yōu)化endprint

傳統(tǒng)的沉箱陸上出運方式有轱轆臺車出運方式、氣囊滾動出運方式等，均需要大噸位的千斤頂先將沉箱頂起，再將臺車或氣囊放置在沉箱底部，沉箱裝載在臺車或氣囊上，由卷揚機(jī)牽引或千斤頂推動沉箱向前移動。各種方式都無法突破超大噸位的沉箱限制，且運移速度慢，安全風(fēng)險高。

本工程沉箱重達(dá)8700t，重量之大，堪稱國內(nèi)陸上大批量生產(chǎn)的超大型沉箱之最。為提高沉箱出運的工作效率，降低安全風(fēng)險，公司自主研發(fā)了“膠囊臺車頂升、運移大型沉箱出運工藝”。該工藝主要由膠囊臺車系統(tǒng)、膠囊注水系統(tǒng)、液壓頂推系統(tǒng)組成。膠囊置于臺車內(nèi)部，頂推千斤頂至于臺車后部，頂升與運移設(shè)施集合為一體，注水頂升動力與液壓推動動力集合為一體；按照千斤頂工作原理，采用水介質(zhì)注入膠囊內(nèi)頂升沉箱，取代傳統(tǒng)的液壓千斤頂；利用水平千斤頂頂推自動夾軌裝置推動沉箱前移，取代了卷揚機(jī)牽引系統(tǒng)。該工藝的優(yōu)化，大大降低了人員和設(shè)備的投入，自動化程度高，施工效率高，安全可靠，節(jié)能環(huán)保。

3 實施效果

煙臺港西港一期工程超大型沉箱預(yù)制施工在以往成熟預(yù)制工藝的基礎(chǔ)上，作出一些工藝上的優(yōu)化改進(jìn)，通過這些優(yōu)化改進(jìn)使沉箱預(yù)制工藝更加完善，保證了煙臺港西港一期30萬t超大型沉箱預(yù)制施工的順利履約。

通過采用大分層模板進(jìn)行沉箱施工，減小沉箱預(yù)制周期，在優(yōu)化后的理論預(yù)制周期的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過優(yōu)化現(xiàn)場的施工組織協(xié)調(diào)，A型沉箱單層預(yù)制時間實際平均為5d，分6層預(yù)制，單個沉箱預(yù)制周期為30d。按期順利完成了全部預(yù)制任務(wù)。通過大分層沉箱施工，A型沉箱分層鋼筋搭接每個沉箱節(jié)約3t，共計節(jié)約鋼筋近60t，直接經(jīng)濟(jì)效益20余萬元。通過外模板的工藝改進(jìn)，沉箱底部漏漿爛根、水平及豎向錯牙過大、接縫漏漿錯臺等質(zhì)量通病得以治理，沉箱外觀質(zhì)量大大提高。通過內(nèi)模板的工藝改進(jìn)，起重及高空作業(yè)安全效果顯著，模板變形損壞率降低，模板總周轉(zhuǎn)周期加長，模板維修費用節(jié)省約7萬元。采用高壓注水膠囊頂升和運移大型沉箱工藝達(dá)到國際領(lǐng)先水平，大大提升了企業(yè)的核心競爭力，為獲得更大的經(jīng)營市場、創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益奠定了基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

沉箱預(yù)制工藝在超大型沉箱施工中的一系列工藝優(yōu)化改進(jìn)，更加保障了超大型沉箱施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、效益，對同類構(gòu)件的預(yù)制施工工藝優(yōu)化起到了很好的示范作用，進(jìn)一步推動了重力式碼頭施工向?qū)I(yè)化、大型化、高速化發(fā)展的趨勢。

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