大型浮塢門沉箱預(yù)制技術(shù)

吳宇恒，何朝菊

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

大型浮塢門沉箱與普通沉箱不同，沉箱重達(dá) 2萬 t，且自身具備起浮、橫移、止水、吊裝設(shè)備等多種功能，是國內(nèi)超大型特殊功能沉箱。

1 工程概況

大型浮塢門沉箱是深中通道二次舾裝區(qū)改造的重要組成部分，因原深塢塢口寬度無法滿足深中通道沉管隧道管節(jié)安裝船的正常出運(yùn)通行，需將既有塢口61 m拓寬至85 m，廢棄舊塢門，新建浮塢門。浮塢門主要功能是保障干塢蓄水、隧道管節(jié)橫移和出運(yùn)。

沉箱預(yù)制總體尺寸為：長83.0 m，寬25.2 m，高29.1 m，總共56個內(nèi)倉格，倉格尺寸5.78 m×5.60 m。沉箱結(jié)構(gòu)混凝土方量為8 650 m3，其中壓重混凝土方量為620 m3，重約2.1萬t。塢門沉箱結(jié)構(gòu)型式見圖1。

大型浮塢門沉箱預(yù)制具有以下特點(diǎn)：總體采用分層澆筑，各層分段澆筑，各道工序交叉施工，相互影響較大；現(xiàn)場采用鋼筋綁扎澆筑施工，存在長期高空作業(yè)，危險性較高；模板型號、數(shù)量多，最重單件模板約15 t，對吊裝設(shè)備選型要求較高，安裝難度大；預(yù)埋件種類、數(shù)量多，且預(yù)埋安裝精度要求高；沉箱兩個島體結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，涉及模板轉(zhuǎn)換和二次打灰；施工工期緊，海島降雨和臺風(fēng)頻繁，施工進(jìn)度受天氣影響較大。

圖1 塢門沉箱結(jié)構(gòu)

2 工程構(gòu)成及主要內(nèi)容

浮塢門沉箱工程主要包括預(yù)制場拓寬、沉箱預(yù)制和附屬設(shè)施結(jié)構(gòu)安裝。

預(yù)制場地包括底胎拓寬總體結(jié)構(gòu)尺寸 93 m×35 m×0.2 m；鋼筋加工場地硬化1 500 m2；模板修整區(qū)場地硬化1 500 m2。

塢門沉箱預(yù)制從下至上水平總共分8層澆筑，第1層2.6 m，第2～5層4 m，第6層2.5 m，第7～8層高度4 m。其中塢門現(xiàn)澆壓重素混凝土620 m3，沉箱混凝土總方量8 645 m3，鋼筋總量2 489 t。

塢門沉箱附屬設(shè)施包括閥門井、止水設(shè)施、爬梯、欄桿和人行橋等。

3 施工順序及流程

根據(jù)施工工期要求，塢門沉箱總體配置底層模板2套，中層模板2套，上層模板改建中層模板。

沉箱施工順序?yàn)椋篈1段→B1段→C1段→A2段→B2段→C2段→A8段→B8段→C8段。

3.1 塢門預(yù)制場地

1）場地拓寬整平和修復(fù)

既有塢門預(yù)制場地局部位置在前期使用過程有破壞，使用小型挖掘機(jī)和風(fēng)鎬配合進(jìn)行局部破壞位置破除開挖，將拓寬區(qū)域表層松散土渣清除，直至露出堅硬巖面，然后采用碎石回填，并采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓整平。既有塢門地坪端頭鑿毛后，在拓寬區(qū)域澆筑20 cm厚C20混凝土地坪，拓寬地坪高程和既有塢門地坪統(tǒng)一。

2）底模制作

新建沉箱預(yù)制底?？?0 cm寬，10 cm深凹槽，沿塢門長度方向布置，間距同艙格間距一致，確保塢內(nèi)灌水后水可以進(jìn)入沉箱底板下。同時，既有塢門預(yù)制臺座凹槽經(jīng)過淤泥堆積后，凹槽已不再具備灌水密實(shí)功能，將既有凹槽重新清理置換填沙。塢門沉箱底模全部完成后，槽內(nèi)填沙，用水澆透使之密實(shí)，槽上鋪寬25 cm，厚1 mm的鐵皮，防止打振搗棒時將底模打穿。

地坪澆筑完成后，對場地進(jìn)行測量放線，鋪設(shè)隔離材料。為保證今后沉箱與混凝土胎座脫離，減少粘結(jié)力，隔離材料分5層：①纖維板；②牛皮紙；③油毛氈；④塑料薄膜；⑤牛皮紙。

3.2 鋼筋工程

塢門沉箱鋼筋分層綁扎，在鋼筋預(yù)制加工區(qū)下料后，由履帶吊直接將鋼筋吊至分段綁扎位置。

沉箱底層和中上層具體鋼筋綁扎流程如下：

1）底板鋼筋綁扎：鋼筋在加工場加工成半成品后，直接在底模上綁扎成型，綁扎前根據(jù)設(shè)計圖紙要求先把底板鋼筋的間距作好標(biāo)志，確保其數(shù)量和間距準(zhǔn)確。綁扎時保護(hù)層墊塊要擺放好，墊塊的強(qiáng)度要達(dá)到設(shè)計要求。成型后的鋼筋籠應(yīng)確?？v橫鋼筋平直順暢。

2）中上層鋼筋綁扎：沉箱上層鋼筋綁扎待底層混凝土澆筑完成后，拆模養(yǎng)護(hù)后達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75 %，再安裝沉箱內(nèi)外工作平臺，然后將上層鋼筋綁扎輔助架安裝到位。利用履帶吊將鋼筋吊上工作平臺，鋼筋綁扎安裝按先豎向及縱向鋼筋綁扎后橫向鋼筋綁扎、先外壁鋼筋綁扎后隔墻鋼筋綁扎的原則進(jìn)行。鋼筋綁扎輔助架定位合格后綁接豎向鋼筋、校正橫向鋼筋和轉(zhuǎn)角鋼筋，最后經(jīng)驗(yàn)收合格后即吊出鋼筋輔助架、安裝內(nèi)模板再安裝外模板。

3.3 預(yù)埋件

1）預(yù)埋件的種類

塢門沉箱屬移動攔水壩結(jié)構(gòu)，具有攔水、止水、放水功能，同時具備起浮坐底、浮運(yùn)移位等功能，因此塢門沉箱設(shè)計的預(yù)埋件繁多，并且要求定位準(zhǔn)確、預(yù)埋牢固。

預(yù)埋件主要包括以下類型：①保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)類：護(hù)邊角鋼、底部預(yù)埋鋼板；②附屬設(shè)施類：底部導(dǎo)向斜角預(yù)埋鋼板、系船環(huán)、系船柱預(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、欄桿預(yù)埋鋼板；④止水類：施工段連接處的止水鋼板、逆向止水預(yù)埋鋼板、鋼閘門止水預(yù)埋鋼板；⑤設(shè)備類：懸臂吊基礎(chǔ)預(yù)埋件、卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)預(yù)埋件、排水系統(tǒng)預(yù)埋件、灌水系統(tǒng)預(yù)埋件。

2）預(yù)埋件的安裝

預(yù)埋件安裝主要控制好兩個方面：一是測量定位控制，二是固定方法正確牢靠，保證混凝土澆筑時預(yù)埋件不移位。

底部預(yù)埋鋼板：塢門底部與塢底板接觸位置、導(dǎo)向斜角位置布置有預(yù)埋鋼板，綁扎底部鋼筋前安裝。根據(jù)塢門沉箱結(jié)構(gòu)尺寸和圖紙，在沉箱底模以外進(jìn)行結(jié)構(gòu)軸線定位。通過結(jié)構(gòu)軸線現(xiàn)場拉線，對底部預(yù)埋鋼板定位安裝，在打灰前使用全站儀對預(yù)埋鋼板位置進(jìn)行復(fù)測，復(fù)測合格后，再進(jìn)行焊接加固。

鋼閘門鋼板、逆向止水鋼板：塢門沉箱包括鋼閘門和逆向止水鋼板。止水鋼板要求鋼板邊線、板面平整度允許偏差在3 mm之內(nèi)，是塢門預(yù)制預(yù)埋件里面最主要的結(jié)構(gòu)，也是安裝精度要求最高的。止水鋼板初次安裝后，采用全站儀第一次復(fù)測并調(diào)整鋼板邊線，提前在預(yù)埋鋼板表面焊接螺栓，在裝模后，用螺絲固定貼緊與模板，并按0.5 m高度間距焊接Ф25鋼筋頂緊預(yù)埋件，保證止水鋼板貼緊模板、表面平整。打灰前，使用全站儀再次對預(yù)埋件復(fù)測，復(fù)測合格后，才可進(jìn)行澆筑。

其他附屬設(shè)施鋼板：塢門其他附屬預(yù)埋件主要包括鋼爬梯預(yù)埋件、人行橋預(yù)埋件、系船柱預(yù)埋件、懸臂吊基礎(chǔ)預(yù)埋件、灌水系統(tǒng)預(yù)埋件等。以上預(yù)埋件均在鋼筋綁扎后，根據(jù)圖紙要求，采用全站儀進(jìn)行預(yù)埋件安裝位置放點(diǎn)，并采用Ф25鋼筋頂緊預(yù)埋件與模板面上。

3.4 模板工程

1）模板的設(shè)計

根據(jù)施工需求，塢門沉箱模板下層設(shè)計2套，中層設(shè)計2套，上層采用中層模板改制。

下層模板：根據(jù)塢門澆筑施工需求，外模加工2套，模板高度2.62 m，每段設(shè)前壁外模和后壁外模各2件，側(cè)壁外模板2件，外?？偣?6塊。下層模板內(nèi)模底托模板高度0.2 m，底托模板加工48套。其中內(nèi)模采用組合鋼模（帶可調(diào)節(jié)鋼支架）+底托，內(nèi)模組合共 48套。內(nèi)模板上設(shè)置預(yù)留坑與上層內(nèi)工作平臺匹配設(shè)計，用于上層內(nèi)工作平臺安裝；外模上設(shè)置預(yù)埋魚尾螺栓孔，用于上層外模、外工作平臺固定；內(nèi)膽與外模在頂部用M30拉桿對拉固定。底托模板在內(nèi)膽模板支架、側(cè)壁背架桁架對應(yīng)位置設(shè)置限位板和預(yù)緊構(gòu)件，用于內(nèi)膽限位及固定，四角設(shè)置吊點(diǎn)。下層模板裝配示意見圖2。

圖2 下層模板裝配示意

中層模板：第2～5層中層為標(biāo)準(zhǔn)層，高度均為4.0 m，外模板高度為4.07 m（考慮5 cm搭接）。每段設(shè)前壁外模和后壁外模各2件，側(cè)壁外模板2件，外模總共24塊。內(nèi)模采用組合鋼模，內(nèi)模由4片模板和井字架組成，模板靠每個方向用4根松緊器螺栓收支，井字架上分三層設(shè)置螺栓頂。內(nèi)模高度和中層外模一致為 4.07 m，內(nèi)模尺寸 5.78 m×5.6 m×4.07 m，共48套。外掛工作平臺沿塢門沉箱外壁整圈設(shè)置，前后壁各1件，側(cè)壁2件，共28塊組成。中層模板裝配示意見圖3。

上層模板：第6層層高2.5 m，第7～8層層高4 m，上層模板設(shè)計提前考慮6～8層塢門沉箱薄壁和兩端島體結(jié)構(gòu)，和中層模板共用一套。上層模板采用變換中層模板的轉(zhuǎn)角形狀，同時改變外模板長度，使塢門沉箱外墻形成逐級減薄的墻體，利用部分中層外模改制成塢門兩端的島體外模，既組成上層模板。

圖3 中層模板裝配示意

2）模板問題和改進(jìn)優(yōu)化

塢門沉箱模板采用分塊運(yùn)輸，首次陸上車運(yùn)和后期海上船運(yùn)相結(jié)合。分塊模板在預(yù)制現(xiàn)場拼裝組合成內(nèi)模和外模進(jìn)行施工，模板拼裝過程出現(xiàn)以下問題：①模板倒運(yùn)過程，造成外模鋼板面出現(xiàn)局部小范圍變形，板面不平整，影響塢門預(yù)制質(zhì)量，特別是對止水鋼板平整度要求很高的結(jié)構(gòu)部位。②內(nèi)模組裝數(shù)量多、尺寸要求高，現(xiàn)場作業(yè)條件不如模板加工廠，導(dǎo)致模板構(gòu)件改建數(shù)量多、組裝時間長、機(jī)械臺班耗費(fèi)量費(fèi)大，進(jìn)一步造成工期緊張。

首先對分段澆筑外側(cè)模板長度優(yōu)化。既有沉箱分段外側(cè)模板長度僅比分段結(jié)構(gòu)長度多 37.5 cm，端頭上下兩層錯開接縫設(shè)置可選擇斷面少。新建沉箱采取分段（一、三段）外側(cè)模板比分段結(jié)構(gòu)長1.36 m，各層混凝土段與段之間采用收口鋼筋網(wǎng)連接，上下層收口位置逐層交替錯開1.2 m。

再對頂層模板安裝優(yōu)化。既有頂層模板設(shè)計第7層內(nèi)平臺上安裝8層模板，考慮模板承重因素，需拆除7層內(nèi)模4塊側(cè)面鋼板、增加托梁、8層內(nèi)模拆除3面鋼板等工序，模板拆除和加裝工序多，耗費(fèi)人工和設(shè)備臺班多。

圖4 既有頂層模板安裝示意

在保證模板承重安全可控前提下，考慮減少模板繁雜工序，取消7層內(nèi)平臺，在7層隔墻上增加支腿，安裝第8層內(nèi)平臺、內(nèi)模，進(jìn)行頂部外墻體施工。減少模板多次安裝和拆除，提高現(xiàn)場施工效率。

3）模板的安裝

塢門模板裝卸主要采用現(xiàn)場布置的2臺150 t履帶吊和2臺180 t履帶吊吊裝。考慮塢門沉箱尺寸大，模板數(shù)量多，4臺履帶吊在沉箱兩側(cè)交叉布置。

下層模板安裝：下層模板使用150 t履帶吊進(jìn)行吊裝。當(dāng)沉箱鋼筋綁扎完畢后，先安裝內(nèi)模，后裝外模，底托支撐在預(yù)制的混凝土支墩上。底層外模支撐在沉箱底座上，上部與底托內(nèi)膽模板Ф30螺桿對拉，防止模板松動。模板安裝完成后，進(jìn)行測量復(fù)核模板角點(diǎn)和高程，如偏差超出規(guī)范要求，需調(diào)整模板至合格，再安裝預(yù)埋螺栓和預(yù)留孔模板盒。

中層模板安裝：中層模板使用180 t和150 t履帶吊吊裝。4臺履帶吊各負(fù)責(zé)一邊，既方便場地布置，又保證安全吊裝。完成鋼筋綁扎安裝并經(jīng)驗(yàn)收合格后，吊出鋼筋綁扎架，進(jìn)行內(nèi)模板安裝，再安裝外模。模板安裝前，必須先清理干凈，涂刷脫模劑。中層模板和工作平臺固定需要在沉箱壁上預(yù)埋固定點(diǎn)。沉箱內(nèi)壁采用預(yù)埋方孔，內(nèi)模平臺設(shè)置栓銷，栓銷插入方孔固定內(nèi)模平臺，內(nèi)模通過內(nèi)模平臺固定。沉箱外壁預(yù)埋可拆卸的錐型螺母，作為外模和外模工作平臺的固定點(diǎn)，錐型螺母長8 cm，用預(yù)埋螺絲固定于沉箱壁結(jié)構(gòu)上，預(yù)埋螺絲擰入錐螺母4 cm固定錐型螺母，外接螺絲擰入錐螺母4 cm固定外模及外模平臺。

模板復(fù)核角點(diǎn)和高程合格后，安裝預(yù)埋螺栓和預(yù)留孔模板盒。預(yù)埋件較多，但作用較大，必須慎重處理，避免漏埋、少埋、錯埋。

上層模板安裝：由于沉箱施工高度增加，上層模板采用180t履帶吊吊裝。第6層外側(cè)墻體澆筑高度2.5 m，內(nèi)墻澆筑高度3.7 m，根據(jù)澆筑高度要求，外側(cè)模板安裝高度2.5 m，內(nèi)模安裝高度3.7 m，高差位置采用收口網(wǎng)進(jìn)行封堵。第 7、8層外側(cè)墻體逐層減薄收進(jìn)17 cm，內(nèi)墻高度階梯型逐漸降低。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求，完成外模和內(nèi)模安裝，內(nèi)墻高差采用木模安裝。

3.5 混凝土工程

塢門沉箱總混凝土量約8 650 m3，采用C40混凝土。由于體型較大，高度分1到8層，各層分A、B、C三段澆筑，共澆筑24次。

沉箱澆筑最大方量為821 m3，中層澆筑方量約440 m3的情況最多，上層澆筑方量在200 m3以內(nèi)?，F(xiàn)場配備2個50 m3/h攪拌站（1個備用站），2臺混凝土泵車（1臺37 m，1臺47 m），10 m3罐車8臺。下層澆筑時間16 h以內(nèi)，中層澆筑時間9 h以內(nèi)，上層澆筑時間4 h以內(nèi)。

塢門沉箱下層、中層、上層具體澆筑順序：

1）下層澆筑順序?yàn)橄鹊装?，后隔墻?/p>

2）中層澆筑順序根據(jù)倉格結(jié)構(gòu)型式設(shè)置，由兩端向中間，按照50 cm高度分層控制澆筑施工。

3）上層均按照A段→B段→C段澆筑施工。其中第八層涉及平臺結(jié)構(gòu)，需要進(jìn)行二次澆筑。

4）具體澆筑過程注意事項(xiàng)

①混凝土澆筑按順序分層布料，每層厚度以50 cm為宜，底板澆筑分5層布料，中上層澆筑分8層布料。

②為避免產(chǎn)生冷縫和施工縫，每2.5小時必須回頭補(bǔ)灰振搗，即每層布料時間控制在2.5小時內(nèi)，必須進(jìn)行下次布料振搗。

③為保證止水效果，沉箱外側(cè)層與層之間混凝土預(yù)埋止水鋼板，采用U形止水鋼板，寬度400 mm，各埋入上下層混凝土200 mm。

④單層混凝土段與段之間采用收口鋼筋網(wǎng)連接，為避免產(chǎn)生通縫，A/B段收口位置逐層交替錯開1.0 m。

4 結(jié) 語

大型浮塢門沉箱預(yù)制和一般沉箱結(jié)構(gòu)不同，沉箱結(jié)構(gòu)存在前后壁不對稱、兩端倉格與中間有高差、上層外側(cè)墻體厚度減少等特點(diǎn)，需提前做好詳細(xì)施工計劃和關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)備，明確各層模板設(shè)計、混凝土澆筑工藝、吊裝和澆筑設(shè)備選型工作。沉箱具備多次重復(fù)起浮和橫移功能，施工過程重點(diǎn)做好箱體結(jié)構(gòu)尺寸、止水鋼板安裝精度、起浮相關(guān)附屬設(shè)施安裝等關(guān)鍵部位質(zhì)量控制，保證塢門沉箱滿足設(shè)計多種特殊功能要求。通過后期大型塢門自身多次順利完成起浮和橫移，表明大型塢門起浮、橫移、止水功能、附屬結(jié)構(gòu)功能等均滿足設(shè)計要求，整體達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，供同類工程施工提供施工借鑒。