大型圓沉箱預(yù)制施工技術(shù)研究與質(zhì)量控制

遲速，沈國靖

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

1 工程概況

茂名港吉達(dá)港區(qū)東二港池1 號、2 號液體散貨泊位工程預(yù)制圓沉箱15 座，沉箱高度為19.4 m，分5 段預(yù)制[1]，共計75 段，分段高度為3.0 m+4.1 m×4，外墻直徑15.0 m（外趾直徑18.0 m），底板厚度1 000 mm，外墻寬度450 mm，隔墻寬度250 mm，呈十字形布置，即4 個倉格[2]。沉箱混凝土強(qiáng)度等級為C40，單座沉箱混凝土方量約816 m3，重約2 100 t。

預(yù)制場建設(shè)面積約8 000 m2，設(shè)置預(yù)制臺座4個，儲存臺座3 個，鋼筋加工綁扎區(qū)1 處，模板存放區(qū)1 處，方塊結(jié)構(gòu)出運(yùn)碼頭1 座，沉箱預(yù)制區(qū)配置50 t+10 t 龍門吊1 臺，鋼筋加工區(qū)配置25 t 汽車吊1 臺，預(yù)制場全景圖見圖1。

圖1 沉箱預(yù)制場全景圖Fig.1 Panorama of caisson prefabrication yard

2 施工工藝流程

底模采用工字鋼+木枋結(jié)構(gòu)，底段鋼筋現(xiàn)場綁扎，標(biāo)段及頂段鋼筋綁扎成型后整體吊裝[3]，單座沉箱預(yù)制完成后采用氣囊頂升工藝抽出底模并換成支墊木枋，模板采用整體支拆鋼模板[4]?；炷敛捎妙A(yù)拌混凝土，商混站距施工現(xiàn)場約6 km，攪拌車從商混站到現(xiàn)場約30 min。

2.1 設(shè)備及人員配置

2.1.1 機(jī)械設(shè)備

本工程配置主要機(jī)械設(shè)備見表1。

表1 主要機(jī)械設(shè)備配置表Table 1 Main mechanical equipment configuration table

2.1.2 人員配備

鋼筋綁扎人員16 名，模板安裝人員5 人，混凝土工6～10 人。

2.1.3 模板及附屬設(shè)施

沉箱模板及附屬設(shè)施配置見表2。

表2 沉箱模板及附屬設(shè)施配置Table 2 Configuration of caisson formwork and auxiliary facilities

2.1.4 模板吊索具

沉箱模板吊裝所需吊索具明細(xì)見表3。

表3 沉箱模板吊索具明細(xì)表Table 3 List of slings for caisson formwork

2.2 底胎鋪設(shè)

采用門機(jī)對工字鋼進(jìn)行擺放，并對工字鋼兩端頂面標(biāo)高進(jìn)行測量、調(diào)整，使各點(diǎn)處于水平。工字鋼擺放完成后鋪上木枋，并用細(xì)砂對木枋接縫進(jìn)行填充，最后在木枋上鋪設(shè)2 層草板紙。

2.3 底段施工

2.3.1 鋼筋綁扎

工藝流程：底板放射筋及圈筋→外趾鋼筋及圈筋→馬凳筋及底二層鋼筋→外墻豎筋及圈筋→隔墻豎筋及水平筋。

2.3.2 三檢制驗收

鋼筋班組自檢完成后經(jīng)主辦技術(shù)員驗收，主辦技術(shù)員驗收合格后再通知總包進(jìn)行驗收。

2.3.3 模板支立

工藝流程：底段鋼筋驗收合格→模板除銹、清灰、刷油→安裝底段外?！惭b底段芯模→調(diào)整模板→質(zhì)量驗收。

1） 外模安裝

清理沉箱外邊線，底板鋼筋四周鋪設(shè)原紙，待模板清灰、刷油工序完成后即可吊裝底段外片，吊裝前在外片側(cè)面連接位置粘貼好泡沫止?jié){條。底段外片支立時嚴(yán)格按照放線尺寸安放[5]，每片模板吊裝就位后，安裝防上浮拉杠螺栓。4 片安裝就位后備緊外片底口限位楔子并安裝抱角螺栓和圓臺螺母，底口限位用[10 角鋼焊接牢固。

2） 芯模安裝

①在底板鋼筋上安設(shè)內(nèi)芯支腿，芯模按設(shè)計圖紙調(diào)整好幾何尺寸，清灰刷油后通過吊裝架吊裝至倉格就位。

②安裝預(yù)埋墻栓盒、安裝頂口對拉螺栓并通過緊張器調(diào)整芯?？傮w尺寸。

③安裝木閘板及底口鋼八字。

④安裝預(yù)埋件，背緊底口、木閘板、鋼八字等處鐵楔子后，調(diào)緊緊張器，確保對拉螺栓和套管備齊、牢固。

⑤調(diào)整內(nèi)芯模板標(biāo)高、垂直度和隔墻順直度，通過調(diào)整緊張器來控制墻體垂直度。

2.3.4 混凝土澆筑

分段混凝土設(shè)計方量見表4。

表4 沉箱分段混凝土方量Table 4 Concrete volume of caisson section m3

沉箱澆筑時在現(xiàn)場制作同條件試塊，底段3組，標(biāo)/頂段2 組，為拆模時混凝土強(qiáng)度提供依據(jù)。

澆筑順序為從中央到四角擴(kuò)散，底板振搗完后，對隔墻及交匯處再排棒振搗1 次，防止底板漏振滲水；合理控制晾底時間，保證不出現(xiàn)冷縫、反灰現(xiàn)象。底段、標(biāo)段和頂段墻體澆筑為先隔墻后外墻。澆筑時需分層澆筑，并控制好分層澆筑高度，澆筑速度做到平穩(wěn)均勻，分層下灰分層振搗[6]。分層振搗時盡量避免碰到模板；外趾為梅花布點(diǎn)，墻體按順序布點(diǎn)。

2.3.5 拆模、修補(bǔ)及養(yǎng)護(hù)

混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa 時，拆除底段芯模，先拆墻栓盒，四角閘板，然后拆頂口對拉螺栓，收連接器，使模板與混凝土分離，用吊裝架起吊芯模，吊至固定地點(diǎn)。當(dāng)?shù)锥涡灸２鸪?，拆底段外模（如圖2 所示），先拆圓臺螺母、抱角、掛鉤，再拆底口拉杠螺栓、鐵楔子，將模板拆除放置在合適位置。每片底段外模設(shè)置2 處支撐架。

圖2 底段外模拆除圖Fig.2 Dismantling of outer formwork at the bottom section

使用預(yù)拌抹灰砂漿作為沉箱修補(bǔ)材料，保證修補(bǔ)處密實(shí)無裂縫，且修補(bǔ)后顏色要與沉箱整體顏色一致，邊角順直美觀，不影響整體感觀質(zhì)量[7]。設(shè)立專人對沉箱定時灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤，并做好養(yǎng)護(hù)記錄，養(yǎng)護(hù)時間不少于14 d。

2.4 標(biāo)段、頂段施工

沉箱外側(cè)設(shè)有鋼平臺作為施工平臺，臺座間設(shè)有塔梯，塔梯和沉箱施工平臺間搭設(shè)過跳（如圖3 所示）作為施工通道。

圖3 操作平臺、塔梯及過跳Fig.3 Operating platform,tower ladder and communicating bridge

施工流程：標(biāo)（頂）段鋼筋綁扎→鋼筋整體吊裝→安裝標(biāo)段芯模→安裝標(biāo)段外?！{(diào)整模板→混凝土澆筑→拆模、修補(bǔ)及養(yǎng)護(hù)。

2.4.1 鋼筋整體綁扎吊裝系統(tǒng)

標(biāo)（頂）段鋼筋在鋼筋整體綁扎吊裝系統(tǒng)上綁扎完成后吊裝[8]。鋼筋整體綁扎吊裝系統(tǒng)由吊裝架、內(nèi)墻體鋼筋綁扎架和外墻體鋼筋綁扎架組成。

1） 吊裝架

上部設(shè)有吊點(diǎn)，頂層下端設(shè)有吊耳共60 個，吊耳處掛鋼絲繩，通過標(biāo)（頂）段骨架筋相連，作為吊裝措施，鋼筋整體吊裝如圖4 所示。

圖4 鋼筋整體吊裝圖Fig.4 Integral lifting of steel bars

2） 內(nèi)墻體鋼筋綁扎架

內(nèi)墻體鋼筋綁扎架共4 個，呈扇形規(guī)則布置在吊裝架內(nèi)部，內(nèi)側(cè)設(shè)有爬梯，頂部設(shè)有吊點(diǎn)。

3） 外墻體鋼筋綁扎架

外墻體鋼筋綁扎架呈圓環(huán)狀布置在吊裝架外圍，設(shè)有外爬梯。

4） 調(diào)平層

吊裝架底部設(shè)有調(diào)平層，用于對鋼筋進(jìn)行限位。調(diào)平層主要結(jié)構(gòu)為型鋼框架及錨筋，包括調(diào)平槽鋼，支撐槽鋼，上附底口鋼筋限位板，平面尺寸對應(yīng)鋼筋布置，斷面結(jié)構(gòu)見圖5、圖6。

圖5 隔墻調(diào)平層斷面圖Fig.5 Cross section view of batardeau leveling layer

圖6 外墻調(diào)平層斷面圖Fig.6 Cross section view of exterior wall leveling layer

5） 鋼筋綁扎定位系統(tǒng)

鋼筋綁扎定位系統(tǒng)主要包括2 個方面：豎向鋼筋定位、水平鋼筋定位及支撐。

其中豎筋定位采用下插上靠的定位方式，使用精準(zhǔn)制孔的板材分別貼附在調(diào)平層及吊裝架上，確?？孜辉诳臻g結(jié)構(gòu)上的垂直對應(yīng)。同時鋼筋限位孔采用8 字孔的形式，上下接茬兩段豎向鋼筋綁扎使用不同孔眼，在鋼筋安裝定位精準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，2 層鋼筋自然接觸，大大提高鋼筋籠安裝的工效，具體結(jié)構(gòu)見圖7、圖8。

圖7 豎筋底口限位圖Fig.7 Vertical reinforcement bottom limit

圖8 豎筋頂口限位圖Fig.8 Vertical reinforcement top limit

水平鋼筋定位采用型鋼硬限位的方式，既滿足鋼筋限位功能，又滿足水平筋綁扎時的臨時存放功能。另外本工程不同層段的水平鋼筋層距不統(tǒng)一，型鋼硬限位導(dǎo)致鋼筋綁扎完成時鋼筋籠子脫離限位困難，為解決以上問題，采用可旋轉(zhuǎn)式水平筋托架作為水平筋的限位。具體結(jié)構(gòu)見圖9。

圖9 可旋轉(zhuǎn)式水平托架大樣圖Fig.9 Detail drawing of rotatable horizontal bracket

可旋轉(zhuǎn)式水平筋托架由DN65 鋼管和?25 圓鋼組成，鋼管上分兩側(cè)開?26 孔，一側(cè)21 層，間距200 mm，另一側(cè)27 層，間距150 mm。?25 圓鋼根據(jù)標(biāo)段及頂段水平筋間距插入對應(yīng)孔中。架體可360°自由旋轉(zhuǎn)，可以有效解決不同層段水平筋間距不同、綁扎完成后鋼筋籠脫離限位困難的問題。

2.4.2 鋼筋綁扎

1） 鋼筋備料

按照整體綁扎架操作平臺高度計算每層水平筋數(shù)量，采用25 t 汽車吊分次喂料，內(nèi)外墻綁扎架平臺可作為鋼筋備料區(qū)。

2） 鋼筋整體綁扎

首先進(jìn)行內(nèi)隔墻鋼筋綁扎，再進(jìn)行外墻鋼筋綁扎。鋼筋綁扎時先進(jìn)行勁性骨架安裝，然后布置豎筋，并在頂口及底口各布置1 根水平筋，鋼筋整體穩(wěn)固后進(jìn)行水平筋綁扎，最后進(jìn)行隔墻水平筋穿筋布置。

根據(jù)鋼筋網(wǎng)片綁扎完成情況同步安裝梁下鋼絲繩和卡環(huán)。

待鋼絲繩、卡環(huán)安裝完成后對綁扎質(zhì)量、吊索具安裝質(zhì)量進(jìn)行檢查驗收，確保合格后進(jìn)行起吊安裝。標(biāo)段鋼筋綁扎完成如圖10 所示。

圖10 標(biāo)段鋼筋綁扎圖Fig.10 Binding of steel bars in the bid section

2.4.3 保護(hù)層墊塊安放

鋼筋綁扎施工時在水平主筋擱置環(huán)形墊塊，墊塊安放數(shù)量以滿足鋼筋保護(hù)層需要為準(zhǔn)。保護(hù)層墊塊安放工序與橫/圈筋綁扎工序同步進(jìn)行。外墻外側(cè)鋼筋保護(hù)層墊塊采用環(huán)形墊塊，外墻內(nèi)側(cè)及隔墻鋼筋保護(hù)層墊塊采用梅花形墊塊，墊塊每m2放置1 個，呈梅花形布置。

2.4.4 鋼筋整體吊裝

1） 鋼筋整體吊裝所用吊索具[9]配置見表5。

表5 鋼筋整體吊裝吊索具配置表Table 5 Configuration of slings for integral steel bars hoisting

2） 其余輔助設(shè)備配置見表6。

表6 其余輔助設(shè)備配置表Table 6 Configuration of other auxiliary equipment

3） 工藝流程

①鋼筋整體吊裝前在沉箱對角放置2 個鋼筋籠安裝綁扎架，將沉箱頂部整體吊裝架支腿位置混凝土表面清理平整，平面位置根據(jù)吊裝架支腿實(shí)際位置放樣，各位置平整面積及數(shù)量見表7。

表7 支腿支墊面積及位置允許偏差Table 7 Allowable deviation in the area and position of leg support pads

將沉箱頂部預(yù)留接茬筋向內(nèi)彎折，將鋼筋籠底部鋼筋向外撐開，形式見圖11。

圖11 吊裝前鋼筋調(diào)整形式圖Fig.11 Steel bars adjustment form diagram before lifting

由技術(shù)人員組織進(jìn)行驗收，檢查鋼筋綁扎情況、夾具鎖緊情況、吊裝架吊點(diǎn)情況、鋼絲繩及鎖具狀態(tài)，確認(rèn)后進(jìn)行吊裝作業(yè)。

②鋼筋整體吊裝試吊

每次起吊前由項目部安全員、機(jī)務(wù)員對起重設(shè)備工作狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)合檢查，確保工作狀態(tài)符合作業(yè)需求。待上述準(zhǔn)備工作全部完成后，對鋼筋整體吊裝架進(jìn)行吊裝作業(yè)。首先將鋼筋籠吊起2 cm 后旋轉(zhuǎn)水平限位，使其脫離鋼筋籠；然后將整體吊裝架起吊1.5 m，靜置2 min，再將整體吊裝架下落1 m，靜置3 min。檢查鋼絲繩、卡環(huán)、吊具狀態(tài)，確認(rèn)安全后緩慢提升并就位。

③鋼筋整體吊裝就位

鋼筋整體吊裝時，沉箱內(nèi)側(cè)操作平臺各1 人，外側(cè)操作平臺共8 人。就位時先由沉箱頂部2 個鋼筋操作平臺粗定位，待鋼筋籠吊運(yùn)至預(yù)定安裝位置正上方后再緩慢下落至預(yù)定位置。鋼筋整體吊裝就位示意圖見圖12。

圖12 鋼筋整體吊裝就位示意圖Fig.12 Schematic diagram of integral lifting and positioning of steel bars

鋼筋籠精確就位后，綁扎所有豎筋搭接頭，松開梁底部鋼絲繩，使吊具與鋼筋籠脫離，將吊具垂直吊出并運(yùn)回鋼筋綁扎區(qū)繼續(xù)下一個循環(huán)。

2.4.5 模板安裝

1） 內(nèi)模安裝

①安裝前對內(nèi)模進(jìn)行清灰、刷油。

②先將1 個內(nèi)操作平臺吊出，再將1 個內(nèi)模整體吊裝到位，且將墻栓推到位。

③吊車松鉤，松鉤后調(diào)節(jié)緊張器將芯模頂靠在混凝土墻上，底口用鐵楔子頂緊。

④按上列順序依次將其它內(nèi)操作平臺吊出，并將剩余內(nèi)模安放到位。

⑤放置進(jìn)水孔等預(yù)埋件并加固牢靠。

⑥安裝木閘板并備緊木閘板后的楔子。

⑦安裝隔墻頂口對拉螺栓及套管，安裝上部預(yù)埋墻栓盒（頂段內(nèi)模無須安裝上部預(yù)埋墻栓盒）。

⑧通過緊張器調(diào)整好倉格尺寸，將底口和四角的縫隙堵嚴(yán)。

2） 外模安裝

①當(dāng)墻段芯模及預(yù)埋件安裝完成后，安裝墻段外模。先在操作平臺上將模板底口螺栓預(yù)先安裝牢固。

②外墻底口螺栓從中心向兩側(cè)緊固，止?jié){條貼合混凝土面嚴(yán)密。

③調(diào)整內(nèi)芯模板標(biāo)高和隔墻順直度。內(nèi)芯模板標(biāo)高以外模板標(biāo)高為準(zhǔn)，隔墻拉線調(diào)直。

2.4.6 混凝土澆筑

標(biāo)段和頂段墻體澆筑順序為先隔墻后外墻。

2.4.7 拆模、修補(bǔ)及養(yǎng)護(hù)

底段、標(biāo)/頂段外模均設(shè)有人員上下通道，因此沉箱模板拆除遵循先內(nèi)模、后外模的順序。修補(bǔ)、養(yǎng)護(hù)方式與底段相同。

1） 內(nèi)模拆除

混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa 時，拆除底段芯模，先拆墻栓盒、四角閘板，然后拆頂口對拉螺栓、收連接器，使模板與混凝土分離，用吊裝架起吊芯模，吊至固定地點(diǎn)。

2） 外模拆除

當(dāng)?shù)锥涡灸２鸪螅鸬锥瓮饽?，先拆圓臺螺母、抱角、掛鉤，再拆底口拉杠螺栓、鐵楔子，將模板拆除放置在合適位置。每片底段外模設(shè)置2 處支撐架。

3 結(jié)語

本工程沉箱預(yù)制施工落實(shí)高質(zhì)量發(fā)展理念，自主研發(fā)墻段鋼筋整體綁扎與吊裝工藝，施工質(zhì)量得到了有效控制；實(shí)測鋼筋間距最大偏差為5 mm，鋼筋保護(hù)層厚度合格率為92.7%，同時降低了安全風(fēng)險，提高了施工效率；起重作業(yè)次數(shù)減少90%，極大降低了安全風(fēng)險，施工工效大幅提升，具備較高的應(yīng)用價值，可為類似大型圓沉箱預(yù)制提供借鑒。