吊模工藝應(yīng)用于懸挑式胸墻施工要點分析

摘要 文章主要針對吊模工藝在懸挑式胸墻施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，通過方案分析、理論研究、資料調(diào)研和具體工程施工總結(jié)，從結(jié)構(gòu)特點、施工難點、吊模工藝優(yōu)點、吊模系統(tǒng)設(shè)計要點、結(jié)構(gòu)受力驗算和施工要點等進(jìn)行了總結(jié)分析。研究表明，吊模工藝應(yīng)用于懸挑式胸墻的適用性、強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均符合要求，可為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞 碼頭工程；胸墻施工；吊模系統(tǒng)；懸挑混凝土施工

中圖分類號 U656 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0126-03

0 引言

胸墻通常位于直立式碼頭上部，屬于靠船面的一部分，裝設(shè)防沖設(shè)備，擋住墻后回填料，并與下部結(jié)構(gòu)連接成整體構(gòu)件，主要作用是將作用于碼頭的外力傳遞至碼頭下部和地基，一般采用現(xiàn)澆?，F(xiàn)澆胸墻在水工復(fù)雜條件下，施工難度較大，施工過程中需要考慮的影響因素較多，且不同項目存在不同的結(jié)構(gòu)樣式。當(dāng)存在大面積懸挑時，需要在潮水、波浪和風(fēng)力影響下完成現(xiàn)澆胸墻施工，施工難度進(jìn)一步加大，該文主要就吊模工藝應(yīng)用于懸挑式胸墻的施工要點進(jìn)行總結(jié)分析，歸納施工要點。

1 工程概況

某項目新建3個5 000 t級化工碼頭工程，碼頭結(jié)構(gòu)形式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，呈滿堂式布置，泊位總長度為452 m。碼頭基礎(chǔ)持力層為中砂和全風(fēng)化花崗層，沉箱基礎(chǔ)采用夯實拋石基床，沉箱內(nèi)回填塊石，沉箱上部為預(yù)制靠船構(gòu)件和現(xiàn)澆混凝土胸墻結(jié)構(gòu)，沉箱后回填塊石棱體至沉箱頂，胸墻后依次回填10～50 kg塊石及二片石，在碾壓密實后頂部現(xiàn)澆路面。棱體后與陸域回填相接處設(shè)置二片石、混合倒濾層及土工布。碼頭前沿豎向布置拱形橡膠護(hù)舷，系纜設(shè)施為350 kN的系船柱。設(shè)計極端高水位+4.62 m（重現(xiàn)期50年一遇）；設(shè)計高水位+3.72 m（高潮累計頻率10%）；設(shè)計低水位+0.38 m（低潮累計頻率90%）；極端低水位?0.43 m（重現(xiàn)期50年一遇）。胸墻采用現(xiàn)澆形式，按照沉箱基礎(chǔ)分段施工，共計現(xiàn)澆胸墻35個，胸墻懸挑為1.5 m。

2 懸挑式胸墻的結(jié)構(gòu)特點和施工難點

胸墻結(jié)構(gòu)在常規(guī)設(shè)計中會凸出沉箱前墻10～30 cm，主要用于修正前沿線平順性，胸墻懸挑超過0.5 m后，胸墻主體結(jié)構(gòu)向外延伸形成懸挑式胸墻，其結(jié)構(gòu)形成了比較獨特的空間結(jié)構(gòu)形式，胸墻荷載的傳遞形式與傳統(tǒng)胸墻存在較大差異，施工難度會顯著增加，給施工主要造成以下幾個難點：

（1）懸挑部分的自重、模板重量和施工期荷載均需要通過新建支撐結(jié)構(gòu)承擔(dān)，且需要向外延伸作業(yè)平臺，加大了對支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求。

（2）模板安裝沒有支撐點，需要采用拉桿或吊拉形式，加大了對模板剛度的要求。

（3）懸挑部分受到更大的海水浮托力、波浪力和風(fēng)力的影響，增加了施工難度，加大了對支撐結(jié)構(gòu)和模板的受力要求。

3 懸挑式胸墻應(yīng)用吊模工藝優(yōu)點

非懸挑式胸墻通常采用在沉箱位置預(yù)埋螺栓設(shè)置三角鋼架的支撐形式，設(shè)置作業(yè)平臺和模板。由于懸挑式胸墻自重太大，疊加了模板重量和施工期荷載，預(yù)留螺栓設(shè)置三角鋼架形式難以獲得足夠的支撐力，且大量的預(yù)留螺栓將對下層沉箱造成較大破壞。在懸挑式胸墻施工前，沉箱安裝已經(jīng)完成[1]，且箱內(nèi)回填施工完成，正常工況條件下吊模工藝所需的支撐面較大。同時，采用吊模工藝有以下優(yōu)點：

（1）適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。吊模沒有下部支撐，可以懸掛在其他固定物上或通過特定方式進(jìn)行固定，這使得它能夠在空間受限或下部支撐條件不足的情況下進(jìn)行施工。

（2）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)。雖然吊模沒有下部支撐，但其穩(wěn)定性和承載能力可以通過精心的設(shè)計和施工得以保證，包括合理的模板尺寸、形狀設(shè)計及承重能力的計算等。

（3）施工效率高。吊模的施工過程相對簡單快捷，能夠減少人力和時間的投入，從而提高整體的施工效率。

4 吊模設(shè)計要點

吊模系統(tǒng)由支架系統(tǒng)、作業(yè)平臺和模板等三部分組成，其結(jié)構(gòu)樣式可以根據(jù)不同工況進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)懸挑式胸墻的結(jié)構(gòu)特點，可利用下層沉箱作為支撐，支撐結(jié)構(gòu)采用三腳架形式，而作業(yè)平臺采用懸吊形式較為合理，設(shè)計結(jié)構(gòu)型式圖如圖1所示：

圖1 吊模系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樣式設(shè)計結(jié)構(gòu)型式圖

吊模系統(tǒng)在設(shè)計前應(yīng)分析懸挑胸墻結(jié)構(gòu)的斷面形式，掌握結(jié)構(gòu)分層、分段情況，確定首澆段結(jié)構(gòu)形式，后續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工可利用首澆段作為支撐平臺，而無需繼續(xù)使用吊模，因此應(yīng)根據(jù)首澆段的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計吊模系統(tǒng)，其設(shè)計要點如下：

4.1 支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

（1）材料選擇。吊模的支撐結(jié)構(gòu)材料應(yīng)根據(jù)荷載分析，選擇具備足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性的材料。碼頭工程工況較為復(fù)雜，應(yīng)采用強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的鋼材，可采用大型工字鋼作為骨架。

（2）設(shè)計與計算。設(shè)計時應(yīng)考慮施工過程中的荷載情況，包括混凝土的重力、澆筑時的振動、海水浮托力、波浪力和風(fēng)力等因素，以合理確定吊模的數(shù)量、位置和支撐方式，并可以采用增加尾部配重塊的形式，以確保支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力。

（3）固定與連接。支撐結(jié)構(gòu)的固定方式應(yīng)牢固可靠，連接件應(yīng)具備足夠的剛度和耐力，以防止在施工過程中出現(xiàn)松動或坍塌的情況。

（4）合理布置支撐點。支撐點的布置應(yīng)均勻、對稱，確保模板受力均衡，避免局部應(yīng)力過大而導(dǎo)致變形或坍塌，懸挑式胸墻施工的支撐點多為沉箱側(cè)墻頂部，在設(shè)置支撐點時還應(yīng)考慮沉箱結(jié)構(gòu)的防護(hù)和沉箱外露鋼筋的影響。

4.2 作業(yè)平臺設(shè)計要點

（1）安全性。作業(yè)平臺的結(jié)構(gòu)和材料同樣應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保能夠承受預(yù)期的工作載荷，并保證工作人員的人身安全。平臺應(yīng)平整、結(jié)實，并配備適當(dāng)?shù)姆阑胧┖妥o(hù)欄。

（2）適應(yīng)性。作業(yè)平臺的設(shè)計應(yīng)根據(jù)不同的工作需求進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。平臺的大小、形狀和高度應(yīng)根據(jù)實際情況確定，以滿足不同項目的吊裝需求。

（3）便捷性。為了提高操作的便捷性，可以在作業(yè)平臺上安裝滑輪等升降和移動設(shè)備。

（4）可調(diào)節(jié)性。由于碼頭施工特點，沉箱在安裝過程中或者在后續(xù)沉降后，不可避免會出現(xiàn)一些高差和錯臺情況，這些問題需要在后面的胸墻澆筑過程中進(jìn)行修正，所有作業(yè)平臺在設(shè)計時必須預(yù)留一定的調(diào)節(jié)空間，避免出現(xiàn)作業(yè)平臺不匹配情況。

4.3 模板設(shè)計要點

（1）尺寸與形狀。模板的尺寸和形狀應(yīng)根據(jù)實際工程情況和要求進(jìn)行設(shè)計，確保能夠滿足混凝土澆筑的要求。

（2）承重能力和剛度。底模的承重能力和側(cè)模剛度應(yīng)經(jīng)過精心計算和設(shè)計，以確保在澆筑過程中不會出現(xiàn)變形或損壞的情況。

（3）配合精度。模板與支撐結(jié)構(gòu)和作業(yè)平臺之間的配合應(yīng)精確無誤，以確保安裝和拆除的便捷性。

5 吊模結(jié)構(gòu)受力驗算要點

吊模系統(tǒng)分為支撐結(jié)構(gòu)、作業(yè)平臺和模板設(shè)計，其結(jié)構(gòu)受力驗算的要點對于確保整個系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性驗算必須增加安全系數(shù)。根據(jù)水工環(huán)境特點，吊模結(jié)構(gòu)受力驗算時，必須考慮海水浮托力、波浪力和風(fēng)力的影響，其結(jié)構(gòu)受力驗算要點如下。

5.1 支撐結(jié)構(gòu)受力驗算要點

（1）材料性能。確認(rèn)支撐結(jié)構(gòu)所用材料的力學(xué)性能，如抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、彈性模量等，這些參數(shù)是后續(xù)計算的基礎(chǔ)。

（2）荷載分析。明確支撐結(jié)構(gòu)所承受的荷載類型，包括恒載（如自重）和活載（如施工荷載、風(fēng)荷載等），并確定其大小及分布方式。

（3）內(nèi)力計算。根據(jù)荷載情況，利用力學(xué)原理計算支撐結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，如彎矩、剪力、軸力等，通常涉及復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算和力學(xué)模型建立。

（4）穩(wěn)定性驗算。評估支撐結(jié)構(gòu)在承受荷載時的整體穩(wěn)定性，防止因失穩(wěn)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

（5）節(jié)點連接驗算。檢查支撐結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件之間的連接方式是否可靠，確保各節(jié)點具有足夠的強(qiáng)度和剛度傳遞內(nèi)力。

5.2 作業(yè)平臺受力驗算要點

（1）平臺尺寸與布局。確認(rèn)作業(yè)平臺的尺寸和布局是否符合實際使用需求，并確保其能夠安全地承載所有預(yù)期的荷載。

（2）荷載組合?？紤]平臺上可能同時出現(xiàn)的各種荷載的組合情況，如施工人員、設(shè)備、材料等，并據(jù)此進(jìn)行受力驗算。

（3）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度。驗證作業(yè)平臺結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度是否滿足要求，以防止在荷載作用下出現(xiàn)過大變形或破壞。

（4）抗傾覆驗算。對于存在傾覆風(fēng)險的作業(yè)平臺，需要進(jìn)行專門的抗傾覆驗算，以確保其在任何情況下都能保持穩(wěn)定狀態(tài)。

5.3 模板設(shè)計受力驗算要點

（1）模板材料與規(guī)格。選擇合適的模板材料和規(guī)格，確保其能夠承受新澆筑混凝土的重量和施工過程中的其他荷載。

（2）面板驗算。對模板的面板進(jìn)行受力驗算，包括強(qiáng)度驗算和撓度驗算，以確保其在使用過程中不會發(fā)生破壞或過大的變形。

（3）支架與龍骨驗算。驗證模板支架與龍骨的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，確保它們能夠有效地支撐模板并將荷載傳遞至支撐結(jié)構(gòu)。

（4）連接件驗算。檢查模板系統(tǒng)中各連接件的強(qiáng)度和可靠性，確保它們能夠在荷載作用下保持完好并有效傳遞內(nèi)力。

6 懸挑式胸墻應(yīng)用吊模工藝施工要點

懸挑式胸墻的施工工況較為復(fù)雜，普遍存在趕潮水作業(yè)情況，受到的環(huán)境影響因素較多，施工的作業(yè)時間較短，組織施工時需要考慮的條件較多，其施工要點如下：

（1）沉箱沉降穩(wěn)定。胸墻必須在下層沉箱施工完成，且在沉降穩(wěn)定后進(jìn)行，否則容易在施工過程中產(chǎn)生不均勻沉降，影響施工質(zhì)量。

（2）精確安裝。懸挑式胸墻施工首先應(yīng)保證前沿線順直，安裝順序如下：先安裝支撐系統(tǒng)，再安裝工作平臺，最后安裝模板。在安裝支撐系統(tǒng)時，必須根據(jù)碼頭前沿線位置準(zhǔn)確放樣，調(diào)整支撐系統(tǒng)位置，確保模板在安裝完成后滿足前沿線順直的要求。在支撐結(jié)構(gòu)和平臺的安裝過程中，應(yīng)確保各部件之間的連接牢固可靠，避免出現(xiàn)松動或錯位現(xiàn)象。同時，應(yīng)對支撐結(jié)構(gòu)和工作平臺進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，確保其處于良好的工作狀態(tài)。

（3）吊裝設(shè)備。在施工過程中應(yīng)使用安全系數(shù)較大的吊裝設(shè)備，確保吊裝能力滿足波浪力、風(fēng)力疊加影響下的要求。每次吊裝前應(yīng)對吊裝設(shè)備進(jìn)行檢查，由于碼頭工程環(huán)境影響因素較多，吊裝設(shè)備應(yīng)避免采用吊裝船水上吊裝，陸上吊裝設(shè)備的停放位置應(yīng)避免受潮水和波浪影響。

（4）拉桿安裝。安裝時應(yīng)先安裝豎向拉桿，再安裝底部橫向拉桿，最后安裝頂部橫向拉桿，由于拉桿穿過模板時可能留下間隙，導(dǎo)致澆筑封底混凝土?xí)r漏漿，因此應(yīng)用土工布條堵塞拉桿孔套管與模板間的孔，并做好后續(xù)的外觀質(zhì)量修復(fù)。

（5）施工監(jiān)測。懸挑式胸墻施工應(yīng)在下層沉箱監(jiān)測穩(wěn)定的情況下進(jìn)行，同時對于沉箱的沉降位移監(jiān)測措施不能停止，在此基礎(chǔ)上應(yīng)加強(qiáng)對支撐結(jié)構(gòu)和模板變形的監(jiān)測工作，形成監(jiān)測定期報告制度，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時采取措施進(jìn)行處理，確保施工安全和質(zhì)量。

（6）模板水密性?；炷翝仓皯?yīng)對模板的水密性進(jìn)行全面檢查，尤其是底層模板的止?jié){措施，以避免在波浪拍打情況下脫落。為確保底模與沉箱的緊密貼合，應(yīng)避免漏漿和海水浸入，可采用裝有干水泥砂漿的土工布條形帶進(jìn)行封堵。

（7）混凝土澆筑。應(yīng)保證澆筑混凝土?xí)r有足夠的運輸能力，保證混凝土的澆筑速度大于海水上漲的速度，澆筑開始時間應(yīng)在潮水退潮至底模以下開始進(jìn)行，留足能夠作業(yè)的時間，確保趕潮水澆筑的混凝土在初凝前不被水淹。在澆筑混凝土前，應(yīng)用淡水對鋼筋和模板進(jìn)行沖洗，在澆筑過程中應(yīng)控制好混凝土的振搗力度和頻率，避免對模板造成過大的沖擊力；應(yīng)按照先里面后外面的順序進(jìn)行澆筑，確保懸挑支模體系連接主體結(jié)構(gòu)部分先受力[2]。施工完成后應(yīng)通過同條件試塊確定拆模時間，在混凝土強(qiáng)度滿足要求后才能拆模。

（8）防海水腐蝕。胸墻施工普遍需要進(jìn)行趕潮水作業(yè)，施工周期較長，支撐結(jié)構(gòu)、作業(yè)平臺和模板長期處于水位變動區(qū)，容易受到海水腐蝕影響，在使用前應(yīng)采用預(yù)留腐蝕厚度和涂層防腐的措施，確保施工安全。

（9）養(yǎng)護(hù)與拆模?；炷翝仓瓿珊?，應(yīng)進(jìn)行充分的養(yǎng)護(hù)工作，以提高其強(qiáng)度和耐久性。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求時，方可進(jìn)行拆模操作。拆模時應(yīng)按照規(guī)定的順序和方法進(jìn)行，避免對懸挑結(jié)構(gòu)造成損壞[3]。

（10）檢查支撐點。胸墻施工的下層支撐結(jié)構(gòu)為沉箱，支撐結(jié)構(gòu)的支撐點作為整個結(jié)構(gòu)受力傳導(dǎo)的集中點，其布置應(yīng)均勻、對稱，確保模板受力均衡?？蛇m當(dāng)加大支撐面，避免造成沉箱局部應(yīng)力過大導(dǎo)致混凝土破壞，同時應(yīng)在準(zhǔn)確定位的同時避開沉箱外露的鋼筋，須提前放樣，并模擬支撐系統(tǒng)的安裝位置，對相應(yīng)位置進(jìn)行提前處理。嚴(yán)禁擅自割斷沉箱外露鋼筋，設(shè)置橡膠或枕木的保護(hù)層，避免剛性材料對沉箱混凝土造成破壞，在施工過程中應(yīng)對支撐點位置的混凝土定時檢查，出現(xiàn)裂縫等情況時應(yīng)及時提出修補(bǔ)方案。

（11）現(xiàn)場安全管理。加強(qiáng)施工現(xiàn)場的安全管理，嚴(yán)格遵守相關(guān)安全規(guī)范和操作規(guī)程。設(shè)置必要的安全警示標(biāo)志和防護(hù)措施，確保施工人員的人身安全。

（12）人員培訓(xùn)與教育。對施工人員進(jìn)行針對臨水作業(yè)、吊裝作業(yè)和趕潮水的安全培訓(xùn)和教育，增強(qiáng)其安全意識和操作技能。確保施工過程中有足夠的技術(shù)人員參與，并具備相關(guān)的懸挑模板支撐方案和施工注意事項的充分交底。

7 結(jié)束語

隨著碼頭結(jié)構(gòu)樣式的不斷革新，異形胸墻結(jié)構(gòu)的形式越來越多，懸挑式胸墻結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)點，在重力式碼頭結(jié)構(gòu)中可得到較為廣泛的應(yīng)用。該文通過某項目施工實踐，對吊模工藝在懸挑式胸墻施工中的設(shè)計、結(jié)構(gòu)受力驗算和施工要點進(jìn)行分析，總結(jié)了吊模工藝應(yīng)用于懸挑式胸墻的各項實施要點，希望對相同類型的施工起到一定的借鑒和參考作用。

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