浅谈大型沉箱预制技术.docx

浅谈大型沉箱预制技术陈舜（中国水产广州建港工程公司，广东 广州 510220）摘 要：文中结合惠来电厂煤码头大型沉箱预制施工，介绍大型沉箱分层预制工艺，施工技术要点及优缺点分析关键词：大型沉箱；分层预制；混凝土浇注中图分类号：TU476文献标识码：A文章编号：1006-7973（2011）01-0235-04沉箱构件一般用于岸壁式码头、墩式码头、直立式防波堤、船坞坞墙等重力式结构，沉箱预制是墙身结构分部工程 的一个主要分项，其预制质量直接影响到码头整体质量和单位工程质量评定等级。近年来随着水运事业的发展、施工设 备大型化和技术水平提高，深水泊位建造日趋增多，沉箱规格逐渐向高大化发展，沉箱尺寸和重量有了极大的飞跃，目 前 2,000t 以上的沉箱应用越来越广泛。一、沉箱概况广东省粤电惠来电厂一期工程煤码头及港池航道疏浚工 程 3,000t 钢筋混凝土矩形沉箱为重力墩式结构煤码头的基 础，共 9 个。沉箱尺寸为宽(带趾)长高13.526.520.8m，趾长 1m，内设 15 个仓格，内隔墙厚均为 20cm， 墙身与底板、墙身与墙身之间均设 2020cm 加强角，前后 趾壁厚为 38cm，两侧 壁厚 为 35.5cm 。 混凝土总 方量 10,845m3，强度等级 C40，钢筋制安 2,075.24t，单块重2,952t。沉箱混凝土添加聚丙纤维，添加量为 1Kg/m3。沉 箱尺寸见图 1。箱的高度、壁薄、钢筋密度大、混凝土量大的特点，结合拟投入的施工设备和现场场地的情况，为保证混凝土振捣质量及沉 箱外观尺寸，决定采用分层施工艺进行沉箱的预制。1预制场地由于沉箱个数不多，根据总体的施工进度计划，预制场 地设一条宽度为 50m，长度为 160m 生产线，考虑到分层 预制施工的展开和满足预制后及时出运以保证底模的周转， 在生产线长度方向分两排均匀布置 6 个底板，该预制场内布 置 36m 跨距、26m 吊高净空的 25t 龙门吊 1 台，主要用于 沉箱模板的装拆作业，预制场两侧各留一条 7m 宽道路。预 制场用开山石回填形成，用压路机碾压后浇 20cm 厚 C30 混凝土。2分层高度的确定分层高度的确定主要考虑以下几个方面：（1）水运工程混凝土施工规范（JTJ268）规定施工 缝位置，与底板相连的墙体其水平施工缝宜留在距底板大于1.0m 的位置，且施工缝不宜设在水位变动区（即设计高水位减 1.0m 到设计低水位减 1.0m 之间）。（2）须考虑拟投入施工设备的起重高度，本工程拟投入 龙门吊高度为 26m，沉箱自身高度加预留钢筋长度 0.5m 已经达到 21.3m，扣除吊钩吊绳防冲顶高度和施工安全高度 外，上层模板的高度不宜超过 4.2m。若分 5 层，每层将达 到 45m，沉箱底层较厚，底层混凝土方量达到 400m3 对施工操作不利。为保证混凝土的振捣质量，沉箱分 6 层预制， 分层高度为底层 1.8m，上层 3.8m。底层混凝土方量 312m3， 上层每层混凝土方量 182m3，每层高度均不大于 4m，施工操作比较理想。由于底层模板与上层标准层模板各投入一套， 底层施工可以不考虑其对施工进度的影响，在生产进度方面 可以满足总体计划要求。3施工工艺流程（图 2）三、模板结构与施工1底模考虑到沉箱是采用气囊升顶出运方法及沉箱自重对底模 的承载力的要求，底胎模采用工字钢和铺砂结构，采用25 工字钢按 1.65m 间距，共布置 17 条，每排工字钢按长 15m 布置，工字钢两侧边用松木板封堵，在工字钢之间填砂，冲 水振冲密实，修平后形成 1526.5m 的底模。在底模上铺图1 二、预制方案的选择随着沉箱重量和高度的不断增加，大型沉箱整体预制的缺 点愈来愈明显，分层预制作为一种全新的预制工艺因其模板重 量小、工程进度快，施工灵活等优点应运而生。根据本工程沉收稿日期：2010-11-05作者简介：陈 舜（1975-），广东湛江人，中国水产广州建港工程公司工程师，从事港口与航道工程施工技术管理工作。236中 国 水 运第 11 卷设 5mm 夹板即可进行钢筋绑扎施工。沉箱出运时将工字钢间填砂掏出运走，放入气囊鼓气顶起沉箱，抽出工字钢即可 进行沉箱的出运工作。在安装底层内模之前，先将预制混凝土立墩校平、校正，确认稳固后整组底层内模吊装到混凝土立墩上，利用螺旋紧 伸器调整内模井口尺寸至内仓格尺寸，安装顶端对拉杆。标准层内模的吊装架是固定在操作平台之上，通过平台的伸缩 杆伸入下层混凝土顶部的预留孔内，起支承吊装架（内模） 的作用，在整组标准层内模吊装到位时，将平台上的伸缩杆插进沉箱壁上的预留孔内，调整底板的位置，底板四边缘至 壁板面间距均为 40mm 时，卸下吊具，利用螺旋紧伸器调整 内模，安装内模间顶端对拉杆，内模的下端靠木楔压迫内模紧贴下层已经浇注好的墙面（搭接高度 100mm）。底层内模、 标准层 内模 安 装到位 后， 各 侧内模 闸板 接 口处的 缝隙为 60mm，利用木楔压迫木板进行封口（接口不设螺栓连接）。（2）外模安装 底层外模安装：底层外模直接安装底模上，先按底板上放出的线安装两侧模板，然后再安装前后趾侧的模板，调整外模上口尺寸，安装内外模间顶端对拉杆，确认上口校正后 固紧外模连接螺栓。26.5m 方向底部固定，把模板桁架与底 胎模25 工字钢进行焊接，限制模板水平方向的移动。13.5m 方向底部固定，原则上同上述方法一样，但由于工字钢与 模板桁架不在同一位置，必须采取辅助措施。具体方法如下: 在预制场砼上钻孔埋 20 钢筋作为模板支撑点，模板通过5槽钢连在支撑点上。在外模上端预留孔处装上圆台螺母，完 成底层外模安装。标准层外模安装：标准层外模的安装，是利用预埋在上层沉箱侧墙内的圆台螺母进行定位和紧固模板下端。先吊装 较长的两侧模板，利用预埋螺母和螺杆两点定位，调正模板， 安装内外模间顶端对拉杆，安装外模下端螺杆，确认模板稳固后卸下吊具，再吊装较短的两侧模板，调整外模上口尺寸 至 24,500mm13,500mm，安装所有内外模间顶端对拉 杆，固紧外模底端和侧端连接螺栓。在外模上端预留孔处装上圆台螺母，完成标准层外模安装。（3）拆卸钢模板 混凝土达到一定强度后，方可拆除模板。模板拆除时，先拆外模后拆内模。拆卸外模时要依先后装后拆顺序进行， 首先安装起吊吊具，再拆卸外模上端对拉杆、下端紧固螺栓 和预埋圆台螺母，确认所起吊模板的全部螺栓已拆除后，将外模吊离沉箱。先将内模四个闸板接口处的木板取下，卸去 支顶内模木楔和上端对拉杆，收紧螺旋紧伸器，将四面内模 拉离墙面 50mm，安装吊具，钢丝绳带劲后退回平台上的伸缩杆，起吊提升整节内模。模板的拆卸与上层绑扎钢筋内外 平台安装交替进行以提高施工效率。四、钢筋施工由于沉箱是分层浇注，钢筋相应的也要采用分段制作、绑 扎的方式来施工。为减少钢筋开料的损耗和施工方便，除了底 板 25 钢筋采用双面电弧焊搭接外和其他钢筋采用绑扎搭 接。搭接处要保证搭接长度符合规范要求，钢筋接头交错分布， 保证同一断面内钢筋接头面积不超过钢筋总面积的 50%。1底层钢筋绑扎底板钢筋直接在底模上绑扎，在底模上划好线，标出钢 筋位置和间距。将加工好的钢筋成品分规格运到现场，人工图2 2模板结构外模板采用竖向桁架与大片组合面板连接，内模采用吊装 架与大片组合面板连接，吊装架由框架、螺旋紧伸器和平台组 成，框架起骨架作用；螺旋紧伸器起吊挂、找正、支顶内模的 作用；每个仓格分四片模板，每片模板由螺旋紧伸器固定在吊 装架上，组成一个整体内芯模板，四片模板之间设活动闸板， 方便内模拆装。第一层模板为 1.8m，内外模各加工 1 套，第 二层至六层为标准层，每层高度为 3.9m，标准层模板与下层 混凝土搭接高度为 10cm，内外模各加工 1 套。模板强度、刚度、稳定性计算及模板构造设计在此不赘 述。内模板水平支撑用每个仓格内独立吊装架受力，内模下 端用木楔支顶，顶在吊装架的下部，压迫内模紧贴墙面（搭 接高度 100mm）固牢，上端利用拉杆与外模联成整体。本 工程模板设计时提高了内模板自身的刚性，通过中、下二道 支顶和上端对拉可以不用在外侧墙内外模之间套 PVC 管穿 拉杆，从而避免了沉箱预制完成后对外侧墙的拉杆孔的堵塞， 排除了拉杆孔这个薄弱环节，杜绝了沉箱安装回填后漏砂的 可能性。总之，合理的模板设计是沉箱预制的关键所在，要 求模板尺寸准确，有足够的刚度和稳定性，并装拆方便。3模板安装底层外模支立于底胎模上，内模的吊架竖立在预制混凝 土立墩上；标准层外模直接支承在下层混凝土顶部的预埋圆 台螺母拉杆上，同时标准层外模也是用圆台螺母拉杆起拉紧 固定作用。外模桁架顶铺设木板，外侧设防护栏杆后可作为 上操作平台，另在外模下侧设下操作平台供装拆外模之用。（1）内模安装：沉箱验收、出 运安装 沉箱养护、标识 第 三 六层按同样方法循环施工浇注第二 层混凝土拆除外施工平台， 安装第二层外模 拆除内施工平台， 安装第二层内模 绑扎第二层墙 身钢筋 混凝土浇注设备就绪 浇注第一层混凝土拆除第一层内 外模板 安装上层 内外钢筋 绑扎施工平台第一层内外模 板安装 模板、施工平台 加工制作 钢筋检验加工制 作第一层钢筋绑扎 场地整平 处理底模制作第1期 陈 舜：浅谈大型沉箱预制技术237将沉箱底板下层钢筋按底板上划出的位置就位并绑扎，绑好后垫上混凝土垫块，放上架立筋加以固定，再布置底板上层 钢筋并进行绑扎。由于底层墙身不高，底层墙身钢筋绑扎毋须采用辅助架。先定出墙身钢筋的准确位置，绑扎标有间距 的竖向和纵向钢筋，并及时绑扎剪刀撑钢筋进行加固，形成 墙身钢筋的轮廓，用吊锤校核垂直度，按轮廓钢筋上的标记严格控制横竖向钢筋间距。2上层钢筋绑扎上层箱体钢筋绑扎采用现场绑扎的施工工艺。当沉箱下层 混凝土浇筑完毕、养护达到一定强度后，拆模安装外施工平台， 在每个沉箱分隔仓内安装钢筋辅助架，每一辅助钢架铺设 2 层施工平台。调直下层外露钢筋，竖向钢筋与下层钢筋搭接绑 扎后临时固定在钢筋辅助架上，穿入水平钢筋进行绑扎，由下 而上逐层绑扎水平钢筋，绑扎过程中随时调正竖向钢筋的间距 和垂直度，按照先内隔墙后外侧墙的顺序，最后绑扎墙身连接 加强钢筋。当预埋圆台螺母、钢盒与钢筋位置有冲突时，适当 移开钢筋位置。上层钢筋验收合格后，交错吊出钢筋辅助架， 安装内模板，最后拆除外施工平台、安装外模板。五、混凝土施工1混凝土浇筑方式混凝土由设在现场的混凝土搅拌站集中搅拌，搅拌站设2 套自动混凝土搅拌设备，其中一套为备用，确保混凝土的 连续供应。按设计配合比配制出来的混凝土由设在搅拌站下 的拖泵水平输送到现场，采用混凝土泵车送入模，插入式振动捧振捣的方式进行浇筑。2混凝土浇筑混凝土浇注分区分层：混凝土在立面上分层以每层高度3050cm 为宜，平面上根据沉箱内仓布置进行分区，沉箱 底板由于其平面尺寸较大，厚度较厚，浇注时采用台阶法推 进，浇注沿 26.5m 方向进行。（1）混凝土下料高度控制: 分层模板高度达 3.8m，超 过规范中的混凝土最大 2m 倾落高度的规定。在混凝土浇注 中，若不采取措施就容易造成混凝土离析。为防止混凝土离析，考虑沉箱壁厚较薄，设溜槽、串筒困难，选用长软管下 到模板内进行浇筑，同时通过掺加适量的粉煤灰来改善混凝 土的和易性。（2）混凝土浇注速度: 底板混凝土浇注分四个台阶进 行，即混凝土台阶推进长度为沉箱总长度的 1/4，其混凝土 需供量为 78m3，以混凝土初凝时间 3h 计算，混凝土供应速度为 26m3/h；考虑到模板及其支撑承受的侧压力的影响， 上层沉箱墙体混凝土浇注速度以每小时浇筑 1 层(每层厚度约50cm)计，其混凝土所需供应速度约为 24m3/h。混凝土搅拌站每小时搅拌量 60m3，实际出料按 40m3 计算；混凝土泵车效率 120m3/h，底层浇注按工效 50%计 算，120m3/h0.5=60m3/h，墙浇注按工效 25%计算，120m3/h 0.25= 30m3/h ，水平输送混 凝土拖泵效率 70m3/h，按工效 50%计算，70m3/h0.5=35m3/h，搅 拌站供应量、施工设备浇注强度均可满足理论要求浇注速度。（3）混凝土振捣：混凝土采用插入式振捣棒捣振，捣振 时应与混凝土浇注分层相应， 振捣方法是垂直插入混凝土，快插慢抽，上下抽动，振捣至混凝土表面出现灰浆，没有明显沉陷，顶面不冒泡为止。插入式振动器的振捣顺序从近模 开始，先外后内，移动间距不大于振捣器有效半径的 1.5 倍，作用半径采用 250300mm。为了保证上下层结合整体，在 振捣第二层混凝土时，振捣器应插入下层混凝土 5cm，当混 凝土筑至顶面时，采用二次振捣及二次抹面，刮去浮浆，确保混凝土的密实度。3混凝土养护构件采用淋水进行养护。混凝土终凝后开始养护，人工 站在内外施工平台上，利用水枪对沉箱内外墙进行喷射养护， 使混凝土经常保持潮湿状态，养护时间不少于 14 天。六、主要问题及解决措施施工缝处理和分层止浆是分层预制沉箱的主要问题。1施工缝处理分层浇注工艺中施工缝处理的好坏关系到上下两层新旧 混凝土黏结的质量，若接缝处理不好易成为构件受力的薄弱 环节和有害物质腐蚀通道，成为影响沉箱结构的使用安全的 隐患，直接影响到沉箱的质量和使用，故施工缝处理成为施 工质量的关键所在，为了使施工缝达到表面粗糙的良好黏结 面目的，采用的措施如下：（1）适当刮掉部份浮浆，由于混凝土中掺有粉煤灰，粉 煤灰比水泥、砂、石都轻，经振捣后容易上浮于混凝土表面形成薄弱面，混凝土浇注到顶面需提高 23cm，待二次振 捣后将浮浆刮掉。（2）采用人工凿毛处理的方法，在已硬化的混凝土表面 上，清除水泥薄膜和松动石子以及软弱混凝土层，做到去掉 乳皮，微露粗砂，表面粗糙。（3）经凿毛处理后的混凝土表面，安装模板前用高压水 冲洗干净；混凝土浇注前将接茬面洒水湿润，但不得有积水。 混凝土施工时，先在分层接缝处浇注一层 23cm 水灰比小于沉箱混凝土水灰比的水泥砂浆，同时加强振捣，确保混凝 土的密实性。采用人工凿毛是比较传统的施工缝处理方法，从本工程实际运用来看效果较好，可以满足保证混凝土接茬面的施工 质量，但也有工人劳动强度大、工效较低的缺点，以后的施 工可以尝试其它方法。2分层止浆分层浇注构件中，模板与已浇筑段接缝采取顺接止浆措 施，是保证分层施工缝良好止浆效果和接缝处外观质量的关 键。采用弹性好的止水胶条作为止浆材料，通过收紧螺栓使模 板压紧止水胶条止浆，同时可以避免分层错缝较大。由于止水 胶条具有良好的弹性，拆模后可恢复原状，可重复多次利用。 具体做法是：在上层内外模板与下层已浇混凝土搭接部 位均设有止浆槽钢，止浆槽钢具有足够的刚度，防止由于混 凝土侧压力过大导致的止浆槽钢的局部变形。将弹性较好的 圆形止水胶条嵌入止浆槽钢槽内，止浆胶原厚度 5cm，突出 模板面 2cm，通过收紧螺栓使模板压紧止水胶条紧贴下层混 凝土，使得止浆槽钢及止浆橡胶条在已浇注混凝土线型不顺 直的情况下也能与混凝土面充分接触，达到密封的止浆效果、接缝整齐顺直。（下转第 239 页）第1期 黄文胜：武汉南太子湖污水处理厂场区回填比选方案239表 3 真空-堆载联合预压法工程量及投资概算一览表（8）堆载：堆土高度 1m，分两次进行，每层厚度 0.5m。每级荷载堆载速率控制要求：沉降速 率 S 沉 不大于10mm/d。（9）堆载高度达到设计高度，并抽真空一定时间后，当沉 降速率为连续 6 天内均沉降速率小于 2mm/d 时，即可停抽真空。采用真空-堆载联合预压法处理面积为 5 万平米，具体见图 1。根据设计单位类似工程的经验，场区土体经真空-堆载 联合预压法处理后，整体沉降约为 1.0m。 项目名称 挖填方量 投资概算 3填方 8 万 m回填素土120 万元（其中完成 4 万 m3）处理面积 5 万 m2 回填土方 5 万 m3 回填砂 3.5 万 m3真空-堆载联合预压1100 万元3构筑物基坑开挖挖方 7.0 万 m140 万元3填方 9.0 万 m场区回填至设计地面135 万元（其中 7 万 m3 为基坑开挖土方）3方案比选表 4 方案比选表地基处理方案影响因素清淤后回填碎石土真空-堆载联合预压可行性可行约 56 个月（采用增加施工机械的方 法可适当缩短周期） 较差中约 1390 万可行施工周期约 56 个月场地环境工后沉降 费用好小约 1490 万图1 真空-堆载联合预压法在武汉市场综合造价约为 200 元/m2 左右，另加素土外运及回填，真空-堆载联合预压法投资概算约为 1,490 万元。工期约5 个月。通过上述比较，两种方案均能满足设计要求，真空-堆载联合预压法费用略高，工期不宜调整，但工后沉降较小，且 处理范围增加了中水建设地块，另对于现有场区继续堆填有一定的缓冲余地。故采用真空-堆载联合预压法作为本场区的 地基处理方案。（上接第 237 页）七、预制工艺特点分析通过粤电惠来电厂一期工程煤码头工程 3,000t 沉箱预 制施工，结合分层预制施工过程的体会，对分层浇注和大片 模板整体预制施工的特点进行比较，以便在将来同类工程施 工改进提高。1模板大片模板要求一次成型，模板投入多，单位用钢量大。 模板维护保养难度大，尤其是外模，堆放不慎或支垫不好时， 将引起板面较大变形，影响沉箱成型尺寸。分层预制施工则 可以避免以上问题，但须解决上层模板安