沉箱預制工藝在超大型沉箱施工中的優化

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構形式，沉箱是重力式碼頭主體最為常見的結構形式之一。近年來，由于水運市場船舶向大型化發展的需求，重力式碼頭建設向大型、深水化發展的速度越來越快，且建設工期要求緊迫。在此發展的背景下，超大型沉箱脫穎而出，且應用越來越廣泛。本文主要介紹，在預制超大型沉箱過程中較傳統的沉箱預制工藝的改進，為超大型沉箱預制施工及類似超大型結構物的預制提供借鑒。

關鍵詞：超大型沉箱 預制工藝 優化

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

目前沉箱預制工藝比較成熟，超大型沉箱的預制延用傳統成熟預制工藝，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。對傳統的沉箱預制工藝進行優化改進，解決超大型沉箱預制過程中的各種問題，從而保證施工的安全、提高質量、縮短工期，節約成本。

1 工程簡介

煙臺港西港區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（含順岸轉水碼頭預留段）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實際情況做出相應的工藝上的優化改進來保證沉箱預制的安全、質量和進度。

2 工藝優化

2.1 分層高度優化

常規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，沉箱設計高度達28m。傳統的沉箱預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個預制周期可完成一個完整的沉箱。分層過多，預制周期長，總工期保障率低。

為提高整體施工效率，加快沉箱預制進度，將分層高度提高到5m。即沉箱分層設置為底層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，工程進度大大提高，施工成本也有所降低。

2.2 模板設計優化

由于沉箱預制的分層高度加大，相應的模板重量也隨之加重，且受起重設備最大起重能力的限制，模板重量又不能無限制增加，相應的模板剛度相對降低。為保證模板施工的安全和質量，對模板的內外模進行優化。

2.2.1 內模板優化

（1）底層內模板優化。

傳統的底層模板為底大盤整體吊裝結構，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片模板的整體穩固性，同時還可通過對拉螺栓方便有效的調節內模整體幾何尺寸。

（2）上層內模板優化。

該項目預制場配備的塔吊為16t級，取75%的安全系數，上層內模板設計重量達到12t，4m高的模板重量約為10t，調整后的模板重量增加了20%。傳統的上層內模是吊裝平臺整體芯模結構，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整，支撐點的壓強隨之加大。

為提高整個芯模的安全性能，將底部支撐梁設計在整個吊裝平臺的下部，形成平臺托梁結構，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，相應的插腿數量由4個曾至6個，安全系數提高了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壓力產生的變形，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節更加便利。

2.2.2 外模板優化

（1）底層外模板優化。

優化前底層外模板底部止漿結構為2cm×2cm鋼倒角貼5mm泡面止漿條結構，止漿條的寬度僅有2cm，由于預制臺座的地坪平整度不平，導致的漏漿現象普遍。

為減少漏漿點，采用加大止漿條與地面的接觸面積的方式，特質梯形斷面橡膠止漿條，止漿條的厚度加至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。不但可以提高止漿效果，還可以有效的避免模板拆除造成的底部混凝土碰損現象。

（2）上層外模板優化。

①優化上層外模板止漿結構。

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

②優化上層外模板中縫結構。

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構，其模板必須按照規定次序進行支拆。模板數量增大后，如還采用此結構，支拆順序受限制，支拆的整體周期加長。經優化，將原先的陰陽榫結構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。此結構簡單易操作，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 陸上出運優化endprint

傳統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，安全風險高。

本工程沉箱重達8700t，重量之大，堪稱國內陸上大批量生產的超大型沉箱之最。為提高沉箱出運的工作效率，降低安全風險，公司自主研發了“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、膠囊注水系統、液壓頂推系統組成。膠囊置于臺車內部，頂推千斤頂至于臺車后部，頂升與運移設施集合為一體，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，采用水介質注入膠囊內頂升沉箱，取代傳統的液壓千斤頂；利用水平千斤頂頂推自動夾軌裝置推動沉箱前移，取代了卷揚機牽引系統。該工藝的優化，大大降低了人員和設備的投入，自動化程度高，施工效率高，安全可靠，節能環保。

3 實施效果

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

通過采用大分層模板進行沉箱施工，減小沉箱預制周期，在優化后的理論預制周期的基礎上，進一步通過優化現場的施工組織協調，A型沉箱單層預制時間實際平均為5d，分6層預制，單個沉箱預制周期為30d。按期順利完成了全部預制任務。通過大分層沉箱施工，A型沉箱分層鋼筋搭接每個沉箱節約3t，共計節約鋼筋近60t，直接經濟效益20余萬元。通過外模板的工藝改進，沉箱底部漏漿爛根、水平及豎向錯牙過大、接縫漏漿錯臺等質量通病得以治理，沉箱外觀質量大大提高。通過內模板的工藝改進，起重及高空作業安全效果顯著，模板變形損壞率降低，模板總周轉周期加長，模板維修費用節省約7萬元。采用高壓注水膠囊頂升和運移大型沉箱工藝達到國際領先水平，大大提升了企業的核心競爭力，為獲得更大的經營市場、創造更大的經濟效益奠定了基礎。

4 結語

沉箱預制工藝在超大型沉箱施工中的一系列工藝優化改進，更加保障了超大型沉箱施工的安全、質量、進度、效益，對同類構件的預制施工工藝優化起到了很好的示范作用，進一步推動了重力式碼頭施工向專業化、大型化、高速化發展的趨勢。

參考文獻

[1] 交通部第一航務工程局.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1994.

[2] JTS 257-2008，水運工程質量檢驗標準[S].

[3] JTJ 268-96，水運工程混凝土施工規范[S].endprint