鋼底模在沉箱預(yù)制中的應(yīng)用

唐承源

（交通運(yùn)輸部南海航海保障中心北海航標(biāo)處，廣西 北海 536000）

鋼底模在沉箱預(yù)制中的應(yīng)用

唐承源

（交通運(yùn)輸部南海航海保障中心北海航標(biāo)處，廣西 北海 536000）

重力式碼頭沉箱預(yù)制施工工藝中所采用的底模結(jié)構(gòu)多種多樣，有砂底模、鋼底模、混凝土底模等，一般需要根據(jù)沉箱的尺寸、重量、預(yù)制場地等因素決定沉箱預(yù)制采用何種底模。筆者根據(jù)自身的施工經(jīng)驗，對砂底模以及鋼底模做簡單比較，并主要對鋼底模的施工方法、注意事項及受力變形等方面進(jìn)行簡述。

沉箱預(yù)制；鋼底模；施工工藝

1 概述

重力式碼頭沉箱預(yù)制施工工藝中所采用的底胎模結(jié)構(gòu)多種多樣，有砂底模、鋼底模、混凝土底模等，由于節(jié)約成本，廣西沿海地區(qū)的沉箱采用氣囊出運(yùn)工藝時，預(yù)制底胎模多采用砂底模，近來由于文明施工要求，沉箱預(yù)制鋼底模也開始被使用。本節(jié)主要介紹砂底模與鋼底模的施工流程，并對兩種底模結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析對比。

1.1 砂底模簡介

砂底模是沉箱預(yù)制工藝中較為常見的一種底模結(jié)構(gòu)，其施工取材容易，適應(yīng)性較廣。砂底模鋪設(shè)工藝流程：工字鋼鋪設(shè)→工字鋼間回填砂→回填砂沖水振沖密實整平→鋪設(shè)2cm厚膠合板。

圖1 砂底模斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 鋼底模簡介

鋼底模共有兩個部分組成，一是工字鋼作為底模骨架，這點(diǎn)與砂底模相同；二是采用鋼模板作為面板，直接架設(shè)在工字鋼上。鋼底模的鋪設(shè)工藝流程：工字鋼鋪設(shè)→鋼模板鋪設(shè)，與砂底模相比較節(jié)省了回填振沖砂的流程。

圖2 鋼底模斷面結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 對比分析

對比以上兩種底模工藝，分析其優(yōu)缺點(diǎn)如下表：

表1 砂底模與鋼底模對比表

根據(jù)上表可知，在沉箱數(shù)量多，鋼底模周轉(zhuǎn)方便的情況下，其使用效果要高于砂底模。鑒于鋼底模的優(yōu)勢，以下對鋼底模工藝做詳細(xì)介紹。

2 鋼底模施工工藝

2.1 鋼底模的布置及抽取

以廣西北海一個碼頭水工工程中鋼底模的應(yīng)用為例，其沉箱底面尺寸為19.65m×16.95m，鋼底模的平面布置圖如下（標(biāo)注單位為米）：

根據(jù)圖3可知，鋼模板的尺寸分為三種：1#鋼模板2m×3m，2#鋼模板0.6m×4m，3#鋼模板2m×1.85m。其中1#鋼模板42塊，2#鋼模板30塊，均為通用尺寸，對該工程以外其他尺寸的沉箱同樣適用，3#鋼模板有7塊，是專門針對該工程沉箱尺寸所制作的補(bǔ)平鋼模板。

抽取鋼底模流程：在1#、3#鋼模板下擺放氣囊→頂升沉箱→抽取兩邊的1#、3#鋼模板→抽取工字鋼及2#鋼模板→擺放支墊枕木→氣囊放氣→抽取氣囊及剩余的1#、3#鋼模板。

圖3 鋼底模平面布置圖

2.2 鋼模板的結(jié)構(gòu)形式

鋼模板采用[6.3槽鋼作為加強(qiáng)肋，6mm鋼板作為面板制作而成，以1#鋼模板為例，其結(jié)構(gòu)形式見圖4。

圖4 1#鋼模板斷面圖

根據(jù)上圖可知，1#鋼模板有上下兩塊鋼板，正面的鋼板是作為整個底模面板，背面1.5m寬鋼板主要作用是保證氣囊頂升時不被鋼模板的加強(qiáng)肋刮傷，且氣囊能夠受力均勻。

1#鋼模板的加強(qiáng)肋有橫向及縱向兩種，橫向肋布置間距0.3m，2m長方向單條通長布置。縱向肋布置間距0.5m，外邊兩條3m長方向單條通長布置，中間的三條在橫向肋之間布置，采用塞焊的形式。

2#、3#鋼模板的結(jié)構(gòu)形式與1#鋼模板基本相同，只需根據(jù)尺寸的不同略作調(diào)整，2#鋼模板作為枕木支墊位置，不需要擺放氣囊頂升，因此其背面不需設(shè)鋼板。

2.3 注意事項

（1）1#、3#鋼模板不應(yīng)超出沉箱底板過長，防止氣囊頂升沉箱時造成邊角上翹變形。

（2）1#、3#鋼模板底面要設(shè)有鋼板，以保證氣囊頂升時能夠受力均勻，且保護(hù)氣囊不被損壞。

（3）2#鋼模板可采用鋼絲繩連接為整體，方便氣囊頂升沉箱后進(jìn)行抽取。

（4）1#與2#鋼模板之間要留有4mm左右的空隙，防止頂升時2#鋼模板被1#鋼模板夾住造成抽取困難。

（5）鋼模板的布置要考慮頂升沉箱時可擺放的氣囊數(shù)量，在氣囊額定工作壓強(qiáng)范圍內(nèi)能否頂升沉箱。

（6）為保證鋼模板的平整度，其疊放不宜過高，且應(yīng)支墊均勻。

2.4 鋼模板受力計算

因沉箱采取分層澆筑，鋼模板的變形只在澆筑沉箱底板時產(chǎn)生，將混凝土作用在鋼模板上的重力看作均勻面荷載，則單條橫向肋承受0.3m寬度范圍內(nèi)的面荷載，沉箱底板澆筑高度為0.65m，因此單條橫向肋承受的均布荷載：

鋼模板的橫向肋受力模型可簡化為承受豎向均布荷載的簡支梁，其受力示意圖如下：

圖6 鋼模板橫向肋受力示意圖

簡支梁的最大應(yīng)力及變形發(fā)生在跨中處，根據(jù)材料力學(xué)的彎曲梁橫截面最大應(yīng)力計算公式：

I為梁截面慣性矩，[6.3的取值為5.12×10-7m4；

ymax為截面邊界到截面中性軸最長距離，[6.3的取值為0.0315m。

將上述數(shù)據(jù)代入公式①可得σmax=150MPa＜[σ]=170MPa。

跨中撓度計算公式

式中：E為鋼材的彈性模量，取2.06×108kN/㎡；I為梁截面慣性矩，[6.3的取值為5.12×10-7m4；l為梁跨度，取2m。

將上述數(shù)據(jù)代入公式②可得ω=9mm。

根據(jù)上述受力分析可知，鋼模板的剛度及變形均在允許范圍內(nèi)，滿足施工需要。

3 結(jié)束語

鋼底模的使用大大提高了預(yù)制沉箱的效率，其鋪設(shè)及抽取施工方便，需用勞動力少，占用場地面積小，能夠保證場地的使用率及文明施工管理，符合日益趨于機(jī)械化施工的現(xiàn)代化發(fā)展需要。

[1]范欽珊,殷雅俊.材料力學(xué)-第2版[M].清華大學(xué)出版社,2008.

[2]龍馭球,包世華,袁駟.結(jié)構(gòu)力學(xué).1,基本教程[M].高等教育出版社,2012.

U443.13

A

1006—7973（2017）12-0054-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.020