水運(yùn)工程大型沉箱施工模板設(shè)計(jì)實(shí)例分析

王謙+袁妮妮

摘 要：眾所周知，要想使沉箱預(yù)制的質(zhì)量得到保證，最重要的一個(gè)前提就是制作沉箱模板，下面該篇文章主要與具體的實(shí)例相結(jié)合，進(jìn)而詳細(xì)描述了沉箱預(yù)制環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)模板的過(guò)程，并對(duì)其中存在的問(wèn)題展開了相應(yīng)的探究和處理。

關(guān)鍵詞：大型沉箱模板；施工技術(shù)；探究

中圖分類號(hào)：U655 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2018）3-0061-02

在現(xiàn)代社會(huì)下，港口建設(shè)可謂是發(fā)展得越來(lái)越迅速，由于深水泊位的相繼出現(xiàn)致使沉箱預(yù)制發(fā)展更加地大型化和重型化，而分層預(yù)制是相對(duì)來(lái)說(shuō)比較新鮮的一種預(yù)制工藝，其具備的特點(diǎn)有模型的重量偏小、施工起來(lái)簡(jiǎn)單方便、工程進(jìn)展較快等，下面主要針對(duì)沉箱模板的設(shè)計(jì)和參數(shù)、模板構(gòu)造的設(shè)計(jì)計(jì)算以及其中存在的不足之處展開了簡(jiǎn)要的分析。

1 工程情況和工藝的選擇

1.1 工程情況

首先以羅嶼9號(hào)跟10號(hào)泊位為例，這兩個(gè)地方的工程結(jié)構(gòu)都屬于重力式的沉箱結(jié)構(gòu)，其中9號(hào)泊位建設(shè)的是25萬(wàn)噸級(jí)鐵礦石接卸碼頭1座，并以30萬(wàn)噸級(jí)船舶的水工結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而10號(hào)泊位則建設(shè)的是10萬(wàn)噸級(jí)散貨碼頭1座，且以15萬(wàn)噸級(jí)船舶的水工結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這項(xiàng)項(xiàng)目當(dāng)中所含有的沉箱一共分為三種型號(hào)，分別是甲型、乙型和甲1型，甲1型和甲型的沉箱在構(gòu)造上基本一致，設(shè)計(jì)模板時(shí)通常圍繞甲型和乙型來(lái)進(jìn)行衡量與考慮，沉箱的尺寸大小規(guī)格劃分依次是：當(dāng)甲型和甲1型的數(shù)量達(dá)到28件時(shí)，其沉箱規(guī)格是18.08*21.4*25.9，隔艙凈寬為4.10，凈長(zhǎng)為4.35，沉箱的重量是4643t；而乙型的數(shù)量為18件時(shí)，沉箱規(guī)格是17.86*16.8*21.1，隔艙凈寬為4.1，凈長(zhǎng)為4.35，沉箱重量是2860t。

1.2 工藝的選擇

沉箱預(yù)計(jì)選擇分層方式進(jìn)行預(yù)制，每個(gè)型號(hào)的沉箱在分層高度上都存在一定的差異，具體情況如下：當(dāng)甲型和甲1型的高度達(dá)25.9時(shí)，其分層數(shù)為6，底部高度為2.4，標(biāo)準(zhǔn)層高度是4.7，標(biāo)準(zhǔn)層的層數(shù)則是5；而乙型的高度達(dá)21.1時(shí)，其分層數(shù)是5，底部高度是2.3，標(biāo)準(zhǔn)層的高度是4.7，標(biāo)準(zhǔn)層的層數(shù)是4。從實(shí)際施工情況和分層的高度入手進(jìn)行分析，為方便在施工環(huán)節(jié)內(nèi)順利拆裝模板并有效控制模板的拼縫，使沉箱表面上的質(zhì)量得到一定的保證，通常情況下沉箱模板所采取的都是將大型鋼板當(dāng)做版面，并把鋼桁架和鋼圍令當(dāng)做模板的骨架，從外模進(jìn)行拼裝，芯模整體上進(jìn)行吊裝。

2 設(shè)計(jì)模板的結(jié)構(gòu)

2.1 相關(guān)規(guī)范

（1）《建筑施工模板跟安全技術(shù)規(guī)范》；

（2）《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》。

2.2 參照的手冊(cè)

（1）《模板工程現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)用手冊(cè)》；

（2）《建筑工程模板的施工手冊(cè)》。

2.3 設(shè)計(jì)模板結(jié)構(gòu)

2.3.1 模板的構(gòu)造

模板的結(jié)構(gòu)選擇型鋼作為骨架，通過(guò)焊接形成鋼桁架立柱，橫向方面依然將桁架當(dāng)做圍囹采用大型模板工藝，分節(jié)制作外模板，大多數(shù)情況下每一件的重量最好控制在10噸，這樣做的目的是方便進(jìn)行模板吊裝。

2.3.2 起重設(shè)備

選擇2臺(tái)300t-m的塔吊。

2.3.3 模板材料的選擇跟參數(shù)情況

首先，是模板的材料與布置。面板要選擇Q345b的鋼板，厚度要在5mm，其余材料都選擇Q235b的鋼材。橫肋材料選擇8槽鋼，最大的間距設(shè)置為480mm。豎向小肋的材料選擇-6×55的扁鋼，最大間距要設(shè)定成600mm。斜撐材料選擇L63×40×5，腹桿材料選擇8槽鋼，其間距掌握在460mm。豎向圍囹桁架選擇8槽鋼，間距設(shè)置在1500mm。至于模板的上端要選擇M30對(duì)穿螺栓，它們之間的距離跟桁架的間距相同。底部的模板則選擇底扒頂撐模板，封頂方位的模板下面選擇M30螺栓，并用預(yù)埋于沉箱里的圓臺(tái)螺母加以固定。

其次，是砼澆注的參數(shù)。砼澆注工藝：將坍落度掌控在160mm到180mm之間，選擇軟管直接入倉(cāng)，現(xiàn)場(chǎng)拌和站根據(jù)一小時(shí)四十五立方米的供砼能力進(jìn)行計(jì)算：Vmax=45/60.16=0.75m（其中60.16m3是1m的混凝土方量），澆筑的速度根據(jù)一小時(shí)上升0.75m砼來(lái)計(jì)算，并將振搗棒插入其中進(jìn)行搗實(shí)。

3 設(shè)計(jì)模板的主要構(gòu)造及相關(guān)計(jì)算

由于乙型沉箱的箱格大小跟甲型和甲1型沉箱都是一樣的，所以乙型沉箱的模板等甲型跟甲1型沉箱預(yù)制結(jié)束以后以甲型模板為準(zhǔn)稍微進(jìn)行調(diào)整就可以，所以關(guān)于乙型沉箱構(gòu)造就不做詳細(xì)的計(jì)算。另外甲型沉箱其底端模板的高度比標(biāo)準(zhǔn)層要小，而且橫肋和桁架之間的距離也比較相似，所以下面所有的計(jì)算都以甲型沉箱標(biāo)準(zhǔn)層的模板為準(zhǔn)進(jìn)行。

3.1 驗(yàn)算模板的側(cè)壓力

首先，根據(jù)《建筑規(guī)范》里提到的有關(guān)條例進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)取較小的值進(jìn)行：

γc是混凝土的重力密度；t0是新澆筑混凝土初凝的時(shí)間；β1是外加劑影響修正系數(shù)，有緩凝作用的外加劑我們選取1.2，沒有的話則選取1.0；β2是混凝土坍落度的影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30時(shí)，我們選取0.85，當(dāng)坍落度在50到90之間時(shí)，我們選擇1.0，當(dāng)坍落度保持在110到150之間時(shí)，我們選取1.15；V代表的是砼澆注的速度，我們這里選擇0.75m/h；H代表的是測(cè)壓力的影響高度。

其次，根據(jù)《水運(yùn)施工規(guī)范》，我們選擇插入式振搗器，計(jì)算混凝土模板的測(cè)壓力方式是；其中，Kt代表的是溫度校正系數(shù)，其具體取值情況如表1所示。

V代表的是砼澆注的速度，這里我們選取0.75m/s；Ks代表的是外加劑波動(dòng)的修正系數(shù)，當(dāng)坍落度大于80的時(shí)候，我們選取2.0，當(dāng)坍落度小于60的時(shí)候，我們選取1.0，由此可知，我們這里應(yīng)該選取2.0。

振搗混凝土對(duì)垂直型模板造成的荷載Pmax2=4KN/m2；

傾倒混凝土造成的水平動(dòng)力荷載為Pmax3=2KN/M2；

所以，混凝土的側(cè)壓力是Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43KN/m2；

最后，新澆混凝土其側(cè)壓力的標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)該選擇0.043N/mm2。

3.2 驗(yàn)算

鋼抗拉許用強(qiáng)度為215N/mm2；彈性模量E為2.06×105N/mm2。

（1）計(jì)算鋼面板：選擇面板區(qū)格內(nèi)一面筒支、三面嵌固最不利于受力的情況下進(jìn)行計(jì)算。Lx/Ly=355/480=0.74，經(jīng)過(guò)查表可知，Kmxo是-0.075，Kmyo是-0.057，撓度系統(tǒng)KW是0.00219。選1mm的寬版作為計(jì)算單元，按照《水運(yùn)施工規(guī)范》內(nèi)的分項(xiàng)系數(shù)，我們可將計(jì)算模板側(cè)壓力值設(shè)計(jì)為：

其中，Max是板面最大計(jì)算彎矩的設(shè)計(jì)值，γx是截面的塑性發(fā)展系數(shù)，Wx是彎矩平面中凈截面的抵抗矩，?max是版面的最大正應(yīng)力。

（2）驗(yàn)算撓度：

其中F代表的是新澆混凝土側(cè)壓力的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，B0代表的是板剛度，；其中E是鋼材彈性模量，h是鋼板的厚度；V是鋼板泊松系數(shù)，K1是撓度計(jì)算系數(shù)，不同的板面其承載力各不相同；而Vmax代表的是最大撓度。

3.3 計(jì)算橫肋

橫肋主要指的是一個(gè)連續(xù)梁，通常被支撐于豎向主梁上。首先是荷載：Q=F*h在該項(xiàng)公式中，F(xiàn)代表的是模板面?zhèn)葔毫Γ谟?jì)算強(qiáng)度的時(shí)候，它的取值會(huì)是傾倒混凝土的承載設(shè)計(jì)值跟側(cè)壓力設(shè)計(jì)值的總和；在計(jì)算剛度的時(shí)候，它會(huì)取新澆注混凝土側(cè)壓力的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，h代表的是橫肋跟橫肋之間的間距，通常用毫米來(lái)表示。那么本文中的Q=0.053*480=25.44N/mm。

總而言之，通過(guò)上述方案可成功將沉箱安裝完畢，這表明該套模板在選擇材料上和設(shè)計(jì)構(gòu)造上均為材料周轉(zhuǎn)和預(yù)制進(jìn)程大大節(jié)省了成本，而且還使質(zhì)量得到了一定的保障，由此可見本文提到的施工方式是有效的，可是沉箱的高度是25.9m，隱含著很大的安全問(wèn)題，只有將推拉盒推拉徹底，才會(huì)確保足夠安全，對(duì)與之相似的工程來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)值得參考和借鑒的問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳希.大型沉箱模板的施工技術(shù)研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（18）：26-28.

[2] 陳舜.淺談大型沉箱預(yù)制技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月刊），2011，11（01）：235-237+239.