港珠澳大橋清水混凝土越浪泵房精細化施工工藝

宋奎，呂迪，王柳

（中交三航局第二工程有限公司，上海 200122）

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程東人工島屬于外海孤島，施工難度大，氣候環境復雜，經常受到臺風暴雨的襲擊，對工程質量和進度帶來了很大的挑戰。為保證該工程后期的安全運營，在人工島的南北兩側各設置2座越浪泵房，作為由島內向島外排水的主要設施，具體平面位置如圖1所示。

越浪泵房分為2層，地上一層采用清水混凝土工藝[1-2]，建筑高度為4.85 m，平面尺寸為20.0 m×7.5 m，墻身厚度僅35 cm，且預埋件和預留洞比較多，結構相對復雜，施工時將其作為精細化施工的重點區域，越浪泵房墻身具體結構形式如圖2所示。

2 精細化施工目的

1）針對薄壁結構制定鋼筋、模板、混凝土標準化的施工工藝；

2）確保成品混凝土的質量和美觀；

3）掌握施工工效，確定標準化施工流程，合理安排施工順序。

3 施工工藝

3.1 鋼筋工程

圖1 東人工島清水混凝土越浪泵房平面布置示意圖Fig.1 Plane layout of fair-faced concrete pump house in the east artificial island

圖2 東人工島清水混凝土越浪泵房斷面示意圖Fig.2 Cross-sectional sketch of fair-faced concrete pump house in the east artificial island

越浪泵房墻體寬度35 cm，保護層厚度7 cm，采用雙排雙向的綁扎方式，嚴格控制扎絲頭一直朝內，確保保護層厚度滿足設計要求，其綁扎工藝流程：彈墻體線→清理墊層雜物→綁扎墻體立筋→綁扎墻體水平筋→綁扎拉鉤或支撐筋→安設混凝土墊塊。

本工程混凝土強度為C50，抗震等級為三級，采用的鋼筋基本錨固長度為28d，鋼筋綁扎搭接長度為39d。

3.2 模板工程

越浪泵房門、窗在結構施工時須預留孔洞，本工程主要按設計尺寸預留木盒，木盒四周用限位鋼筋和墊塊固定，在滿足鋼筋保護層厚度的同時，還要確保混凝土澆筑時木盒穩定無位移。

3.2.1 模板拼裝

越浪泵房地上一層為清水混凝土結構，該模板體系[3-4]采用面板與襯板疊拼的方式，緊貼混凝土構件的是高密度均勻性較好的PERI面板，外層是普通的膠合板。內背楞（龍骨）為PERI GT24木工字梁，貼襯板橫向放置，間距不大于300 mm；外背楞為雙拼14號槽鋼，豎向放置，間距不大于1 200 mm，與木工字梁使用專用連接器固定，墻身模板拼裝如圖3所示。

每拼裝完成一塊后需要進行編號，確保安裝順利進行，拼裝流程為：架設模板拼裝平臺→布置鋼梁→布置GT24木工字梁→連接鋼梁與木梁→安放襯板并與木梁固定→安放面板與襯板固定。

3.2.2 模板安裝

模板安裝前先檢查模板清潔度，然后復核內外側控制線，保證龍骨間距符合要求。在新舊結合面處應采用止漿條，確保拼縫止漿效果，保證明縫、禪縫的垂直度及水平交圈。對拉螺栓采用D15拉桿，螺栓套管為內徑20 mm的PVC管，安裝時保證每個孔位都加塑料墊圈，避免螺紋損傷穿墻孔眼。模板安裝平面圖如圖4所示，模板安裝橫斷面圖如圖5所示。

圖3 越浪泵房墻身模板單元拼裝Fig.3 Template unit assembly of pump house wall

圖4 越浪泵房墻身模板安裝平面圖Fig.4 Plane plan of wall formwork installation for pump house

圖5 越浪泵房墻身模板安裝斷面圖Fig.5 Section diagram of pump house wall formwork installation

由于墻體結構屬于薄壁結構，施工高度大，泵管無法插入墻體底部，混凝土澆筑時會污染模板，嚴重影響清水混凝土的質量和美觀。因此，預留木盒上需布置孔洞，在合模前對于鋼筋加密區或泵管無法滿足澆筑高度的情況時，需要插入1根長約4 m的PVC導管，確保混凝土能夠順利下入底部，如圖6所示。

3.2.3 模板受力分析

越浪泵房墻身模板體系與敞開段墻身一致，但本工程墻身高度僅 4.85 m，厚度35 cm，遠小于敞開段墻身，故墻體模板面板、背楞受力均滿足要求，不再進行計算，僅對對拉螺栓進行復核驗算。

混凝土作用于模板的側壓力，根據測定，隨混凝土的澆筑高度增加而增加，當澆筑高度達到某一臨界時，側壓力就不再增加，此時的側壓力即為新澆筑混凝土的最大側壓力。側壓力達到最大值的澆筑高度稱為混凝土的有效壓頭。通過理論和實踐，可按下列二式計算，并取其最小值：

取二者中的較小值，F=69.58 kN/m2作為模板側壓力的標準值，并考慮振動荷載4 kN/m2，則作用于模板的總側壓力設計值：

墻身對拉螺栓采用D15螺桿，取最不利間距：縱向為1 150 mm，橫向間距為1 500 mm。

對拉螺栓的拉力：

對拉螺栓所承受的拉力設計值：

N=A[f]=0.2×600×4=480＞FL=127 kN，故滿足要求。

3.3 混凝土工程

3.3.1 混凝土配合比控制

越浪泵房墻身采用強度等級為C50的清水混凝土，在攪拌前測定中砂含水率為4.6%，大小石子含水率為0.3%，根據原材料狀態及天氣情況適當上調外加劑摻量，經過試拌最終的實際配合比如表1所示。

表1 越浪泵房C50清水混凝土實際配合比Table 1 Actual mix ratio of C50 fair-faced concrete

為了確保混凝土供應及時，澆筑使用1臺攪拌機攪拌混凝土，1臺泵車泵送澆筑，2輛罐車運輸，充分考慮每層澆筑厚度和意外出現的情況，每車運輸量為4 m3。

澆筑期間環境溫度在14～16℃之間，各原材料的溫度如表2所示。

表2 原材料溫度Table 2 Temperature of raw materials

新拌混凝土出機溫度在15.3～16.8℃之間，入模時溫度在16.6～19.2℃之間，如表3所示。

表3 環境溫度和新拌混凝土溫度Table 3 Ambient temperature and temperature of fresh concrete

考慮到越浪泵房墻體寬度較小、鋼筋密集的情況，在現場設置坍落度測試點，確保入模混凝土符合規范要求外，將新拌混凝土的坍落度擴展到400 mm。

3.3.2 混凝土下料工藝

越浪泵房墻體屬于薄壁結構，單層澆筑高度無法滿足規范的要求，通過多次方案討論與技術交流，最終確定預留澆筑孔洞和導管下料的施工方案。

首先根據結構的平面尺寸按照圖7布置下料點，將導管從下料點處插入模板內的鋼筋骨架中，并伸入距離澆筑最低面小于100 cm的位置；澆筑混凝土采用分層下料方式，每層高度約50～60 cm，下料高度小于100 cm。當一處下料點的分層高度達到要求之后，提起導管并移動至下一處下料點，移動過程中用吊桶接住導管下端口，以免混凝土濺出污染模板，每層的方量約為9 m3，澆筑時間約60 min。

圖7 下料點平面布置示意圖Fig.7 Schematic layout of discharge points

3.3.3 振搗和養護工藝

混凝土澆筑過程嚴格采用棒頭直徑為50 mm的高頻振搗棒，在無法插入時可采用棒頭直徑為30 mm的高頻振搗棒。振搗點設置在墻體中心位置，相鄰振搗點間的距離控制在50 cm左右，每振搗一層時，振搗棒需向下插入前一層約10 cm的位置，并留振15 s左右，再以1～2 cm/s的速率向上緩緩拔出。在混凝土澆筑振搗完成1 h后，開始頂部二次振搗，振搗深度約為1 m，間距為50 cm，如圖8所示；然后進行收面，確保頂面的平整度；最后覆蓋土工布+油布養護，并防止流水對頂面的影響。

圖8 振搗點示意圖Fig.8 Vibration tamping point diagram

由于墻體中預留有許多大尺寸木盒，該區域下方的混凝土較難澆筑和振搗，因此可以通過在預埋木盒中預留的通道進行振搗密實，確保外觀質量滿足設計要求。

3.3.4 溫度監測

由于越浪泵房墻體屬于薄壁結構，溫度下降過快極易導致結構體開裂，因此在模板安裝前需要放入溫度檢測設備，嚴格控制拆模時間，養護期間結構體的溫度走勢如圖9所示。

圖9 越浪泵房局部溫度監測Fig.9 Local temperature monitoring of pump house

由圖9可知，在澆筑后的前30 h內混凝土溫度上升較快，接近40～45 h時達到了最高峰，約為56℃，并且整個墻體溫度相差不大。墻體模板拆除之前（45～65 h），混凝土溫度以0.3℃/h的平均速率下降；墻體拆模之后（65 h以后），在外界溫度與風力影響下，通過監測的數據得出混凝土溫度以0.95℃/h的平均速率下降，直到與外界溫度相同。在施工中，由于下降速率較快，可能會致使在混凝土表面出現細微的溫度裂縫。

通過本次精細化施工，確定了最佳的拆模時間（72～96 h）和養護方式。嚴格控制混凝土溫度下降的速率，確保外界溫度與混凝土內部溫度相近時拆模，過早容易導致開裂，過遲會影響清水混凝土的美觀。清水模板拆除之后，應迅速進行養護，先后覆蓋塑料布和土工布，用于防雨、保濕及保溫，土工布的厚度應根據外界溫度的情況而定。

4 精細化施工結論及技術改進措施

在越浪泵房清水結構的精細化施工完成后，經過不斷地探討和分析，針對施工過程中存在的具有代表性的問題進行總結和改進。

1）綁扎洞口處的鋼筋時，在洞口四角處綁扎45°斜筋，防止由于洞口處應力集中而產生的裂縫。鋼筋綁扎完成后，若表面存在銹蝕，要先徹底的清除干凈，并及時安裝模板。

2）在模板拼裝和安裝的過程中，加強對預埋管和預留盒子的保護工作，進一步規范止漿條的安裝，嚴格按照清水規程進行擠縫處理。模板切割處的防水漆需提前涂刷，要保證防水漆的稠度和涂刷的均勻性，避免防水漆涂刷或滴落在模板表面上。

3）混凝土澆筑前，應準備好預留孔洞的封堵材料，澆筑振搗完成后讓由經驗豐富的木工及時封堵。在預留洞口澆筑混凝土時，要嚴格控制分層，加強振搗時間和振搗頻率，確保混凝土與外界有足夠的通道，使氣泡完全排除。

4）模板拆除時間應根據墻體自身和外界的溫度情況而定，確保外界溫度和混凝土內部溫度相差不大時方可拆除，并在拆模之后迅速覆蓋油布和土工布保溫保濕。當外界溫度太低時，應使用較厚的工程棉被包裹覆蓋。

5）由于越浪泵房墻體較薄，鋼筋綁扎時要嚴格控制間距，合理布置下料點，進一步優化預留施工通道，使施工器具能夠自由伸入鋼筋骨架中。使用2臺泵車同時澆筑，減少每層的澆筑時間，防止產生冷縫。混凝土澆筑過程中，移動導管時須封堵端口，防止混凝土濺至模板影響外觀質量。

通過本次精細化施工，確定了東人工島附屬建筑越浪泵房清水混凝土工程的施工控制參數；使施工人員對施工方法、操作要點、施工現場的部署及施工中的難點都有了比較全面的掌握；對存在的問題進行了調整和改正，優化了施工工藝，證明了總體施工工藝合理，達到了精細化施工目的，對后續清水混凝土在薄壁結構中的應用起到較大的指導意義。改進后的成品效果圖如圖10所示。

圖10 改進工藝后的成品效果Fig.10 The finished product effect diagram after the improved process