帶腔體胸墻一體式模板設計及施工技術

黃江 中交四航局第三工程有限公司

在實際施工過程中，介紹帶腔體胸墻一體式施工工藝，并針對該工程獨特的結構制定了相應的技術措施，取得了較好的施工質量，為類似的工程提供了可借鑒的施工經驗。本文結合尼日利亞萊基深水港項目碼頭工程項目中的施工技術，對其進行深入的研究分析，優化出帶腔體大體積胸墻施工技術，意在提高胸墻的施工效率及施工質量。

1.工程概況

本文以尼日利亞萊基深水港項目碼頭建設工程項目作為研究案例，該項目中涵蓋有2個泊位、1個碼頭及導航工程；其中，碼頭工程主要是設計樁基礎施工、拉桿施工、錨墻施工、胸墻現澆。

碼頭泊位總長度為680m，集裝箱泊位與MOF（MOF是一個封閉元模型結構，它定義描述自身的M3模型）泊位部位的胸墻總計涵蓋9段，胸墻部分的總長度設計為789.91m，胸墻的寬度設計為5.75m，胸墻的底部標高為+2.50m，胸墻的頂部標高設計為+5.45m，胸墻的厚度設計為2.95m。胸墻的頂部不需要額外地設置磨耗層。每段胸墻之間需要設置結構縫。

2.模板設計

為了有效強化胸墻部位的混凝土澆筑施工質量，盡可能減少結構縫的數量，設計出帶腔體胸墻一體式鋼模板，使用這種模板進行施工，可以有效地減少混凝土分層澆筑的層數，由原本的三層澆筑方式優化為兩層澆筑方式，其中，墻體部位一次澆筑成型，面層一次澆筑成型。這種施工方式可以有效地提高施工效率，縮短施工工期，提升胸墻的施工質量，增強墻體結構的耐久性。

一體式模板的結構組成主要包括：外側模板、內側模板、對拉螺桿、頂拉螺桿、面層模板、底部模板等。

（1）荷載統計。新澆筑的混凝土對模板造成的側向壓力為：

F1=0.28γct0βV0.5＝0.28×24×4×1×20.5=38.014kN/m2；F2=γcH＝24×2450/1000=58.8kN/m2；標準值G4k＝min[F1,F2]＝38.014kN/m2；S＝Y0（1.35αG4k+1.4ΨcjQ2k）則：S=1×(1.35×0.9×38.014+1.4×0.9×2)=48.707kN/m2；正常情況下，模板受到的極限設計值為Sk＝G4k＝38.014kN/m2。

F1、F2為新澆混凝土對模板產生的最大側壓力；γc為混凝土重力密度，kN·m-3；β為混凝土坍落度影響修正系數；S為正常使用極限狀態設計值；Y0為結構重要性系數；Ψcj為可變荷載組合系數；Q2k為混凝土下料產生的水平荷載，kN·m-2；k為抗傾倒系數；H為混凝土墻計算高度，mm；α為模板及支架的類型系數；t0為混凝土初凝時間，h；V為混凝土澆筑速度，m/h。

（2）鋼面板驗算。在計算面板時應該結合現場的實際施工情況進行確定，因大鋼模通常都是將豎肋作為主要受力肋，橫向肋僅僅向模板提供剛度支撐，加之，橫向肋的數量比較少，可以按照《建筑施工手冊》中推薦的方法進行計算。跨距與豎肋的間距相等，也就是取b=1m。那么W＝bh2/6=1000×62/6=6000mm3，I＝bh3/12=1000×63/12=18000mm4；h是指面板的厚度。

3.施工技術

3.1 澆筑分段布置

該項目中的胸墻總計有9段，每段胸墻的長度保持在39.6～109.02m。為確保施工可行性，施工單位在綜合胸墻的結構特點、結構段的長度、混凝土的澆筑方量、模板的長度等情況以后，選擇采用分段澆筑方式進行施工。單次澆筑的長度大概為30m，最長澆筑長度為31.2m。

3.2 基坑開挖

該項目中的樁芯澆筑過程中，直接在開挖的基礎上設置作業面，通過精準的計算，胸墻開挖的底部寬度為5.25m，開挖的底部標高控制在+2.3m，邊坡設置為1∶1。見圖1。

圖1 基坑開挖圖

圖2 胸墻模板側視圖

3.3 混凝土墊層施工

當基坑開挖作業完成以后，使用抽砂泵完成降水。在基坑內測量放線出胸墻的邊線與軸線，然后開始澆筑混凝土墊層[1]。混凝土墊層的頂部標高應為+2.5m，墊層的寬度應寬于胸墻寬度0.40m，也就是6.1m，寬出胸墻部分用來安裝模板，因開挖以后發現地質為砂質土，地基承載能力較為薄弱，所以本文建議墊層采用20cm厚的C20商品混凝土[2]。

3.4 模板制作與安裝

①模板構件的技術參數。嚴格按照設計圖紙要求，該項目中的胸墻結構相對比較復雜，需要提前預埋部分預埋件。由于胸墻中設計有管溝，無法一次澆筑成型，所以選擇使用分層澆筑作業方式。施工單位配備的施工機械設備與施工班組能夠單次澆筑30m的長度，所以混凝土澆筑分段的長度應該確定為30m。簡單而言就是，第一次澆筑混凝土由標高+2.5m至+4.95m，首層模板前側與后側模板的高度為2.45m，模板的長度為5m，總計需要制作6段，總長度30m。管溝側向模板高度為1.7m，模板的長度為13.9m，底部模板的寬度為1.6m，模板的長度為13.9m。第二層混凝土澆筑由+4.95m澆筑至+5.45m的標高，側向模板的高度為0.7m，每段模板的長度為5m，總計分為6段，總長度為30m。豎向設置2條對拉螺栓，對拉螺栓的間距控制為1.5m，對拉螺栓的橫向間距為1m。每塊模板之間使用螺栓進行連接，使用橡膠條做封堵處理，避免混凝土澆筑過程中出現漏漿現象[3]。

②模板限位安裝。當模板安裝完成，且對拉螺桿及螺栓全部擰緊之后，在側向模板的外側設置預制梁，預制梁的尺寸為1m×1m，梁體的長度為7m，單根預制梁的質量大概為18t。為了進一步降低施工成本，施工單位選擇使用臨時棧橋預制梁。第二層選擇使用規格為φ50mm鋼管對模板進行限位，鋼管焊接的具體情況可以參照圖2信息所示，預制梁需做鑿孔處理，并加裝鋼管。

③起重能力驗算。模板安裝過程中，需要進行吊裝的最大載重為預制梁，吊裝過程中，選擇使用100t的履帶吊，并配備39m長的扒桿，扒桿傾斜的角度為70°。

④主要吊索具驗算。準備2 根φ28mm鋼絲繩，2個12t的卸扣，鋼絲繩的夾角設置為30°。由此可以計算出鋼絲繩的破斷力為：P=D2×0.5=282×0.5=392k N；在這種狀態下，單股鋼絲繩的最大受力則應該為:F=G×K/N/cosα=180×1.1/4/0.866≈57.2kN。

其中，D2為附加吊（D是吊的拼音頭字，用它尚可）筋2根；G為吊索的自重，取值為180kN；K為動力系數，取1.1；N為鋼絲繩股數，取值為N=4；α為鋼絲繩與地面夾角。

安全系數為：破斷力/單股受力=392/57.2≈6.85倍，符合安全作業管理規范的基本要求。

3.5 鋼筋加工與綁扎及連接

胸墻部位使用的鋼筋全部在加工廠進行加工，鋼筋加工成型以后，使用汽車吊吊放在平板車上，運輸至施工現場，由現場施工人員進行綁扎。鋼筋保護層使用混凝土預制墊塊，墊塊的強度等級為C50。主筋接頭選擇使用套筒進行連接，絲頭使用套絲機進行加工，在絲頭表面涂抹黃油，避免絲頭出現銹蝕現象。在使用套筒連接鋼筋之前，需保證鋼筋表面平整，不得出現“馬蹄狀”斷面，套絲以后，其與套筒之間應該連接牢固，不得出現松動現象。在安裝接頭過程中，可以使用扳手對其進行擰緊處理，絲頭應該設置在套筒的中間部位。箍筋接頭可以選擇搭接方式進行處理，箍筋的搭接長度至少為35d，胸墻底部的鋼筋接頭面積控制在鋼筋安裝總面積的25%以內。因胸墻部位采用的是分層澆筑混凝土施工技術，這就意味著鋼筋也需要分層進行綁扎。在綁扎鋼筋過程中，絲頭應該朝向鋼筋籠內側彎曲。當鋼筋加工完成以后，如若未能夠及時施工，應該分類進行堆放，且設置支墊物，并做好標記。

3.6 墊塊制作及安裝

該項目中的墊塊主要是分為兩種類型：①馬蹄形墊塊，這種墊塊的長度為75mm，強度等級為C45；②方形墊塊，這種墊塊的長度為150mm，強度等級為C45。胸墻部位的側向使用的是馬蹄形墊塊，這樣設計可以降低墊塊外露面積；胸墻底部的鋼筋使用方形墊塊作為保護層。

3.7 預埋件安裝

①護舷預埋件安裝。各段胸墻內均需要設置橡膠護舷，這種預埋件結構組成非常簡單，主要由U形環、套筒螺桿構成，所有的預埋件提前埋設在前期指定部位，并對預埋件進行加固，然后開始澆筑混凝土。

在設計模板過程中需要兼顧預埋件的安裝位置，安裝預埋件的模板需要提前設置預埋孔洞，孔洞的尺寸應該與預埋件的尺寸保持一致；在安裝模板過程中，應該對模板的位置進行調整，避免預埋件的位置不符合設計圖紙。當預埋件安裝完成以后，應該對其標高進行檢查，在檢查合格以后，開始對其進行加固處理。

②系船柱埋件安裝。這種預埋件是定位螺桿，由于螺桿的直徑相對比較大，質量比較重，為了提高安裝精準度，應該先將預埋件與定位板組合為一個整體，確保螺桿的間距滿足設計圖紙要求。

3.8 大體積混凝土抗裂措施

該項目中的胸墻一次澆筑高度為2.45m，澆筑寬度為5.5m，單次澆筑最長段的長度為109m。大體積胸墻部位的混凝土，其表面的熱量散失的速度明顯超過混凝土內部熱量散失速度，這種現象會導致混凝土的內外部溫度產生一定的差異，混凝土內外溫差過大會導致混凝土表面產生裂紋。為了避免混凝土出現裂縫，施工單位在混凝土中預埋冷水管，通過冷水循環降低混凝土內外部的溫差。如若混凝土的厚度未超過3m時，則需要設置單層冷水管即可。

當混凝土達到初凝強度以后，施工人員可以啟動冷水系統，嚴格把控混凝土的溫度，保證混凝土內外部的溫差差異控制在15℃以內，在這種情況下即可停止水冷卻作業；如若混凝土內外溫差超過25℃時，再次啟動水冷卻系統。

3.9 混凝土澆筑

當模板安裝完成，且質量驗收合格以后，施工人員才能夠開始澆筑混凝土，在澆筑混凝土之前，施工人員應該對支撐系統、模板、預埋件、鋼筋進行全面的檢查，并將模板表面的雜物清理干凈。混凝土由混凝土攪拌站運輸至施工現場，通過泵送的方式輸送至澆筑部位。

胸墻部位采用的是兩層澆筑方法，第一層澆筑至管溝的頂部即可停止澆筑，第二層澆筑至胸墻的頂部即可停止澆筑。

混凝土澆筑過程中，應該均勻分漿，將混凝土的分層澆筑厚度控制在30～40cm。使用插入式振搗設備對混凝土進行振搗，從模板的邊緣部位向中間部位進行振搗，振搗設備移動的間距控制在振搗作業有效半徑的1.5倍以內。振搗過程中，避免振搗設備觸及模板、鋼筋、預埋件。振搗設備應該以垂直狀態插入至混凝土內，嚴格按照快插慢拔、上下抽動的基本原則進行作業。振搗設備插入混凝土中的深度控制在50～100mm比較合適，確保下層混凝土與上層混凝土能夠連接為一個整體。當二層混凝土澆筑完成以后，需要對混凝土表面做抹平處理。

4.效果分析

首層混凝土由標高2.5m澆筑至標高4.95m部位，單次澆筑混凝土的最大方量約為440m3，需要在15h以內完成澆筑作業。第二層混凝土由標高4.95m澆筑至標高5.45m部位，單次澆筑混凝土的最大方量約為80m3，需要在3h以內完成澆筑作業。

（1）施工時間：分為兩個施工班組，白班施工班組與夜間施工班組，單次澆筑混凝土的時間為15h。

（2）泵送設備：天泵，作業效率為60m3/h。

（3）攪拌設備：攪拌機，容量為2m3，作業效率為120m3/h。根據以上介紹的施工條件來看，施工現場單次澆筑混凝土的方量為440m3，約需要15h，則混凝土施工的效率為：440÷15≈30m3/h。施工單位配備的天泵工作效率：60m3/h＞30m3/h；2m3攪拌機：120m3/h＞30m3/h，由此可以發現，天泵與攪拌機的施工性能均滿足實際施工的需求。

（4）運輸設備：施工單位選擇使用容量為9m3的罐車運輸混凝土。按照攪拌機的攪拌能力2m3進行計算，一輛罐車容量的混凝土大概需要5min，按照1km運距計算，由攪拌站運輸至施工現場的時間大概為5min。施工單位每小時澆筑混凝土的方量為30m3，那么泵車每小時則需要運輸4車才能夠滿足施工需求。

5.結語

綜上所述，在對帶腔體胸墻進行施工過程中，應用了各種新技術、新工藝，在實踐中積累豐富的施工經驗，對模板進行優化設計，促使胸墻在底部止漿、接茬等多個方面均取得良好的應用成效。整體而言，帶腔體胸墻施工技術具備良好的可行性，值得在大范圍內進行宣傳與推廣。