港航工程中重力式沉箱預制施工探討

王娟，劉業偉

（長江重慶航道工程局，重慶 400011）

1 工程概況

某港航工程為順岸重力式沉箱結構，碼頭頂面標高5.5m，前沿底標高-17.6m，岸線長560.75m。碼頭按照南北走向設計，共設置1 個15×104t 級泊位。該港航工程28 座沉箱設計高度均為20m，分A、B、C 三種型號。其中，A 型、B 型、C 型沉箱長×寬×高均為18.65×15.05×20.0m，底板、前墻、后墻、隔墻設計長度均為0.65m、0.40m、0.35m、0.25m；A 型、B 型沉箱C30 混凝土方量均為853m3，C35F300 混凝土方量均為259m3；C 型沉箱C30 混凝土方量為851m3，C35F300 混凝土方量均為265m3；A 型沉箱無接地鋼板（圖1），B型、C 型沉箱均設置接地鋼板；A 型、B 型、C 型沉箱重量分別為2780t、2780t、2790t。A 型、B 型沉箱均設置1.0m 寬的前趾和后趾，前墻外側從頂部向下3.8m 處設置0.2m 寬牛腿，前墻以及側墻內側、隔墻及后墻兩側從頂面向下0.5m 處均設置0.2m 寬牛腿。C 型沉箱設置1.0m寬的前趾和側趾，前墻及側墻外側從頂面向下3.8m 處設置0.2m 寬牛腿，側墻內及隔墻、后墻兩側從頂面向下0.5m處均設置0.2m 寬牛腿。

圖1 A 型沉箱斷面模型圖

2 沉箱預制

結合該港航工程三種類型沉箱設計尺寸及鋼筋密度大、混凝土方量大等工程特性，為提升混凝土振搗質量，采用分層預制方式。A 型、B 型、C 型沉箱均采取一致的分層參數，見表1。沉箱預制安排在中交第一航務工程局有限公司第二項目部沉箱預制場內進行，沉箱模板全部為定型鋼模板，底層按照蹲底工藝處理[1]，模板支設和拆除均在塔吊配合下進行，混凝土制備完成后通過罐車運輸。南北均設置4 個沉箱預制臺座，A 型、B 型沉箱交替預制，C 型沉箱最后預制，預制結束后由臺車頂推出運。

表1 預制沉箱分層參數

3 沉箱施工

3.1 模板工程

該港航工程中重力式沉箱分層預制，外模為大型鋼模、豎向桁架及橫向螺栓拉桿結構，上口為M24 對拉螺栓，下口為M24 高強螺桿和圓臺螺母模板。外模豎向通過陰陽榫扣接，相鄰外模之間設置壓板螺絲防錯臺。內芯模則為定型鋼模，同樣的豎向桁架結構，每套模板共包括12 個芯模，每個芯模中的4 片芯片由底盤支架連接；上口為M24 對拉螺栓，下口為活動底盤頂絲；芯模片通過鋼插板和頂絲拼縫。

模板安裝前必須將預制沉箱底胎清理干凈，進行沉箱底平面前后墻、側墻、隔墻放線，并在底胎均勻涂刷板油，將2 層底胎紙鋪放在劃線區域內，安裝底胎線并綁扎沉箱鋼筋；此后順著底胎線安裝模板。安裝模板前，還應將模板打磨平整并涂刷0.3mm 厚的機油，起到潤滑模板的作用，按照先芯模后外模的次序依次支模。此后，通過M24 對拉螺栓將模板上口固定，并預埋圓臺螺母；通過M24×300 高強螺桿連接圓臺螺母。校核并調整模板垂直度、拼縫、墻體寬度及整體對角線。

3.1.1 底層模板

底層模板包括外模、內模、澆筑平臺、混凝土地胎模、充芯活動底模等部分。底層沉箱外模采用桁架式鋼模板形式和墻包底工藝，設計高度2.25m；上部設置楔形圓臺螺母。地模則在原地胎模四周既有基礎上澆筑140mm 厚的鋼筋混凝土，并設置底模拉條和12 只高程定位鋼板為外模支撐點。底胎模內部設置隔艙，隔艙內充砂整平后形成密實工作面，其上鋪設18mm 厚的光面膠合板及2mm 厚的纖維紙。為便于安裝拆卸，4 片內模板組成整體結構，1 次可整體吊裝1 個孔腔；內模則設置在預埋混凝土支撐墩部，底層不設托架；內模頂部安置單邊楔形預留孔，用于上層內模托架定位支撐。混凝土澆筑時的側壓力在框架結構的支撐下互相作用并抵消[2]，對模板整體受力有利，且安拆簡便、工效高，對墻體損壞少。

3.1.2 上層模板

上層模板包括4 榀外模、12 組內模、澆筑平臺和操作平臺。外模采用桁架式鋼模，設計高度3.75m，通過拉條將底腳和預埋于下層的圓臺螺母禁固連接；底部100mm 區域內和下部混凝土接觸，以控制垂直度并起到止漿作用；外模上部預設楔形圓臺螺母，用于上層外模承重緊固。底角螺栓底部通過圓形鋼管嵌入側模側壓力抵消裝置孔洞內,見圖2。

圖2 底腳構件（單位：mm）

拆模時間根據試驗室壓塊強度確定。在混凝土達到設計強度后展開拆模；在禁固螺栓拆除時，必須在每片外模上預留2 根安全螺栓，待塔吊鋼絲繩帶張緊后拆除預留螺栓。

3.2 鋼筋工程

按照規范對進場鋼筋實施復檢，復檢合格的鋼筋根據設計要求和沉箱層高展開加工制作，編號后堆放；前后墻、側墻、縱隔墻鋼筋均在加工區內綁扎并整體吊裝；橫隔墻鋼筋則通過穿筋工藝施工，同截面鋼筋搭接率控制在50%以內[3]。

待沉箱底平面依次劃好鋼筋控制線后展開底板鋼筋綁扎，并將控制上下層層距的鋼筋板凳和支架固定好，此后開始綁扎上層鋼筋。因沉箱前后均設置大趾，故在沉箱4 角大趾處焊接U 型鋼筋以固定鋼筋網，避免傾斜。全部底板鋼筋均按滿點方式牢固綁扎。

墻體、外墻及縱隔墻鋼筋均在綁扎區內鋪平綁扎；水平筋在外側布置，前后墻、縱隔墻鋼筋網片均設置12 個鋼筋支架，并以φ12mm 圓鋼焊接吊點，整體吊裝后與下層外伸鋼筋綁扎。鋼筋綁扎過程中必須加強間距、層距等的控制，做到橫平豎直；鋼筋交叉處應按梅花布點綁扎，鉛絲外露長度應不超出1.0cm。保護層墊塊應按4 個/m2的數量設置，鋼筋厚度應滿足設計要求。

3.3 混凝土工程

混凝土采用泵送澆筑工藝，即在預制場內攪拌站制備好混凝土后通過罐車運抵施工現場，借助泵車泵送入模，并通過高頻振搗器分層振搗密實。混凝土澆筑施工期間，為避免出現氣泡、蜂窩、麻面、砂線等質量問題，主要采取以下措施：①優化配合比設計，并將混凝土塌落度控制在140～160mm 以內。最終確定的混凝土設計配比見表2；②加強原材料及混凝土性能檢測，應使用級配良好、硬質、針片狀含量低、壓縮性在10%以下的河砂；③底板混凝土澆筑時按照底板→大趾→隔墻→外墻次序進行，并在大趾模板上按照1.5m 間隔設置φ200mm 振搗孔，加強振搗；在墻身和底板交接處澆筑外墻后，再澆筑隔墻；混凝土澆筑期間應按照50cm厚度分層下灰；④應用φ50mm 高頻振搗器以梅花形振搗底板，以使混凝土結構中的氣泡等順利排出，直至混凝土表明無明顯沉降，且表面出現浮漿后結束振搗。

表2 混凝土配合比及材料用量（單位：kg/m3）

沉箱接茬處混凝土必須沖毛處理，保證新舊混凝土之間良好結合，防止接縫處滲水。澆筑混凝土前應先澆筑1 層高標號水泥砂漿，以潤濕接茬面。

3.4 沉箱施工質量控制

沉箱安裝前由操作人員全面整理測量結果，對于起重船可適當調整船體位置，將船體擺放至沉箱擬沉放區域以內。此后，操作人員通過操作起重船使吊鉤緩慢松放，并在沉箱底和基床相距0.3m 左右時暫停松放，由測量人員和起重人員借助GPS、交通船、全站儀、經緯儀等再次審查沉箱箱體。每個沉箱安裝完畢后均應通過木枋造縫，以保證相鄰沉箱間緊密連接。沉箱安裝允許偏差及質量控制要求[4]見表3。

表3 沉箱安裝允許偏差

4 結論

綜上所述，該港航工程重力式沉箱采用整體澆筑，安裝好四周模板后便形成封閉式內倉，故混凝土澆筑過程中必將產生大量水化熱，引發沉箱內快速溫升，故施工過程應選擇在環境溫度較低的時間進行，并加強通風降溫，保證混凝土澆筑施工順利進行。沉箱整體式澆筑過程中，鋼筋及模板安裝施工存在較大難度，所涉及模板預制及輔助設施配置較多，對混凝土澆筑也有較高要求。采取本文所提出的控制措施后，該港航工程重力式沉箱整體施工質量得到提升，為該大型碼頭經濟效益和社會效益的發揮提供了保證。