大型圓沉箱預制施工技術研究與質量控制

遲速，沈國靖

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

1 工程概況

茂名港吉達港區東二港池1 號、2 號液體散貨泊位工程預制圓沉箱15 座，沉箱高度為19.4 m，分5 段預制[1]，共計75 段，分段高度為3.0 m+4.1 m×4，外墻直徑15.0 m（外趾直徑18.0 m），底板厚度1 000 mm，外墻寬度450 mm，隔墻寬度250 mm，呈十字形布置，即4 個倉格[2]。沉箱混凝土強度等級為C40，單座沉箱混凝土方量約816 m3，重約2 100 t。

預制場建設面積約8 000 m2，設置預制臺座4個，儲存臺座3 個，鋼筋加工綁扎區1 處，模板存放區1 處，方塊結構出運碼頭1 座，沉箱預制區配置50 t+10 t 龍門吊1 臺，鋼筋加工區配置25 t 汽車吊1 臺，預制場全景圖見圖1。

圖1 沉箱預制場全景圖Fig.1 Panorama of caisson prefabrication yard

2 施工工藝流程

底模采用工字鋼+木枋結構，底段鋼筋現場綁扎，標段及頂段鋼筋綁扎成型后整體吊裝[3]，單座沉箱預制完成后采用氣囊頂升工藝抽出底模并換成支墊木枋，模板采用整體支拆鋼模板[4]。混凝土采用預拌混凝土，商混站距施工現場約6 km，攪拌車從商混站到現場約30 min。

2.1 設備及人員配置

2.1.1 機械設備

本工程配置主要機械設備見表1。

表1 主要機械設備配置表Table 1 Main mechanical equipment configuration table

2.1.2 人員配備

鋼筋綁扎人員16 名，模板安裝人員5 人，混凝土工6～10 人。

2.1.3 模板及附屬設施

沉箱模板及附屬設施配置見表2。

表2 沉箱模板及附屬設施配置Table 2 Configuration of caisson formwork and auxiliary facilities

2.1.4 模板吊索具

沉箱模板吊裝所需吊索具明細見表3。

表3 沉箱模板吊索具明細表Table 3 List of slings for caisson formwork

2.2 底胎鋪設

采用門機對工字鋼進行擺放，并對工字鋼兩端頂面標高進行測量、調整，使各點處于水平。工字鋼擺放完成后鋪上木枋，并用細砂對木枋接縫進行填充，最后在木枋上鋪設2 層草板紙。

2.3 底段施工

2.3.1 鋼筋綁扎

工藝流程：底板放射筋及圈筋→外趾鋼筋及圈筋→馬凳筋及底二層鋼筋→外墻豎筋及圈筋→隔墻豎筋及水平筋。

2.3.2 三檢制驗收

鋼筋班組自檢完成后經主辦技術員驗收，主辦技術員驗收合格后再通知總包進行驗收。

2.3.3 模板支立

工藝流程：底段鋼筋驗收合格→模板除銹、清灰、刷油→安裝底段外模→安裝底段芯模→調整模板→質量驗收。

1） 外模安裝

清理沉箱外邊線，底板鋼筋四周鋪設原紙，待模板清灰、刷油工序完成后即可吊裝底段外片，吊裝前在外片側面連接位置粘貼好泡沫止漿條。底段外片支立時嚴格按照放線尺寸安放[5]，每片模板吊裝就位后，安裝防上浮拉杠螺栓。4 片安裝就位后備緊外片底口限位楔子并安裝抱角螺栓和圓臺螺母，底口限位用[10 角鋼焊接牢固。

2） 芯模安裝

①在底板鋼筋上安設內芯支腿，芯模按設計圖紙調整好幾何尺寸，清灰刷油后通過吊裝架吊裝至倉格就位。

②安裝預埋墻栓盒、安裝頂口對拉螺栓并通過緊張器調整芯模總體尺寸。

③安裝木閘板及底口鋼八字。

④安裝預埋件，背緊底口、木閘板、鋼八字等處鐵楔子后，調緊緊張器，確保對拉螺栓和套管備齊、牢固。

⑤調整內芯模板標高、垂直度和隔墻順直度，通過調整緊張器來控制墻體垂直度。

2.3.4 混凝土澆筑

分段混凝土設計方量見表4。

表4 沉箱分段混凝土方量Table 4 Concrete volume of caisson section m3

沉箱澆筑時在現場制作同條件試塊，底段3組，標/頂段2 組，為拆模時混凝土強度提供依據。

澆筑順序為從中央到四角擴散，底板振搗完后，對隔墻及交匯處再排棒振搗1 次，防止底板漏振滲水；合理控制晾底時間，保證不出現冷縫、反灰現象。底段、標段和頂段墻體澆筑為先隔墻后外墻。澆筑時需分層澆筑，并控制好分層澆筑高度，澆筑速度做到平穩均勻，分層下灰分層振搗[6]。分層振搗時盡量避免碰到模板；外趾為梅花布點，墻體按順序布點。

2.3.5 拆模、修補及養護

混凝土強度達到2.5 MPa 時，拆除底段芯模，先拆墻栓盒，四角閘板，然后拆頂口對拉螺栓，收連接器，使模板與混凝土分離，用吊裝架起吊芯模，吊至固定地點。當底段芯模拆除后，拆底段外模（如圖2 所示），先拆圓臺螺母、抱角、掛鉤，再拆底口拉杠螺栓、鐵楔子，將模板拆除放置在合適位置。每片底段外模設置2 處支撐架。

圖2 底段外模拆除圖Fig.2 Dismantling of outer formwork at the bottom section

使用預拌抹灰砂漿作為沉箱修補材料，保證修補處密實無裂縫，且修補后顏色要與沉箱整體顏色一致，邊角順直美觀，不影響整體感觀質量[7]。設立專人對沉箱定時灑水養護，保持混凝土表面濕潤，并做好養護記錄，養護時間不少于14 d。

2.4 標段、頂段施工

沉箱外側設有鋼平臺作為施工平臺，臺座間設有塔梯，塔梯和沉箱施工平臺間搭設過跳（如圖3 所示）作為施工通道。

圖3 操作平臺、塔梯及過跳Fig.3 Operating platform,tower ladder and communicating bridge

施工流程：標（頂）段鋼筋綁扎→鋼筋整體吊裝→安裝標段芯模→安裝標段外模→調整模板→混凝土澆筑→拆模、修補及養護。

2.4.1 鋼筋整體綁扎吊裝系統

標（頂）段鋼筋在鋼筋整體綁扎吊裝系統上綁扎完成后吊裝[8]。鋼筋整體綁扎吊裝系統由吊裝架、內墻體鋼筋綁扎架和外墻體鋼筋綁扎架組成。

1） 吊裝架

上部設有吊點，頂層下端設有吊耳共60 個，吊耳處掛鋼絲繩，通過標（頂）段骨架筋相連，作為吊裝措施，鋼筋整體吊裝如圖4 所示。

圖4 鋼筋整體吊裝圖Fig.4 Integral lifting of steel bars

2） 內墻體鋼筋綁扎架

內墻體鋼筋綁扎架共4 個，呈扇形規則布置在吊裝架內部，內側設有爬梯，頂部設有吊點。

3） 外墻體鋼筋綁扎架

外墻體鋼筋綁扎架呈圓環狀布置在吊裝架外圍，設有外爬梯。

4） 調平層

吊裝架底部設有調平層，用于對鋼筋進行限位。調平層主要結構為型鋼框架及錨筋，包括調平槽鋼，支撐槽鋼，上附底口鋼筋限位板，平面尺寸對應鋼筋布置，斷面結構見圖5、圖6。

圖5 隔墻調平層斷面圖Fig.5 Cross section view of batardeau leveling layer

圖6 外墻調平層斷面圖Fig.6 Cross section view of exterior wall leveling layer

5） 鋼筋綁扎定位系統

鋼筋綁扎定位系統主要包括2 個方面：豎向鋼筋定位、水平鋼筋定位及支撐。

其中豎筋定位采用下插上靠的定位方式，使用精準制孔的板材分別貼附在調平層及吊裝架上，確保孔位在空間結構上的垂直對應。同時鋼筋限位孔采用8 字孔的形式，上下接茬兩段豎向鋼筋綁扎使用不同孔眼，在鋼筋安裝定位精準的基礎上，2 層鋼筋自然接觸，大大提高鋼筋籠安裝的工效，具體結構見圖7、圖8。

圖7 豎筋底口限位圖Fig.7 Vertical reinforcement bottom limit

圖8 豎筋頂口限位圖Fig.8 Vertical reinforcement top limit

水平鋼筋定位采用型鋼硬限位的方式，既滿足鋼筋限位功能，又滿足水平筋綁扎時的臨時存放功能。另外本工程不同層段的水平鋼筋層距不統一，型鋼硬限位導致鋼筋綁扎完成時鋼筋籠子脫離限位困難，為解決以上問題，采用可旋轉式水平筋托架作為水平筋的限位。具體結構見圖9。

圖9 可旋轉式水平托架大樣圖Fig.9 Detail drawing of rotatable horizontal bracket

可旋轉式水平筋托架由DN65 鋼管和?25 圓鋼組成，鋼管上分兩側開?26 孔，一側21 層，間距200 mm，另一側27 層，間距150 mm。?25 圓鋼根據標段及頂段水平筋間距插入對應孔中。架體可360°自由旋轉，可以有效解決不同層段水平筋間距不同、綁扎完成后鋼筋籠脫離限位困難的問題。

2.4.2 鋼筋綁扎

1） 鋼筋備料

按照整體綁扎架操作平臺高度計算每層水平筋數量，采用25 t 汽車吊分次喂料，內外墻綁扎架平臺可作為鋼筋備料區。

2） 鋼筋整體綁扎

首先進行內隔墻鋼筋綁扎，再進行外墻鋼筋綁扎。鋼筋綁扎時先進行勁性骨架安裝，然后布置豎筋，并在頂口及底口各布置1 根水平筋，鋼筋整體穩固后進行水平筋綁扎，最后進行隔墻水平筋穿筋布置。

根據鋼筋網片綁扎完成情況同步安裝梁下鋼絲繩和卡環。

待鋼絲繩、卡環安裝完成后對綁扎質量、吊索具安裝質量進行檢查驗收，確保合格后進行起吊安裝。標段鋼筋綁扎完成如圖10 所示。

圖10 標段鋼筋綁扎圖Fig.10 Binding of steel bars in the bid section

2.4.3 保護層墊塊安放

鋼筋綁扎施工時在水平主筋擱置環形墊塊，墊塊安放數量以滿足鋼筋保護層需要為準。保護層墊塊安放工序與橫/圈筋綁扎工序同步進行。外墻外側鋼筋保護層墊塊采用環形墊塊，外墻內側及隔墻鋼筋保護層墊塊采用梅花形墊塊，墊塊每m2放置1 個，呈梅花形布置。

2.4.4 鋼筋整體吊裝

1） 鋼筋整體吊裝所用吊索具[9]配置見表5。

表5 鋼筋整體吊裝吊索具配置表Table 5 Configuration of slings for integral steel bars hoisting

2） 其余輔助設備配置見表6。

表6 其余輔助設備配置表Table 6 Configuration of other auxiliary equipment

3） 工藝流程

①鋼筋整體吊裝前在沉箱對角放置2 個鋼筋籠安裝綁扎架，將沉箱頂部整體吊裝架支腿位置混凝土表面清理平整，平面位置根據吊裝架支腿實際位置放樣，各位置平整面積及數量見表7。

表7 支腿支墊面積及位置允許偏差Table 7 Allowable deviation in the area and position of leg support pads

將沉箱頂部預留接茬筋向內彎折，將鋼筋籠底部鋼筋向外撐開，形式見圖11。

圖11 吊裝前鋼筋調整形式圖Fig.11 Steel bars adjustment form diagram before lifting

由技術人員組織進行驗收，檢查鋼筋綁扎情況、夾具鎖緊情況、吊裝架吊點情況、鋼絲繩及鎖具狀態，確認后進行吊裝作業。

②鋼筋整體吊裝試吊

每次起吊前由項目部安全員、機務員對起重設備工作狀態進行聯合檢查，確保工作狀態符合作業需求。待上述準備工作全部完成后，對鋼筋整體吊裝架進行吊裝作業。首先將鋼筋籠吊起2 cm 后旋轉水平限位，使其脫離鋼筋籠；然后將整體吊裝架起吊1.5 m，靜置2 min，再將整體吊裝架下落1 m，靜置3 min。檢查鋼絲繩、卡環、吊具狀態，確認安全后緩慢提升并就位。

③鋼筋整體吊裝就位

鋼筋整體吊裝時，沉箱內側操作平臺各1 人，外側操作平臺共8 人。就位時先由沉箱頂部2 個鋼筋操作平臺粗定位，待鋼筋籠吊運至預定安裝位置正上方后再緩慢下落至預定位置。鋼筋整體吊裝就位示意圖見圖12。

圖12 鋼筋整體吊裝就位示意圖Fig.12 Schematic diagram of integral lifting and positioning of steel bars

鋼筋籠精確就位后，綁扎所有豎筋搭接頭，松開梁底部鋼絲繩，使吊具與鋼筋籠脫離，將吊具垂直吊出并運回鋼筋綁扎區繼續下一個循環。

2.4.5 模板安裝

1） 內模安裝

①安裝前對內模進行清灰、刷油。

②先將1 個內操作平臺吊出，再將1 個內模整體吊裝到位，且將墻栓推到位。

③吊車松鉤，松鉤后調節緊張器將芯模頂靠在混凝土墻上，底口用鐵楔子頂緊。

④按上列順序依次將其它內操作平臺吊出，并將剩余內模安放到位。

⑤放置進水孔等預埋件并加固牢靠。

⑥安裝木閘板并備緊木閘板后的楔子。

⑦安裝隔墻頂口對拉螺栓及套管，安裝上部預埋墻栓盒（頂段內模無須安裝上部預埋墻栓盒）。

⑧通過緊張器調整好倉格尺寸，將底口和四角的縫隙堵嚴。

2） 外模安裝

①當墻段芯模及預埋件安裝完成后，安裝墻段外模。先在操作平臺上將模板底口螺栓預先安裝牢固。

②外墻底口螺栓從中心向兩側緊固，止漿條貼合混凝土面嚴密。

③調整內芯模板標高和隔墻順直度。內芯模板標高以外模板標高為準，隔墻拉線調直。

2.4.6 混凝土澆筑

標段和頂段墻體澆筑順序為先隔墻后外墻。

2.4.7 拆模、修補及養護

底段、標/頂段外模均設有人員上下通道，因此沉箱模板拆除遵循先內模、后外模的順序。修補、養護方式與底段相同。

1） 內模拆除

混凝土強度達到2.5 MPa 時，拆除底段芯模，先拆墻栓盒、四角閘板，然后拆頂口對拉螺栓、收連接器，使模板與混凝土分離，用吊裝架起吊芯模，吊至固定地點。

2） 外模拆除

當底段芯模拆除后，拆底段外模，先拆圓臺螺母、抱角、掛鉤，再拆底口拉杠螺栓、鐵楔子，將模板拆除放置在合適位置。每片底段外模設置2 處支撐架。

3 結語

本工程沉箱預制施工落實高質量發展理念，自主研發墻段鋼筋整體綁扎與吊裝工藝，施工質量得到了有效控制；實測鋼筋間距最大偏差為5 mm，鋼筋保護層厚度合格率為92.7%，同時降低了安全風險，提高了施工效率；起重作業次數減少90%，極大降低了安全風險，施工工效大幅提升，具備較高的應用價值，可為類似大型圓沉箱預制提供借鑒。