塢門大沉箱預制技術

李惠明，梁杰忠，袁立

（中交第四航務工程局有限公司，廣東 廣州 510231）

1 項目簡介

深塢塢門是港珠澳大橋主體工程沉管預制廠的重要組成部分，是預制廠工程的關鍵構件，塢門的質量直接影響深淺塢的灌水。其主要功能是實現干塢內的蓄水，保障沉管移動、出運。沉箱預制尺寸：長59.00 m、寬25.20 m、高29.10 m，共40個內倉隔，倉隔尺寸為5 780 mm×5 565 mm，總混凝土方量5 365 m3，重約1.30萬t。沉箱主體為鋼筋混凝土結構，立面斷面形狀為“U”形，U形槽部分攔水采用鋼扶壁結構，沉箱設計頂標高+15.80 m，設計底標高-13.30 m。塢門結構形式詳見圖1、圖2。

塢門沉箱施工具有以下特點：

1）塢門沉箱為分層、分段澆筑，形成流水作業，工序交叉，相互影響較大。

2）塢門沉箱根據澆筑分段情況，在現場進行鋼筋綁扎，作業高度大，危險性較高，受天氣影響程度較大。

3）塢門沉箱模板分塊吊裝，最重一塊達12 t，安裝難度較大。

圖1 塢門沉箱斷面圖

圖2 塢門沉箱斷面模型圖

4）受孤島施工條件限制，施工用水、用電缺乏。

5）計劃工期內，本地區為雨季，且臺風頻繁，施工進度受天氣影響較大。

2 工程構成及主要內容

深塢塢門工程主要包括塢門預制場、塢門主沉箱和塢門鋼結構。

預制場地包括移動塔吊基礎、預制場地底胎。塔吊基礎分兩段，每段75 m，高30 cm，寬50 cm；預制場地底胎模為1 800 m2，澆筑20 cm厚C15混凝土;另外還包括鋼筋加工場地1 200 m2、模板休整區1 800 m2，澆筑10 cm厚C15混凝土。

塢門主沉箱（U型結構的下半部）1～5層每層分兩段澆筑（見圖3），6～8層每層澆筑1次；混凝土總方量5 365 m3，鋼筋總量1 473 t。

塢門鋼結構包括擋水扶壁、欄桿及人行橋等。

圖3 塢門沉箱分層分段圖

3 施工順序及流程

根據工期的要求，塢門沉箱準備了底層外模板1套（半個沉箱）、標準層外模板1套（半個沉箱），箱格內模24個/套，澆筑蓋板20個，外工作平臺2套，內工作平臺40個。

實際施工順序為：A1塊→B1塊→A2塊→B2塊→……→A8塊→B8塊。

4 主要分部、分項工程施工過程

4.1 塢門預制場地

4.1.1 場地整平

本著就近預制原則，塢門預制場選擇在深塢底面，表面為堅硬巖石面，回填至統一標高。采用塢口塢門停放區爆破出來的碎石進行回填。基礎頂層回填一層石粉進行細平，標高控制在5 cm以內。面層澆筑20 cm厚C15混凝土地坪，尺寸約為120 m×30 m，地坪標高統一為-13.33 m。

4.1.2 底模制作

考慮到起浮功能，沉箱預制底模刻凹槽，縱向一道，橫向3道，每道20 cm寬，10 cm深。確保塢內灌水后水可以進入沉箱底板下。槽內填沙，用灌水密實，槽上鋪寬25 cm，厚1 mm的鐵皮，防止振搗棒將底模打穿。

地坪澆筑完成后，需要設置隔離材料，隔離材料分4層：

1）最底下涂一層黃油（1號鋰基脂）。

2）鋪一層牛皮紙。

3）牛皮紙上放塑料薄膜。

4）最上面再鋪一層牛皮紙，保護薄膜不被鋼筋損傷，并方便鋼筋綁扎做標記。

4.2 鋼筋工程

塢門沉箱鋼筋綁扎主要為鋼筋下料，分層綁扎，鋼筋直接在預制位置綁扎。各層鋼筋籠綁扎按規范要求預留搭接長度。鋼筋分區綁扎見圖4。

圖4 標準層鋼筋綁扎

整個鋼筋綁扎具體施工流程如下：

鋼筋加工→綁扎底板鋼筋→安裝內模、外模板→澆筑底層混凝土→吊入鋼筋綁扎輔助架→綁扎上層鋼筋→與預埋鋼筋搭接→成型驗收→吊出鋼筋綁扎輔助架→安裝內模、外模板→澆筑該層混凝土→綁扎上一層鋼筋籠。

鋼筋綁扎初始方案：上層鋼筋綁扎采用整體綁扎吊裝方案，但由于大塢門沉箱鋼筋重量大，標準層鋼筋的重量達到200 t以上。采用半幅澆筑，分區吊裝（將整層分為12個區），采用3種鋼筋吊具形式，每次澆筑仍然需要吊裝6次。

分析該沉箱不同于一般沉箱結構，采用鋼筋籠吊裝方案有如下幾點不足：

1）鋼筋籠加鋼筋吊架重量大，增加現場吊裝作業難度；

2）鋼筋籠在吊上沉箱區以后，由于不是整體吊裝，依然存在大量的搭接工作，工效不高；

3）3個鋼筋吊架會影響流水作業，如果繼續增加鋼筋吊架則不容易安排施工場地和吊裝位置；

4）采用吊架，搭接多、損耗大。由于大沉箱的主筋基本上是φ25的，故損耗量將會很大，不經濟。

進行比選后決定鋼筋采用現場綁扎方案。

現場綁扎鋼筋，由于外墻厚度大（690 mm），分層高度高（4 m），故使用了內、外鋼筋綁扎輔助架，詳見圖5。

外輔助架置于沉箱外平臺上。外平臺承載力為2 t/m，故外輔助架上可放置原材料及半成品鋼筋，控制在3捆以內，每段外平臺承載力滿足堆放9 t鋼筋的荷載。

圖5 鋼筋內外綁扎輔助架圖

由于高空作業及可能大風天氣，保證鋼筋外綁扎架的安全尤為重要。除用安全網圍護以外，用麻繩或鋼絲繩將內外綁扎臺連接起來，如有大風天氣，需用鋼筋焊接內外綁扎架，確保外綁扎平臺穩定。

4.3 預埋件

4.3.1 預埋件的種類

由于塢門沉箱有浮運、關閉、止水等功能，所以塢門沉箱預埋件繁多，并且要求定位準確。主要有以下幾種：

1）保護混凝土結構的預埋件：護邊角鋼、底部防撞鋼板、防撞緩沖墊的預埋套筒。

2）安裝塢門沉箱相關的預埋件：底部斜角預埋鋼板（結合塢口預埋鋼板，起到安裝時導向的作用），系船環、系船柱的預埋件。

3）通道類：鋼爬梯預埋鋼板、鋼格構通道預埋鋼板、人行橋預埋鋼板。

4）止水類：施工段連接處的止水鋼板、逆向止水角鋼預埋、鋼閘門止水鋼板預埋。

5）為鋼扶壁安裝而設置的預埋件。

4.3.2 預埋件的安裝定位

4.3.2.1 底部預埋鋼板的安裝

由于大沉箱設置了底模，最上面一層是牛皮紙，故直接在牛皮紙上放樣不現實。故需將測量定位線延伸至大沉箱范圍之外，定位每條軸線。

4.3.2.2 逆向止水角鋼和鋼閘門調平鋼板的安裝

逆向止水角鋼和調平鋼板安裝主要是縱向確保豎直，表面平整。采用經緯儀定位，在安裝完模板之后，在預埋件表面焊螺栓，用螺絲固定在模板上，確保表面平整。安裝完成后用全站儀根據坐標進行復測，拆模后對鋼板表面進行打磨。調平鋼板要求誤差控制在3 mm之內。

4.3.2.3 防撞緩沖墊的預埋套筒

預埋套筒的位置直接在模板上定位，開孔，再用螺栓將其固定在模板上，確保之后防撞緩沖墊的精確安裝。

4.4 模板工程

4.4.1 模板的設計

底層外模板高度為2.675 m，加工1套，根據起重能力共分8塊。底層模板內模底盤為高度0.204 m，底模平臺模板加工24套，內模采用組合式定型鋼模板+底托+可調節鋼架支撐形式。由混凝土墩柱支撐。

2～7層層高均為4.000 m，為標準層，標準層外模板高度為4.070 m，根據長度不同由5種主要類型模板組成，共10塊。頂層第8層層高2.500 m，與標準層共享一套外模。外模的設計考慮了6～8層塢門沉箱結構上的變化，同樣適合U形兩段的澆筑。

箱格內模高度與標準層外模一樣均為4.070 m，長寬為5 565 mm×5 780 mm，加工24套，內模板由四片模板和吊裝架組成一個整體內芯模板。

塢門沉箱模板按每層分兩次澆注進行設計。第一次澆筑時，安裝24個內模和3面的外模，端部封頭采用木模封頭，封堵前后墻和3道隔墻（底層澆筑時需要對70 cm高的隔墻進行封堵）；第二次澆筑時留4個內模不拆，另半幅安裝16個內模，外模調轉到另一邊繼續使用。

4.4.2 施工過程中模板遇到的問題和設計改進的想法

1）底角螺栓

底角螺栓底部采用圓形鋼管嵌入鉆出的孔洞中（側模側壓力抵消裝置），詳見圖6。

圖6 底腳構件圖

該方案有以下問題：

①鉆孔速度慢，難度大。

②底腳構件支撐底層模板時，由于是圓腳，可能會出現松動。

在類似頂腳構件的使用中要使用預埋盒留洞，并且避免使用圓形的腳，防止支撐模板時松動。

2）分兩段澆筑時外側模板的總長度

外側模板總長度為29.875 m，僅比大沉箱的一半長出37.5 cm，在半幅封頭時，可以進行選擇的斷面較少，僅為37.5×2=75 cm，設置施工縫時尚應避免大沉箱上下兩層接縫重疊的現象，盡量錯開布置。

3）模板的現場拼裝

由于塢門沉箱模板尺寸大，難以整塊運輸，故廠家采取分塊運輸，現場拼裝，出現以下困難：

①模板的變形和整體尺寸難控制。由于現場條件不如工廠的拼裝條件，組裝時保證尺寸嚴格準確難度加大。

②現場焊接工作量巨大，對施工用電產生影響，孤島作業，需增加發電機供電才能滿足。

③由于拼裝模板作業多，對吊機的占用率高，影響現場其它的工作。

④由于拼裝作業多，加上現場條件限制，往往造成工期十分緊張，出現窩工等現象。

對于這些情況，建議大型模板的制作和加工要選擇可以直接進行海運的廠家，模板可以整體裝運，內模可以拼裝完成后運到現場，避免增加現場工作難度。

4.4.3 模板的安裝

深塢塢門模板的裝卸主要采用現場布置的350 t·m移動塔吊和200 t履帶吊。底層模板安裝前，對塢門沉箱混凝土支座進行了標高復核，保證底座平整、準確。

4.4.3.1 底層模板安裝

底層模板使用350 t·m移動塔吊進行吊裝。

沉箱鋼筋綁扎完成后，先安裝內模，后裝外模。底層的模板需要安裝底托。底托模板支撐在預制的混凝土支墩上。安裝前先放樣確定各混凝土支墩的位置，再安裝混凝土支墩，支墩底面與沉箱底座貼平，頂面支撐底托模板，底板鋼筋遇支墩時，適當移動鋼筋。底層外模支撐在沉箱底胎上，用底腳構件從外部頂緊，上部與內模模板用φ30螺桿對拉。

由于沉箱面積大，工作面寬廣，工序流程長，可以在鋼筋完成一排后即進行模板的安裝，形成流水作業。這樣大大節約了時間，并且使吊機合理均勻使用，避免吊裝作業過度集中，具體詳見圖7。

圖7 鋼筋綁扎和模板安裝銜接緊密

由于塢門沉箱尺寸要求嚴格，對安裝完畢后的模板進行復核是一項很重要的工作。采用預制時定下的坐標，用全站儀進行角點測量復核，并在外模接頭處進行測量復核。尤其在調平鋼板面，每次測量控制在3 mm以內，才允許澆筑混凝土。

4.4.3.2 標準層模板安裝

標準層模板主要使用350 t·m和200 t履帶吊進行模板的安裝，既方便場地布置，又使安裝的吊裝距離優化。

標準層模板外模支撐于下層預埋M30螺栓上，內模支撐于下層預留孔上。當鋼筋籠安裝完成并經驗收合格后，吊出鋼筋輔助架，先安裝內模板，再安裝外模。模板安裝完成后，進行測量復核，最后安裝預埋螺栓和預留孔模板盒。

4.5 混凝土工程

塢門沉箱尺寸為：59 m×25.2 m×29.1 m，總混凝土量5 365 m3，采用C40混凝土。由于體形較大，采用分1～8層，A、B兩段澆筑，共分18塊。分層、分段澆筑如前述圖3所示。

沉箱半幅底板澆筑方量約為689 m3，標準層半幅澆筑方量為392 m3，采用兩輛泵車澆筑（37 m和47 m布料桿）。6層以上一次澆筑量為132 m3，一輛泵車澆筑（47 m布料桿）。據工地攪拌站生產混凝土能力，澆筑速度約為55 m3/h，底層澆筑時間約為12.5 h，標準層澆筑時間為7 h，6層以上為2.5 h。

1）施工澆筑順序

塢門底層沉箱澆筑順序為先底板，后隔墻；標準層按照標注順序施工。澆筑艙格順序如圖8所示。

圖8 澆筑隔艙順序平面圖

2）具體澆筑過程

①塢門沉箱第1層澆筑高度約2.6 m，標準層澆筑高度為4 m，第8層澆筑高度為2.5 m，混凝土分層入模、分層振搗。

②底層澆筑時首先在每個艙格內澆筑至底板高度(70 cm)，然后按照圖8順序進入下一個艙格進行澆注施工。進行隔墻澆筑時先澆筑至覆蓋底托的高度，然后再以每層50 cm控制厚度。

③為避免產生施工縫，需每2.5 h覆蓋加高，進行階梯形澆筑，防止下層出現初凝。此道程序底層和標準層均需遵從。

5 結語

浮塢門大沉箱預制不同于一般沉箱結構，應重點控制預制場地布置、模板設計、混凝土澆筑工藝、吊裝設備配置、止水功能質量控制及起浮相關附屬設施預埋等多方面因素。沉箱施工前，做好詳細的技術及施工計劃非常必要，施工過程中抓好關鍵部位質量控制是重點，確保預制完成后滿足設計的多種特殊功能要求。通過大塢門多次起浮及橫移結果驗證，沉箱式大塢門止水、起浮及附屬結構功能滿足設計要求，結構穩定，整體評價達到預期目標，為同類工程施工積累了寶貴的施工經驗。

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