工廠法預制沉管混凝土施工與優化

范卓凡，范充，王李

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

工廠法預制沉管混凝土施工與優化

范卓凡，范充，王李

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

港珠澳大橋設計使用年限為120 a，為保證沉管的耐久性，管節混凝土澆筑采用全斷面一次澆筑工藝。文章結合混凝土施工特點，敘述了施工程序及操作要點，通過混凝土布料優化和振搗優化，保證了沉管管節預制的安全與質量。

工廠法；沉管；預制；混凝土施工；優化

0 引言

混凝土工程是建筑物的重要組成部分，也往往是建筑物受荷載的主要部件，其質量好壞，直接關系到整個建筑物的安危和壽命。因此，對混凝土工程的施工質量必須特別重視，保證不出現任何影響到混凝土結構性能的缺陷。施工時應根據結構特點和設計要求制定有效的保證混凝土質量的技術措施，按設計和施工驗收規范要求認真進行施工，消除施工中常見的質量通病與缺陷，確保工程質量。

1 工程概況

港珠澳大橋島隧工程海底沉管隧道總長度為5 664m，由33個管節組成，其中直線段管節28個，曲線段管節5個，曲率半徑5 500 m。單個標準管節長180 m，由8個長22.5m的節段組成。管節采用兩孔一管廊截面形式，寬37.95 m，高11.40m，底板、頂板和側墻厚1.50 m，中隔墻厚0.80m，管節斷面見圖1[1]。

沉管預制采用工廠法，由島上自建攪拌站生產混凝土，罐車運輸，拖泵+布料機澆筑入模[2]，人工振搗。

混凝土28 d強度等級為C45，56 d強度等級為C50。單個節段混凝土方量為3 451 m3，除中隔墻連接板為后期二次澆筑（約38m3）外，其它全斷面一次澆筑成型。

2 混凝土施工工藝

2.1 混凝土施工特點

港珠澳大橋沉管預制工程混凝土施工具有以下特點：

1）多舉措控制混凝土入模溫度[3]，即采用料倉噴霧、罐體淋水等方式控制原材料溫度；擇優選擇配合比，降低膠凝材料用量，減小水化熱；混凝土生產中加入片冰和冷水；混凝土輸送過程中對罐車、泵管等進行包裹。

圖1 管節橫斷面示意圖（單位：cm）Fig.1 Cross-sectionalschematic of tube section（cm）

2）節段采用全斷面一次澆筑成型工藝，單次澆筑方量大，強度高，對操作人員及設備能力要求高，由此避免多次澆筑產生的施工縫和內應力，有利于節段控裂和耐久性。

3）采用自動噴霧養護系統，設置養護棚和監控系統，對環境溫度和濕度、管節內表溫度等進行監控，確保沉管質量達到設計要求[4]。

2.2 混凝土施工難點

1）沉管預制廠所在牛頭島離最近的陸地碼頭也有約24 km，施工材料需由海上運輸至工廠，受氣候環境因素的影響大，各種資源組織保障的難度大。

2）為保證沉管耐久性要求，管節預制采用全斷面澆筑工藝，一次澆筑混凝土約3 413 m3，必須在盡可能短的時間內澆筑完畢，平均澆筑強度約114 m3/h，且平均每周澆筑2次，單位時間內澆筑如此大方量混凝土在國內外工程界也屬罕見，對混凝土設備的效率及可靠性要求極高。

3）管節設計使用壽命120 a，抗滲要求高，管節截面尺度大，且無外包防水，不允許出現危害性裂縫。工程區域常年氣溫高，濕度變化大，混凝土入模溫度控制、控裂及養護措施等面臨前所未有的挑戰。

2.3 混凝土施工程序及操作要點

1）原材料運輸與儲存

粉料運輸工藝流程：散貨船運輸→卸船機卸料→粉料罐車輸送至中間倉→冷卻→氣泵輸送至攪拌站儲料罐。

砂石料利用自卸式海船運至預制廠碼頭，船舶卸料至碼頭后由運輸車運輸至砂石料堆場，利用裝載機上料，皮帶機輸送至攪拌站。

2）混凝土生產及運輸

攪拌系統主要由攪拌機組、制冰機組、冷水機組、砂石料輸送和粉料輸送等組成。攪拌站設有4臺HZS180主機、2臺制冰機和2臺冷水機組。單臺攪拌機公稱容積為3.0 m3（即3 m3/次），生產能力為60 m3/h；制冰機組的總制冰能力為144 t/d；冷水機組的總制冷水能力為10 m3/h。攪拌站采用全自動計量系統控制，二次投料法上料。每臺攪拌機單盤攪拌時間為120 s，每斗上料、卸料時間均為30 s，4臺生產能力240 m3/h。制冰機結構分為上下兩部分，上部為鋼質集裝箱，其內安裝制冰機、制冷系統、電氣控制系統等，由鋼支撐架支撐；下部設有冰庫（可儲存75 t左右的冰）和輸送的耙冰機構，設有雙向輸冰水平螺旋輸送機，分別向2臺攪拌站送冰。另外，在攪拌機上部設有冰緩沖倉，緩沖倉下部設帶有輸送機的冰秤。冰庫出來的冰通過螺旋送至冰秤，計量后落入骨料秤下集料皮帶機，隨骨料一同進入攪拌機。冰秤的進料、計量及卸料控制由攪拌站控制系統統一控制。砂石料由裝載機從砂石料堆場取料，皮帶轉運至配料機，由配料機處計量分料至各攪拌站。粉料通過安裝螺旋管直接從儲存罐輸送至攪拌站。

沉管節段混凝土采用罐車在攪拌站接料、運輸、拖泵泵送、布料機澆筑4個環節。配置10臺混凝土罐車，負責從攪拌站接料和運輸混凝土至拖泵點。在廠房模板修整區側門處布置6臺拖泵，接泵管至布料機，混凝土通過拖泵泵送至布料機，通過布料機澆筑。

3）混凝土布料澆筑振搗

管節頂面混凝土采用4臺MX32-4移動式塔式布料機，最大布料半徑為32m，可覆蓋沉管頂面、側墻及中隔墻區域；行車道內各設置1臺RV8布料機，RV8布料機倒掛于行車道內模上，布料半徑為8 m，滿足腔內混凝土布料要求；廊道底板布料通過中間2臺MX32-4移動式塔式布料機從中墻布料、左右行車道內RV8布料機向底板布料。布料機布料范圍示意圖見圖2。

圖2 布料機布料范圍示意圖Fig.2 Sp reader range of fabrics schem atic

管節混凝土布料順序：分別是底板采用頂部4臺MX32-4布料機從側墻及中隔墻布料，行車道底板采用2臺RV8布料機布料；側墻、中墻、上倒角及頂板采用頂部4臺MX32-4布料機從側墻及中隔墻布料。

混凝土振搗分區：底板劃分為16個區域，由8個振搗小組負責，每小組配置2人，輪換操作；側墻和中隔墻共配置12個振搗組，每個振搗組配置2～3人，負責縱向7.5m范圍內墻內振搗工作，配置3臺振搗器（即每臺振搗器負責2.5m范圍）；頂板則安排12個振搗組，每組2人。主要采用70型插入式振搗器振搗。底板和頂板混凝土澆筑時，配置4 m左右長振搗棒，操作人員站在鋼筋頂面進行混凝土振搗；在側墻和中隔墻混凝土振搗時，振搗人員通過人孔進入側墻和中隔墻內的預留振搗通道內振搗。

混凝土分層澆筑和振搗：每個振搗點振搗時間為15～30 s，快插慢拔，嚴格控制棒頭插入混凝土的間距、深度，振動棒作用半徑約為35 cm，振搗棒移動距離不超過振搗棒作用半徑的1.5倍。上層混凝土的振搗要在下層混凝土初凝前進行，并且插入下層5～10 cm左右。對每一振搗部位必須振動到混凝土密實為止。密實的標志是混凝土停止下沉，不再冒出氣泡，表面呈現平坦、翻漿。

特殊部位的振搗：對于預留孔洞位置混凝土的振搗，采用在預埋木盒上開孔并埋入PVC管，振搗棒穿過預埋木盒對下方混凝土進行振搗；底板、側墻和中隔墻的剪力鍵為凸出結構，在該處模板的頂面設有振搗孔，方便振搗器插入振搗；吊點、系纜柱等特殊位置，在其預埋鋼板上留有振搗孔；對剪力鍵下方或內模倒角處混凝土采用斜插導向管，使振搗棒覆蓋全部位置，確保混凝土振搗密實；其中剪力鍵位置鋼筋較密，采用30型或50型振搗棒振搗；鋼端殼、預埋件、錨具及波紋管道等附近混凝土振搗時，應加密振搗間距，保證混凝土密實，同時，防止碰撞預埋件或管道，防止預埋件移位或管道破壞；為了防止預應力管道連接不好或振搗造成管道變形（破裂），混凝土澆筑前在管道內穿襯管，澆筑完成后及時取出。

3 混凝土施工優化

3.1 混凝土布料優化

1）布料順序優化

原方案中頂板混凝土布料澆筑是平行施工，在實際澆筑中該澆筑順序對模板受力有一定影響，出現廊道內模受力偏大現象。為改變對模板造成變形的因素，經討論優化為待中隔墻混凝土澆筑到頂板后，不移動布料桿，先在廊道頂板上布料30 cm左右，澆筑完成后，如果側墻倒角混凝土未澆筑至頂板位置，則將澆筑中隔墻的布料移至側墻進行澆筑。待中隔墻與側墻都澆筑到頂板平面位置后，將澆筑中隔墻的2個布料桿仍然進行廊道頂板上面的澆筑，直到澆筑到收面層為止。這種澆筑形式確保廊道內模受力方向是向兩邊行車道的，然后由行車道內模將力轉移至反力墻，減少廊道內模的受力，減少廊道內模變形，同時也確保了模板的質量。

2）布料輔助設施優化

側墻與中隔墻布料時布置有串筒，其目的是保證混凝土的流動性與黏聚性，保證成品質量。原方案布設的串筒材質較軟，使用過程中發現該串筒具有一定的缺陷，主要是管道內徑小而且材質軟，在澆筑混凝土時由于澆筑速度快易出現管道堵塞現象，不能確保澆筑的連續性，同時對管節施工時間也有一定的影響。對此，經討論優化后將內徑較小的較軟材質的布料串筒換成PVC管，該種材質的串筒在施工過程中能夠很好地解決先前布料中出現的問題，同時該種材質串筒的使用耐久性高于之前使用的串筒。無論是經濟合理性還是從保證混凝土澆筑的連續性與工期，都比之前使用的適用。

3.2 混凝土振搗優化

1）振搗輔助設施優化

由于沉管倒角鋼筋密度較大，隨著施工的進行，在振搗過程中發現倒角位置振搗難度較大而且易卡棒，為保證沉管管節成品質量，確保振搗質量，在經過多次試驗與討論之后，決定在上、下倒角位置增加輔助振搗設施，減少振搗難度，在倒角處增設振搗棒導向裝置。該裝置由導向筒（由鋼片焊接而成的圓柱形多空裝置）和封頭（由鋼片焊接而成的圓錐頭）組成，混凝土可流動通過導向筒與封頭，將導向筒固定在鋼筋骨架上，振搗棒在導向筒內可以到達上、下倒角位置。此種導向裝置可以減少由鋼筋密度過大帶來的卡棒現象，同時也加強了鋼筋密集區域的振搗，保證了混凝土成品質量，保障了沉管的耐久性。

2）行車道內模倒角處增設可拆裝擋板

行車道內模的設計尺寸與鋼筋籠之間預留混凝土保護層，在澆筑混凝土過程中行車道內模倒角處因為留有一定厚度，澆筑的混凝土會流動到行車道底板內，如果沒有擋板將此處擋住，下倒角保護層混凝土的密實性不能得到有效保障，有可能會出現狗洞現象。根據現場施工中發現的缺陷，經討論后在下倒角模板斜頭處與底板鋼筋之間設置了一套防止翻漿的擋板，擋板使用的材質是木板（200 cm×5 cm×20 cm），使用鋼筋將擋板固定緊貼內模下倒角斜頭處，待澆筑到側墻中部后拆除擋板并將倒角混凝土收平整。此項設置在澆筑過程中能夠很好地將行車道內下倒角內部混凝土達到飽滿，保證倒角成品質量，確保倒角尺寸滿足設計要求。

4 結語

港珠澳大橋沉管預制混凝土澆筑采用了全斷面一次性澆筑工藝，雖然該工藝具有施工難度大、施工控制要求高等問題，但在全體參建者的共同努力下，現已順利完成了24節沉管的預制，項目部在施工過程中采取的技術方案和安全措施有效保證了施工任務的順利進行。在施工過程中結合發現的問題，及時制定相應的優化措施，保證了沉管管節預制的安全與質量。

[1]張洪，范卓凡，劉然.港珠澳大橋島隧工程沉管預制模板施工工藝[J].中國港灣建設，2015，35（7）：57-60. ZHANGHong,FAN Zhuo-fan,LIU Ran.Construction technology for prefabricated immersed tube template of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge island and tunnel project[J].China Harbour Engineering,2015,35(7):57-60.

[2]李陽，楊紅.工廠法沉管預制混凝土泵送施工技術[J].中國港灣建設，2015，35（5）：56-61. LIYang,YANGHong.Construction technique of precast concrete pumping for factory method of immersed tube[J].China Harbour Engineering,2015,35(5):56-61.

[3]GB 50496—2009，大體積混凝土施工規范[S]. GB 50496—2009,Code for construction ofmass concrete[S].

[4] 楊紹斌，蘇懷平，張洪.大體積混凝土入模溫度控制研究[J].中國港灣建設，2013（4）：38-41. YANGShao-bin,SU Huai-ping,ZHANG Hong.Temperature control inmass concretebefore casting[J].China Harbour Engineering, 2013(4):38-41.

Construction and optim ization for concrete of factory-prefabricated immersed tube

FAN Zhuo-fan,FANChong,WANG Li
（China Communications2nd Navigational Bureau 2nd Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401121,China）

The design useful life of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge is 120 years.The union concrete pouring used the whole section once casting process to ensure the durability of immersed tube.Combining with the characteristics of concrete construction,we described the construction procedure and key points for operation.Through the concretematerial optimization and vibrating optim ization,we ensured the safety and quality of prefabricated immersed tube.

factorymethod;immersed tube;prefabricate;concrete construction;optimization

U655.4

B

2095-7874（2015）11-0094-04

10.7640/zggw js201511025

2015-10-12

范卓凡（1992— ），男，四川西充縣人，技術員，土木工程專業。E-mail：490134427@qq.com