沉箱現場預制及出運施工技術

■徐忠軍(廈門港口開發(fā)建設有限公司，廈門　361012）

沉箱現場預制及出運施工技術

■徐忠軍
(廈門港口開發(fā)建設有限公司，廈門361012）

摘要本文以潮州港擴建貨運碼頭工程(復工）為例，系統(tǒng)介紹沉箱現場預制場地及出運設計，現場沉箱預制及出運施工技術要點，并重點針對利用老碼頭作為出運碼頭的加固改造技術及沉箱預制活動底胎模的新工藝進行分析、探討，旨在為今后類似工程提供借鑒和參考。

關鍵詞沉箱現場預制出運設計活動底胎模新工藝

1　引言

隨著我國水路運輸業(yè)務的快速發(fā)展以及靠泊碼頭的運輸船舶越來越向大型化方向發(fā)展的趨勢，對港口建設需求也提出了更高的要求，新建港口泊位也必須同步發(fā)展為深水泊位，同時對于已建大量的老碼頭結構進行加固改造，以滿足現行船舶大型化的靠泊需求。而對于重力式沉箱結構的碼頭型式，要求沉箱預制逐漸向高、大方向發(fā)展，沉箱重量也從最初的幾十噸發(fā)展到上萬噸，沉箱的預制、出運、安裝工藝以及出運、安裝施工設備能力也要不斷地提高。

2　工程概況

本工程位于潮州市饒平縣南面的拓林灣三百門水道西北側沿岸，建設岸線長度351m，因建設資金問題于2005年起處于停工狀態(tài)，建設期間完成碼頭西側22塊空心方塊(方塊分上下兩層，上層無底方塊單塊重90t，下層帶前后址有底方塊重175t）及其上部卸荷板的安裝以及西側28m段砼胸墻(胸墻頂標高+5.45m），形成岸線長度126.5m，其西側相鄰為已經建成的戰(zhàn)備碼頭。2013年工程復工建設，復工新建段將原設計的空心方塊變更為大沉箱結構型式，大沉箱共13件，沉箱重1300t，長18.61m、寬11.2m、高12.85m，倉格數量8個、尺寸4.61m×4.25m。

3　現場預制場設計

本工程在招投標期間考慮將預制場選擇在水上距離現場約20km的潮洲亞太碼頭附近，該預制場有預制、出運重約2400t沉箱的成功經驗，目前已廢棄多年。工程開工后對該預制場實地調查發(fā)現，預制場恢復生產周期較長，20km海上沉箱拖帶運輸需穿越大范圍的海上養(yǎng)殖區(qū)且運輸水道水深不足，同時在預制及出運期間對附近潮洲亞太碼頭生產作業(yè)及營運安全將產生一定的影響。而本工程西側已建成的40m岸線長度的戰(zhàn)備碼頭后方目前基本處于閑置狀態(tài)，通過戰(zhàn)備碼頭結構穩(wěn)定性計算，并根據預制場地質勘察資料等相關資料驗算，戰(zhàn)備碼頭后方可作為沉箱現場預制場詳見圖1。

圖1　潮州項目沉箱預制場平面布置圖

同時考慮將沉箱出運碼頭安排在已安裝22塊空心方塊的老碼頭段，通過對已建126.5m西側28m段結構的穩(wěn)定性計算，出運碼頭的抗傾、抗滑及地基承載力均滿足現行規(guī)范的要求，但空心方塊結構底板強度達不到要求，必須先行對沉箱出運碼頭段空心方塊底板進行注漿加固，注漿厚度按1.2m考慮，經驗算注漿后底板強度能夠滿足現行規(guī)范的要求；根據對空心方塊上部已安裝的卸荷板內力及配筋計算結果顯示，原卸荷板懸臂端強度略低，不能滿足大沉箱出運的要求，需對沉箱出運碼頭段卸荷板進行局部加固改造，即對原卸荷板進行植筋后在其表面現澆一層厚度不低于300mm的鋼筋混凝土，以增加卸荷板斷面高度，改造后卸荷板強度可滿足使用。詳見圖2。

圖2　出運碼頭及通道斷面圖

3.1沉箱預制區(qū)相關設施的配備

預制場實施前對擬規(guī)劃使用范圍地質進行布孔勘察，探明地層分布情況及巖土物理力學指標，地質勘察報告顯示，碼頭后方面層結構層以下有5～7m回填砂層，下臥層軟弱土層僅1～2m，屬地質條件較好場地，場地可使用面積約7500m2。

(1）根據預制場及出運碼頭的總平面布置，首先將戰(zhàn)備碼頭后方由原標高+5.45m開挖至標高+3.4m，后采用裝載機對擬建場地進行場平處理，使用20t壓路機碾壓，壓實度不小于94%。場地平整完畢之后進行龍門吊軌道基礎、沉箱底模位置等測量放線，再進行門吊軌道梁和沉箱底模基礎的開挖、換填和鋼筋砼澆筑。

(2）沉箱底模：為滿足沉箱預制、安裝總體進度要求，現場擬布置4個底模，底模長20.61m、寬13.2m。底模底部換填50cm小塊石并充填密實后，采用20t振動碾碾壓，上面澆筑10cm砼墊層和30cm厚C30鋼筋砼連續(xù)板,鋼筋采用雙向布置，平行于長邊方向上下層主筋采用Φ16，平行于短邊鋼筋采用Φ14，鋼筋間距均為20cm。

(3）軌道梁基礎：本工程沉箱預制，采用2臺20t龍門吊完成模板的拆裝、材料轉移等工作。為防止轉移構件過程中地基發(fā)生不均勻沉降，軌道基礎采用鋼筋混凝土軌道梁結構，單條軌道梁長約74m，單段按12m考慮，段與段間設置2cm分縫。在軌道兩側設6個防風地錨，用于龍門吊防臺風、防強風。軌道梁頂標高為+3.8m，2條軌道中對中跨度為24m。軌道梁基礎斷面圖如圖3所示：

圖3　軌道梁中間斷面示意圖

3.2地垅牛設置

為滿足沉箱縱、橫移動受力的需要，現場擬布置19個地垅，地垅尺寸為2m×2m×2.5m，單個地垅混凝土用量為10m3。采用C20混凝土，中間預埋扣環(huán)。地垅承受力包括自重、被動土壓力、與周邊粘結摩擦力等。設計前主要針對沉箱出運牽引力、地垅穩(wěn)定性、地?？郗h(huán)受力等進行驗算。

3.3沉箱出運通道及出運碼頭

沉箱出運通道擬設置在堆存區(qū)前端，寬28m，長30m，高程為+3.4m～+3.9m，坡比為1∶60。出運通道外側加寬10m，作為出運施工時人員和車輛的通行道路。

在出運通道南端設置出運碼頭，出運采用中交某局的半潛駁，該船型深4m，全長45m，全寬39m，型寬33m，內寬27m，空載吃水1.6m，滿載吃水3.1m，舉力約3000t (見圖4)。按此半潛駁相關參數對出運碼頭進行設計，原碼頭面高程為5.45m，為最大限度滿足每月沉箱可上半潛駁的作業(yè)天數，需人工對已建的28m段胸墻砼進行鑿除降至設計頂高程+3.4m，擱置平臺斷面尺寸寬×高為1.2m×1.2m。

圖4　沉箱平移上半潛駁示意圖

4　沉箱預制、出運

4.1沉箱底胎模設計

以往大多數工程沉箱的預制施工，其底胎膜結構大多分為二層：下層為原地面碾壓后澆筑的砼結構；上層由工字鋼、槽鋼對鎖成一封閉框架式充砂底胎膜(圖5），框架之間隔倉數按照平移沉箱所需氣囊條數確定，隔倉內填滿中粗砂，并灌水使其密實，面鋪膠合板及纖維板。待預制沉箱的砼強度達設計要求后，掏空隔倉內的填砂，穿入氣囊頂升沉箱，撤除工字鋼，平移出運沉箱。

圖5　充砂底胎膜

圖6　脫模臺車結構圖

為滿足現場文明施工要求、減少工人勞動強度、加快沉箱出運速度，本工程擬采用活動底胎模，替代傳統(tǒng)的充砂底胎模。用雙排25H型鋼代替雙排25#槽鋼，用可升降的脫模臺車代替充砂，單個標準件脫模臺車尺寸為1.7m×3m，高0.25m，重約0.8t，現場可根據實際沉箱長度配置脫模臺車，兩個脫模臺車之間傳動軸通過套筒連接，鋼材通過螺栓連接，鋼板水平度可以通過可調螺母來調整。通過專用板手旋轉傳動軸，蝸桿帶動渦輪旋轉，實現螺桿的上升和下降帶動鋼板上升和下降。在正常高0.25m的基礎往上最大能上升1cm，往下能下降3cm，可升降的最大行程為4cm。本工程擬布設2套活動底模，共需64套1.7m×3m標準件脫模臺車。單個脫模臺車的結構如圖6：

4.2活動底胎模鋪設

本工程沉箱預制采用活動底胎模，場地澆筑30cm厚的鋼筋混凝土作為活動底胎?；A，澆筑完成后混凝土面最大高差控制在5mm以內。在混凝土基礎上沿沉箱長度方向鋪設9組25H型鋼(2根焊拼為一組），形成8個槽位，一個槽位內鋪設4個1.7m×3m標準件脫模臺車，全部脫模臺車鋪設完成后，對整個底模清理干凈再涂刷一層脫模劑，然后鋪一層3mm厚纖維板。

4.3活動底胎模拆除

沉箱底層澆筑完成7～10d，待混凝土強度達到75%后再拆除活動底模，澆筑底層時多預留1～2組試塊進行同條件養(yǎng)護，活動底模拆除前先對預留的試塊進行試壓，達到強度要求后再拆除活動底模。活動底模拆除時，采用板手旋轉傳動軸，蝸桿帶動渦輪旋轉，帶動螺桿上升，螺桿通過開孔處，頂上上部的H型鋼產生一個向下的力實現脫模，在這個過程中人工適當敲擊鋼板進行輔助，以便能更順利脫模。脫模后，臺車下面的輪子會座落在H型鋼內，人工或卷揚機拉動臺車，移出臺車。

4.4沉箱底層及標準層模版設計

本工程沉箱結構尺寸基本一致，外模板設計共分4層，底層模板高2.4m，標準層模板高3.5m。考慮到預制進度、材料周轉及成本，設計制作底層內芯模1套，標準層內芯模1.5套。外膜分層及各層模版高度如表1：

表1　外膜分層及各層模版高度表

模板在沉箱預制場已澆筑完成的砼胎模上現場加工，現場配備1臺20t龍門吊，一臺50t履帶吊起重設備。

4.4.1底層模板

外模共分4片，配板采用鋼板板面加橫豎肋、橫圍囹、豎桁架，為保證模板上口平直，外模上口設水平桁架一道。芯模板面采用鋼板板面，底腳用δ6鋼板焊成帶壓腳板的異型模板，上下各設一道水平桁架。

外模底腳通過預埋孔固定，內模底腳通過對拉件固定，內外模之間上口通過拉桿對拉。前趾部分板面采用組合鋼模板和δ5鋼板做成的異型板連成一體。外模板直接支立在混凝土底胎模上，在底板主筋上豎向焊接長度10cm鋼筋頭以支撐整體內模，詳見底層模板支立剖面示意圖(圖7）。

圖7　底層模板支立剖面示意圖

4.4.2標準層模板

外模與底層對應也分4片，采用定型組合鋼模板豎排板，橫圍囹、豎桁架結構，并設有上、下操作平臺和欄桿，內外模以及內模之間上口通過拉桿對拉。外模底腳通過拉桿和底層澆筑時所預埋螺母緊固，底平臺也是通過預埋螺母固定。

標準內模采用定型組合鋼模板橫排、豎桁架結構，整個內模由四片配板、角模板和木閘板以及吊裝架組成。四片內模通過吊裝架連接成一個整體，整體支拆。內模上口設水平桁架，上面鋪δ3鋼板作為操作平臺。標準內模支承方式采用縱、橫各2條12號雙排槽鋼作為托架支承，支承端頭采用8號雙排槽鋼插入預留在沉箱壁上插孔，插入深度不少于8cm，且兩槽鋼之間要有限位裝置。

4.5沉箱砼澆筑

沉箱砼澆筑采用地泵泵送工藝。混凝土由現場自建的攪拌站(HZS90）集中攪拌，3輛8m3攪拌車運輸，再由地泵泵送入模，人工配合調整出料管角度和位置，澆筑入模。

砼澆筑采用水平分層澆筑法，分層厚度不大于50cm；澆筑底板時按先隔倉后前趾，前趾混凝土澆筑振搗后停止供灰約0.5h后再開始墻體混凝土澆筑，防止內隔倉出現反漿；澆筑標準層墻體時按先外墻后隔墻的順序進行澆筑。

4.6沉箱出運

沉箱出坑采用超高壓氣囊滾動平移出運。氣囊搬運是在沉箱的底部放置若干條圓柱形超高壓膠囊，膠囊充氣后將沉箱頂起，取出活動底胎模和工字鋼，卷揚機牽引，氣囊滾動使沉箱產生水平移動。沉箱上駁后，沉箱底板四周用方木墊住，抽出氣囊。拖輪將半潛駁運到現場下潛坑下沉，下沉過程中對沉箱隔艙計算要求加壓艙水，使沉箱達到浮游穩(wěn)定要求，當沉箱能自由穩(wěn)定地漂浮在水中時，采用起重船將其吊離半潛駁至安裝區(qū)域安裝就位。詳見圖8。

圖8　沉箱上半潛駁圖

5　結束語

本文以潮州港擴建貨運碼頭工程(復工）為例，系統(tǒng)介紹了沉箱現場預制場地及出運碼頭設計，現場沉箱預制、出運等施工技術要點，并重點針對利用老碼頭作為出運碼頭的加固改造技術及沉箱預制活動底胎模的新工藝進行了分析?？偨Y如下：

(1）利用老碼頭作為出運碼頭的加固改造技術時，應對舊碼頭結構進行了抗傾抗滑穩(wěn)定性驗算、基床及地基承載力以及構件強度的復核驗算，如不滿足現行規(guī)范要求，應對其構件進行加固改造。

(2）沉箱底胎膜近年來工程上均采用充砂底胎模的工藝，但在進行拆卸填砂底模時往往用高壓水槍沖出填砂，清砂時也要盡量對稱進行，確保沉箱底板基礎受力均勻，同時沖砂時會造成施工現場污水橫流，污染周邊環(huán)境，滿足不了安全文明施工的相關要求。而采用可升降的脫模臺車代替充砂底模，不僅滿足現場安全文明施工要求、減少工人勞動強度，也能加快沉箱出運速度、確保沉箱預制工程質量，希望該工藝能在今后沉箱預制工程中得到廣泛應用、推廣。

參考文獻

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