大型沉箱模板的施工技術研究

陳希

摘 要：沉箱預制質量的一個重要的保證就是沉箱模板制作，文章結合福建莆田港東吳港區羅嶼作業區9號和10號泊位工程的實踐，介紹了沉箱預制過程中的模板設計過程和存在問題的處理措施。

關鍵詞：大型沉箱；模板工程；施工技術

中圖分類號：TU476 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）18-0026-03

隨著港口建設的高速發展，深水泊位的大批涌現使得沉箱預制向重型化、大型化發展，分層預制作為一種全新的預制工藝因其模板重量小、工程進度快、施工靈活等優點應運而生。本文就沉箱模板設計及參數、模板主要結構設計計算及存在的問題進行分析。

1 工程概況及工藝選擇

1.1 工程概況

羅嶼9號和10號泊位工程結構形式為重力式沉箱結構，9號泊位建設25萬 t級鐵礦石接卸碼頭1座，水工結構按30萬 t級船舶設計，10號泊位建設10萬 t級散貨碼頭1座，水工結構按15萬 t級船舶設計。本項目有3種型號的沉箱，因甲型、甲1型沉箱結構基本相同，模板設計按甲型、乙型兩種型號考慮，沉箱尺寸見表1。甲型、甲1型沉箱箱格布置圖，如圖1所示，乙型沉箱箱格布置圖，如圖2所示。

1.2 工藝選擇

沉箱擬采用分層進行預制，各沉箱分層高度見表2。考慮分層厚度及施工實際情況，為了便于施工過程中模板的拆裝及模板拼縫控制，保證沉箱外觀質量，沉箱模板擬采用大型鋼板作板面，以型鋼圍令、鋼桁架作為模板骨架，外模拼裝，芯模整體吊裝。

2 模板結構設計

2.1 模板設計規范

①《水運工程混凝土施工規范》（JTS 202-2011）。

②《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）。

2.2 模板設計計算參照手冊

①《建筑工程模板施工手冊》。

②《模板工程現場施工實用手冊》。

2.3 模板結構設計

2.3.1 模板套數

考慮到預制進度、便于材料周轉、節約成本，本工程計劃制作底層外模板1套，內芯模1套；標準層外模板2套，內芯模2套。首先進行甲型、甲1型模板制作，乙型沉箱模板采用該套模板進行改裝。

2.3.2 模板結構

模板結構采用型鋼作骨架，焊接制成鋼桁架立柱，橫向同樣以桁架做圍囹的大型模板工藝，外模板分節制作，一般單件最大重量控制在10 t左右，便于模板吊裝。

2.3.3 起重設備

兩臺300 t-m塔吊。

2.3.4 模板材料選取及相關參數

①模板材料及布置。

模板面板采用Q345b鋼板，厚度5 mm，其他型材均采用Q235b鋼材。

橫肋材料采用8槽鋼，最大間距Ly為480 mm。

豎向小肋材料采用-6×55扁鋼，最大間距Lx為355 mm。

豎向立柱材料采用10雙槽鋼，最大間距為600 mm。

豎向桁架立柱材料采用10槽鋼，斜撐材料采用L63×40×5，腹桿材料采用8槽鋼，間距為460 mm，桁架寬度為750 mm。

橫向圍囹桁架采用8槽鋼，間距為1 500 mm。

模板上部使用M30對穿螺栓，間距同桁架間距。底段模板下部采用底扒頂撐模板，封頂段模板下部采用M30螺栓及預埋在沉箱內的圓臺螺母進行固定。

②砼澆注參數。

泵送砼澆注工藝：坍落度控制在160～180 mm，采用軟管直接入倉，現場拌和站按45 m3/h的供砼能力計算：

Vmax=45/60.16=0.75 m（60.16 m3為1 m的混凝土方量）。

澆注速度按每小時上升砼0.75 m計，插入式振搗棒搗實。

3 模板主要結構設計計算

因乙型沉箱箱格尺寸同甲型、甲1型沉箱，因此乙型沉箱模板待甲型、甲1沉箱預制完成后利用甲型模板進行調整（整體尺寸調整），在此不作計算。甲型沉箱底層模板高度小于標準層，另橫肋、桁架結構間距相差不大，因此以下計算均依據甲型沉箱標準層模板。

3.1 模板側壓力驗算

①按《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008）中相關條文計算，并取其中的較小值：

F=0.22？酌ct0？茁1？茁2V■=0.22×24×4×1.2×1.15×0.75■=25.2 kN/m2

F=？酌cH=24×4.7=112.8 kN/m2

？酌c為混凝土的重力密度（kN/m3）。

t0為新澆混凝土的初凝時間（h）。

？茁1為外加劑影響修正系數，無外加劑取1.0，有緩凝作用的外加劑取1.2。

？茁2為混凝土坍落度影響修正系數，坍落度<30，取0.85，坍落度在50～90取1.0，坍落度在110～150取1.15。

V為砼澆注速度，這里取0.75 m/h。

H為側壓力影響高度。

計算示意圖，如圖3所示。

②按《水運工程混凝土施工規范》JTS202-2011，采用插入式振搗器，混凝土模板側壓力計算：

Pmax1=8Ks+24KtV■

式中：

Kt為溫度校正系數，取值見表3。

V為砼澆注速度，這里取0.75 m/s；

Ks為外加劑波動修正系數，坍落度>80取2.0，坍落度在<60取1.0，這里取2.0。

Pmax1=8Ks+24KtV■=8×2+24×1×0.75■=37 kN/m2

振搗混凝土對垂直模板所產生的荷載Pmax2=4 kN/m2

傾倒混凝土產生的水平動力荷載Pmax3=2 kN/m2

因此混凝土對模板的側壓力：

Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43 kN/m2

③新澆混凝土側壓力標準值取最大值即4.1.2的計算值0.043 N/mm2。

3.2 相關驗算

鋼的抗拉許用強度=215 N/mm2；

彈性模量E=2.06×105 N/mm2。

3.2.1 鋼面板計算

①強度驗算。

選面板區格中三面嵌固、一面簡支的最不利受力情況進行計算。

Lx/Ly=355/480=0.74，查表可得：

KMxo為-0.075，KMyo為-0.057，撓度系數KW為0.00219，一邊簡支一邊固定見表3。