桶式結構預制施工工藝

高自兵，丁海龍，杭建忠

（1.中交第三航務工程局有限公司江蘇分公司，江蘇連云港222044；2.中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032）

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桶式結構預制施工工藝

高自兵1，丁海龍1，杭建忠2

（1.中交第三航務工程局有限公司江蘇分公司，江蘇連云港222044；2.中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海200032）

為適應日益外海化深水化的防波堤工程施工，具有施工效率高、造價低、對環境影響小、占有資源少、結構新穎等特點的新型無底桶式結構將取代傳統的拋石堤、砂被堤等結構形式。基于此，文中主要介紹連云港港徐圩港區東直立式防波堤新型桶式結構的預制施工工藝，詳細表述桶式結構預制流水化施工的全過程，并對其中關鍵點進行闡述。總體施工工藝成熟，達到了預期效果。

桶式結構；預制；施工工藝

1　工程概述

連云港港徐圩港區直立式結構東防波堤工程是徐圩港區形成掩護條件的第一步，是港區形成的前提，也是桶式結構在國內的首次應用。作為江蘇沿海開發戰略一部分，工程建設意義重大而深遠[1]。

本工程地處連云港徐圩港區，工程北距連云區35 km、核電南路20 km。工程內容為直立式結構東防波堤4 100 m，分為：1）桶式結構ET1—ET51段防波堤（Ⅰ階段），該段為回填區段，本段結構兼具擋土和防浪功能，長1 076 m。2）桶式結構ET52—ET195段防波堤（Ⅱ階段），該段為無回填區段，長3 024 m[2]。

連云港港徐圩港區直立式結構東防波堤工程主體結構由195個基礎桶式結構組成，其中1個（ET1）無上層圓筒。桶式結構安排在徐圩港區預制廠預制施工。

桶式結構預制部分由下層基礎桶和上層圓筒組成。下層基礎呈橢圓形，無底有蓋，桶體的長軸30 m，短軸20 m，高度9～11 m。下層桶體通過2道橫隔墻和2道縱隔墻劃分為9個隔倉，下層桶體壁厚40 cm，隔倉壁厚30 cm。下層桶體頂部蓋板高度為0.5 m、0.6 m兩種，由預制蓋板和現澆蓋板共同組成。上部2個筒體坐落在基礎桶體頂板上，上筒體為圓形，直徑8.9 m，壁厚40 cm，筒高7.5～10 m，兩筒沿短軸方向排列[3-4]，如圖1。

圖1　桶式結構Fig.1　Bucket-based structure

桶式結構采用分層制作，自下而上共分5次混凝土澆筑，下層桶分2層，一層、二層鋼筋均在臺座上完成鋼筋綁扎然后立模澆筑，下桶頂板采用疊合板施工工藝，預制板安裝完成后實施現澆面層作業。上層筒鋼筋在專用區域綁扎完成后吊裝，分2層澆筑。下層桶分層情況是：下層桶墻身分2層澆筑，第1層5.30 m，第2層施工到蓋板底部，安裝預制蓋板后，澆筑蓋板現澆層，上層圓筒分2層澆筑，下層高5.5 m。見圖1（a）。

2　預制工藝流程

施工工藝流程如圖2。

3　桶式結構預制施工

3.1模板施工

模板內模每個隔倉均采用單個倉體整體吊裝工藝。并根據桶體高度不同，預留模板調節功能。整體式模板施工合理、整體剛度高，在長時間重復使用過程中的總體變形量較小。底模采取活動底模與固定底模結合的方式，只需進行首次精確定位，后續底模拼裝可模塊簡單化，有效減少中間操作流程。內模板可通過內部調節絲桿進行安裝和拆除，施工效率較高。

3.1.1下桶體底模板

圖2　桶式結構預制施工流程圖Fig.2　Process flow of precast bucket-based structure

下桶體底模板與基礎桶體底面相對應，底模采用活動與固定底模相結合的方式，底模板沿桶體長度方向分成3塊，兩側為固定底模；中間部分（放置出運托盤區域）為活動鋼底模，安放千斤頂（20 t間距1 m），便于鋼底模卸落和拆除。兩側固定底模采用混凝土基礎+鋼箱梁的結構形式，中間16.2 m范圍內活動底胎膜采用馬凳+千斤頂+鋼箱梁的結構形式。各型號模板之間均采用螺栓進行連接，首次組裝完成后，進行對中調整及頂面平整度調整，之后將固定底鋼梁部分與預制好的混凝土臺座進行固定連接。活動底模拆除時，首先將連接螺栓進行拆除，待螺栓拆除完成后，逐個拆除底部千斤頂，在底模下方提前放置好支撐小車，待千斤頂拆除后，底模落到小車上，通過移動小車將活動鋼底模運出（圖3、圖4）。

圖3　底模平面圖Fig.3　Plan of bottom mold

圖4　鋼底模鋪設Fig.4　Paving of steel bottom mold

3.1.2下桶體模板

本工程桶式結構下桶共6種高度，高度分別為8.55 m、9.05 m、9.55 m、10.05 m、10.55 m、11.05 m，詳見表1。

表1　桶式結構下桶高度Table1　Height of the base bucket

結合現場施工情況，為減少安裝操作次數提高工作效率，下桶構件澆筑考慮按分3層進行施工，每層獨立施工。下桶體第1層（5.3 m）、第2層（h2）和第3層（0.5～0.6 m）。第2層設置了1.5 m的可調節高度，0.5 m為1個調節點，可滿足10.55 m，10.05 m和9.55 m三種類型的桶體施工，同時模板設置了1 m的活接部分，可將其拆除，模板高度變為9.55 m，即可滿足8.55 m，9.05m，9.55 m和10.05 m四種類型的桶體施工。

1）下桶體一層模板

下桶體一層外模板采用龍門吊或吊車直接吊裝安裝。下桶體一層內模板在首先通過調節絲桿，將模板面向內收縮，面板懸掛在吊裝架上，通過龍門吊起吊至模板安裝位置，定位完成后，調節下部頂絲，調整模板標高，調節側模板頂絲，將側面模板調增到位，并通過上下對拉絲桿對內外模板（內內模板）進行對拉加固（圖5）。面板調整到位后，將角模安裝到位并進行加固。模板驗收合格進行混凝土澆筑。模板拆除順序為先拆除角模，后收縮側面板。

圖5　下桶體一層內模板Fig.5　Inner formwork of the first bottom of bucket

2）下桶體二層模板

下桶體二層內模板吊裝施工流程與下桶體一層內模板相同，外模板同樣為吊裝安裝施工。僅在模板底部加固方式有所不同。下桶體二層內用底部采用頂絲支撐加固，在一層外模頂部下反250 mm處設置埋件（圓臺螺母）用于二層外模板就位及加固。模板在內部支架上設置了3個調節點（二層內模支架立桿采用φ89圓管，下部調整段立桿材料為φ108，內徑能放入φ89圓管），每個調節點間距0.5 m，同時模板設置了1 m的活接，可根據需求進行拆裝，滿足模板高度調節需求。

3）下桶體三層模板

下桶體三層混凝土分為500 mm、600 mm兩種高度，模板按500 mm+100 mm（活接槽鋼）配置，施工500 mm高度桶體時，將上部100 mm槽鋼取下即可。在二層外模頂部下反250 mm處設置埋件（圓臺螺母）用于三層外模板就位及加固。

3.1.3上圓筒模板

上層筒單個圓筒內模板由內模4片，拆模塊4片組成；外模板由外模4片組成（圖6）。上層筒2個圓筒作為整體同步施工。模板連接部位采用角鋼∠160×140×10，用M24螺栓進行連接。趾板的模板工藝與上層筒圓筒部分基本相同，僅增加斜坡面模板。上筒高度主要為9.35 m，7.85 m和7.95 m三種類型，模板配置總高度為9.45 m，第1層5.5 m，上層按最高筒配置，并設置1.5 m的活接，拆除后可滿足7.95 m和7.85 m兩種類型的上筒施工。上圓筒鋼筋施工完成后，先安裝上圓筒一層模板，先安裝內模板，模板加固好后，再安裝外模，安裝完成后澆筑混凝土；上圓筒第2層模板在一層模板上安裝，并澆筑第2層筒體。

圖6　上筒模板工藝圖Fig.6　Construction flow diagram of the upper bucket mold

3.2鋼筋施工

3.2.1概述

桶式基礎結構的鋼筋加工制作在鋼筋區進行。鋼筋原材料堆存用混凝土墊楞支墊。鋼筋接長采用對焊及綁扎。成型后的鋼筋用平板車或龍門吊運往鋼筋綁扎區或綁扎臺座。上層筒鋼筋籠在外側專門區域綁扎吊裝。

3.2.2下桶體鋼筋

在鋼底模驗收合格后，吊裝進入專用綁扎架，同時將已加工好的半成品鋼筋運輸到位，開始進行下桶體一層鋼筋綁扎（圖7）。

下桶體一層模板拆除后，及時吊裝二層綁扎架，并運輸半成品材料到場，進行鋼筋綁扎施工。待預制蓋板安裝完成后，焊接預制蓋板連接鋼筋，并綁扎面層鋼筋。

3.2.3上圓筒鋼筋

在生產線后方放置上圓筒鋼筋綁扎架（圖8），并進行上圓筒鋼筋綁扎，待下桶體現澆面層澆筑完成，且強度到達要求后，將上圓筒鋼筋籠整體吊裝，與下桶體預留鋼筋對位準確后，進行焊接施工。

圖8　上圓筒鋼筋綁扎完成Fig.8　Steel banding completed of the upper bucket

3.3混凝土施工

3.3.1混凝土配合比設計

水泥選用標準稠度低、強度等級不低于42.5的中低熱硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；摻和料選用優質礦粉、粉煤灰，細度不小于4 000 cm2/g；碎石優化級配設計，采用二級配，空隙率小、針片狀少；細骨料選用級配良好的中粗河砂；減水劑選用與水泥匹配的坍落度損失小的高效減水劑，其減水率不小于25%。

3.3.2混凝土施工

下桶體一層、二層混凝土方量分別為310 m3、290 m3，方量大，桶體施工時間長。

1）混凝土拌制

結合每次桶體混凝土澆筑時間及混凝土總體施工方量，混凝土攪拌樁采用2臺3 m3強制式拌合機（額定產量180 m3/h）進行混凝土拌制。

2）混凝土的運輸、入模

現場采用混凝土罐車進行混凝土運輸，現場架設汽車泵澆筑混凝土入模。澆筑時2臺泵車對稱澆筑（圖9），采取先外后內的澆筑順序，自由下落高度約1.5 m；澆筑分層進行，分層厚度為50 cm，每層澆筑時間約為30 min，確保了新舊混凝土不會出現冷縫。

圖9　混凝土對稱澆筑Fig.9　Schematic diagram of symmetrical concrete casting

3）混凝土的澆筑與振搗

由于下桶體分為9個隔倉，為了保證振搗到位，振搗人員需到隔倉內進行施工作業，安排24個振搗工人在隔倉內，分別為1號、2號、3號、4號、6號、7號、8號、9號隔倉，每個隔倉3個人，2臺振搗泵。上筒體每個筒體安排9名工人，6臺振搗泵。

在混凝土振搗時，每一振點的振動時間為混凝土搗實至表面呈現浮漿和不再沉落為止；混凝土振搗時，先外后內，振搗間距300 mm，每一振點的持續振搗時間15～20 s，以混凝土表面呈現水泥漿和不再沉落為度。振搗棒垂直插入混凝土中，并快插慢拔，上下抽動，保證上下2層混凝土結合成整體，振搗棒插入下層混凝土中為5～10 cm；為保證振搗器插入混凝土中適當長度，在振搗棒軟管上綁上了標記線，間距50 cm。每一振點的振動時間為2 s。每層下灰至頂部時，進行了二次振搗，清除浮漿，保證了每層的頂部不松頂。并用5 cm×5 cm×50 cm長的木條進行壓槽，確保上下層混凝土的連接。

3.3.3混凝土養護

混凝土澆筑完成后，及時用保水性較好的土工布等材料覆蓋，防止風干日曬失水。結硬后立即開始保濕養護。混凝土養護采用揚程35 m的高壓水泵。拆除模板前12 h，擰松側模板的緊固螺帽，讓養護水順模板與混凝土脫開面滲下，養護混凝土側面。在氣溫較低時，注意覆蓋保溫材料，保持混凝土濕潤和溫度。在整個養護期間，尤其是從終凝到拆除模板的養護初期，確保混凝土處于有利于硬化及強度增長的溫度和濕度環境中。在常溫下至少養護14 d。

桶體內側采用養護液養護，外側則采用噴水養護。

3.3.4施工縫處理

針對較高的氣密性要求，施工縫的處理作為重點進行控制。

1）控制混凝土坍落度不要過大，澆筑完畢后，及時將頂部的浮漿排出。

2）施工縫處進行鑿毛處理，在已硬化的混凝土表面上，清除水泥薄膜和松動石子以及軟弱混凝土層。

3）在下層混凝土抗壓強度達到1.2 MPa后，方可澆筑上層混凝土。

4）在澆筑新混凝土前，先用水充分濕潤老混凝土表面層，低洼處不得留有積水。然后鋪1層厚度為10～30 mm的水泥砂漿，水泥砂漿的水灰比小于混凝土的水灰比。

5）在下層混凝土中間壓凹槽，并設膨脹橡膠條。

6）澆筑上層混凝土前使用界面劑。

4　結語

1）桶式基礎結構預制根據現場預制施工不斷調整改進，形成了完善的預制施工流程，桶體預制質量優良，桶體水上安裝反應氣密性良好，完全達到設計要求。

2）至2015年6月，共預制桶式結構130個，桶式結構預制進度、質量良好，桶式結構預制安裝每月可達22個，月最大桶式防波堤進尺達到450延米。與傳統斜坡式防波堤結構的對比，優勢明顯。該桶式結構的成功應用，為其它類似港口的開發建設，提供了一個新方向。

3）桶式結構預制施工工藝重點從桶體氣密性控制等方面切入，合適的分層高度、上下層混凝土接縫處理等是該施工工藝的控制要點。

4）下桶體不同高度的轉換，涉及到模板結構的調整，會降低模板使用周轉速度，桶式結構預制施工速度降低。同時也容易導致模板結構損壞，降低使用壽命，增加施工成本。

[1]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.連云港港徐圩港區防波堤工程工程可行性研究報告[R].2011. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study of the breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2011.

[2]中交第三航務工程勘察設計院有限公司.連云港港徐圩港區直立式結構東防波堤工程初步設計[R].2012. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of the east up-right breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R]. 2012.

[3]高志偉，李亞，高樹飛，等.徐圩防波堤工程桶式基礎結構設計[J].水運工程，2013（10）：89-94. GAO Zhi-wei,LI Ya,GAO Shu-fei,et al.Structure design of bucket-based structure for Xuwei breakwater[J].Port&Waterway Engineering,2013(10):89-94.

[4]高志偉，陳甦，李武，等.桶式基礎結構土壓力分布規律[J].中國港灣建設，2013（1）：18-21，55. GAO Zhi-wei,CHEN Su,LI Wu,et al.Pattern of distribution of soil pressure on bucket foundation[J].China Harbour Engineering, 2013(1):18-21，55.

Prefabricated techniques of bucket-based structure

GAO Zi-bing1,DING Hai-long1，HANG Jian-zhong2
（1.Jiangsu Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Lianyungang,Jiangsu 222044,China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

With more and more breakwaters are constructed in deep waters and open seas,the traditional riprap embankment and sand quilt dike will be replaced by the new bottomless bucket-based structure,which has the advantages of high efficiency,low cost,environment friendly,energy saving and novel structure.We introduced the prefabricated techniques of the new bucket-based structure of the east upright breakwater in Xuwei District,Lianyungang Port,and described the overall process of streamline prefabricated construction of bucket-based structure.It turns out the overall construction techniques are matured to meet the desired effects.

bucket-based structure;prefabricated;construction techniques

U655.54

B

2095-7874（2016）03-0064-05

10.7640/zggwjs201603014

2016-01-12

江蘇省科技支撐計劃項目（BE2013663）；江蘇省交通運輸科技項目（2013Y20）

高自兵（1983—），男，江蘇興化市人，工程師，從事港口與航道工程管理和技術管理、研究工作。E-mail：185223053@qq.com