特大型沉箱預(yù)制施工工藝研究

張宇+劉鵬飛

摘 要：隨著沿海城市交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對基礎(chǔ)建設(shè)不斷提出新要求。沉箱的重量隨著施工工藝實(shí)際情況和需要而不斷增大，目前國內(nèi)預(yù)制沉箱的重量從幾百噸逐漸發(fā)展至數(shù)千噸甚至上萬噸。沉箱重量的提高有利于大型基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，但其預(yù)制施工又成為了一個新的難題。本文結(jié)合大連南部濱海大道工程主橋基礎(chǔ)錨碇大沉箱的施工實(shí)例，分析了超大型沉箱預(yù)制中的難點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)，尤其是面對北方寒冷氣候所實(shí)施的冬季施工質(zhì)量保證措施，為今后大型構(gòu)件預(yù)制提供豐富的借鑒。

關(guān)鍵詞：特大型沉箱；預(yù)制；冬季施工

中圖分類號：U443.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）03-0041-03

1 項(xiàng)目概況及沉箱要求

大連南部濱海大道跨海大橋，即大連星海灣大橋，為中國首座海上地錨式懸索跨海大橋。全長約6公里，主橋820米，其中主橋主跨460米，兩側(cè)邊跨各180米，主橋?yàn)殡p塔三跨地錨式懸索橋。橋塔采用“門”式框架混凝土結(jié)構(gòu)，橋塔高達(dá)112.31m，對下部錨碇結(jié)構(gòu)提出了新的要求。后經(jīng)過設(shè)計(jì)反復(fù)驗(yàn)算，錨碇結(jié)構(gòu)采用重力式沉箱基礎(chǔ)。

本工程共需預(yù)制大沉箱兩個，沉箱尺寸為69m×44m×17m，是當(dāng)時(shí)國內(nèi)最大的沉箱，共設(shè)150個艙格，艙格尺寸為4.26m×4.04m。沉箱施工使用兩種高性能混凝土，抗凍等級達(dá)到F350。頂口以下5m范圍內(nèi)處于水位變動區(qū)和浪濺區(qū)，強(qiáng)度設(shè)計(jì)為C45，其余部位為C35。單個沉箱混凝土方量約10400m3，鋼筋用量約1128.23t，總重約26000t。沉箱效果圖如下：

2 預(yù)制將或面對困難

2.1 工期緊、工作量大

大沉箱預(yù)制混凝土總方量約20800m3，鋼筋總量約2250t，單個沉箱150個艙格，僅模板配備就多達(dá)2800t，工作量十分龐大。而按照施工進(jìn)度計(jì)劃，預(yù)制工作需在5個月內(nèi)完成，工期全程跨越冬季，其中還包括中遠(yuǎn)船塢15天放水時(shí)間及春節(jié)假期，施工強(qiáng)度可想而知。

2.2 技術(shù)難度大，質(zhì)量要求高

本工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，這對混凝土耐久性提出較高的要求。由于大連地處北方，混凝土的抗凍性是確保耐久性的重要指標(biāo)。

錨碇沉箱底板厚1m，單次澆筑方量達(dá)2154m3，大體積混凝土防裂是本次沉箱預(yù)制施工質(zhì)量控制重點(diǎn)和難點(diǎn)，項(xiàng)目部依托沉箱數(shù)模、物模試驗(yàn)實(shí)施有針對性的技術(shù)措施，保證沉箱預(yù)制質(zhì)量。

2.3 混凝土冬季施工

本工程工期全程跨越冬季，所有前期準(zhǔn)備工作及現(xiàn)場施工控制全部按冬季施工要求進(jìn)行。因此，必須采取大量的切實(shí)可行的措施，加大投入，方可確保工程冬季施工期間的各項(xiàng)指標(biāo)受控。

3 超大型沉箱預(yù)制施工工藝及難點(diǎn)控制

針對超大型沉箱預(yù)制將或遇到的難題，項(xiàng)目組進(jìn)行了有效的控制和解決，最終順利完成了超大型沉箱的預(yù)制施工。本文現(xiàn)結(jié)合工程實(shí)例，將預(yù)制工藝及控制方法進(jìn)行介紹。

3.1 預(yù)制場地選擇

沉箱設(shè)計(jì)尺寸較大，常規(guī)預(yù)制場無法滿足沉箱預(yù)制需要，因此選擇旅順中遠(yuǎn)2#船塢作為沉箱預(yù)制場地。船塢位于大連市旅順開發(fā)區(qū)羊頭洼，船塢尺度為550m×68m×12.96m，塢門檻頂標(biāo)高為-8.67m，船塢底標(biāo)高-9.46。

選擇的船塢與水域銜接，出運(yùn)條件方便；船塢建設(shè)規(guī)模較大，滿足預(yù)制需求；且具備較好的穩(wěn)定性和承載力，是預(yù)制超大型沉箱的理想場地。

3.2 預(yù)制工藝及施工方法

3.2.1 沉箱施工段劃分

沉箱高69m，平面寬度達(dá)44m，底板厚度1m，外壁厚度0.45m，隔墻厚度0.3m。考慮實(shí)際工程進(jìn)度需求、混凝土澆筑的連續(xù)性、模板穩(wěn)定性等因素對沉箱預(yù)制進(jìn)行施工段劃分。在首層施工時(shí)，中間預(yù)留1.5m寬閉合塊后澆帶，使用微膨脹混凝土澆筑。

3.2.2 沉箱施工流程圖

3.2.3 鋼筋工程

沉箱預(yù)制施工，單個沉箱需耗鋼筋1128.23t，總共有5種規(guī)格，最粗規(guī)格達(dá)Φ25。鋼筋的加工的規(guī)范和要求嚴(yán)格按照《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（JTS257-2008）和《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTS202-2011）執(zhí)行，本文不再贅述。

鋼筋的綁扎分為三個方面工藝：

（1）首層鋼筋綁扎。在底模板支撐完成之后，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙就鋼筋位置進(jìn)行放線標(biāo)記。首層鋼筋根據(jù)放線位置進(jìn)行綁扎，為了防止鋼筋過重，而導(dǎo)致保護(hù)層變化，需要在每個內(nèi)芯下設(shè)置八個架立筋。下層鋼筋需要一次綁扎成型，底板鋼筋綁扎完成后，測量放出隔墻位置并向上綁扎隔墻鋼筋，綁扎時(shí)嚴(yán)格控制網(wǎng)眼尺寸，在有預(yù)埋件的位置做避讓。

（2）上層（2～4層）鋼筋綁扎。內(nèi)芯支立完成后開始綁扎上層鋼筋。橫隔墻方向采用吊裝鋼筋網(wǎng)片的工藝綁扎鋼筋，縱隔墻方向采用吊裝豎向筋網(wǎng)片，水平筋利用12m長托盤進(jìn)行穿插綁扎。

（3）閉合塊鋼筋。為保證閉合塊后澆帶與已澆筑混凝土的連接強(qiáng)度，在接縫處隔墻水平筋內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼筋，保證抗拉性能。閉合塊鋼筋設(shè)置為雙排Φ12的接茬鋼筋，間距20cm，長度1m，伸入兩側(cè)混凝土墻各50cm。

3.2.4 模板工程

沉箱整體高度達(dá)17m，分成四層進(jìn)行預(yù)制。對預(yù)制工程最大的考驗(yàn)就是模板安裝，既要保證工程質(zhì)量，同時(shí)又要確保施工安全。

3.2.4.1 模板配備

根據(jù)工期要求及沉箱預(yù)制工藝確定模板配備數(shù)量，工程中共配備各種型號模版672套，總計(jì)重量超過2800T。

3.2.4.2 模板加工、拼裝

由于模板尺寸跨度較大，為了保證模板剛度，板面全部采用大片鋼板制作，涉及到的異型板主要是底層芯模加強(qiáng)角及壓漿板、底層外模趾部模板。拼裝工作在加工平臺上進(jìn)行，采用焊接形式，保證密閉和整體抗彎。

3.2.4.3 模板安裝

首層模板施工工藝：模板加工拼裝→測量放線→內(nèi)芯模板支立→外片模板支立→模板驗(yàn)收→混凝土澆筑→保溫養(yǎng)護(hù)→模板拆除

模板安裝前對平臺進(jìn)行清理，在底胎上做好各種尺寸標(biāo)記，包括：前、后壁，側(cè)壁，隔墻，趾部位置線。底板及墻體首層鋼筋綁扎完成后，支立芯模，內(nèi)芯下部必須用專用混凝土墊塊墊在鋼筋上，芯模之間采用絲頂及螺栓固定。芯模安裝完成進(jìn)行外模安裝。外模體積較大，為了預(yù)防混凝土澆筑過程中，模板移位，所以要確保所有模板的準(zhǔn)確性。第一片外模安裝時(shí)，使用垂球確保縱斷面尺寸及規(guī)范，在用螺栓連接內(nèi)外模板，并緊固螺栓。設(shè)置完成第一片外模之后，之后的模板參照首片模板位置進(jìn)行安放，同時(shí)使用定位儀器進(jìn)行檢測校對。底層模板安裝完成。

混凝土澆筑完成之后，并且經(jīng)過規(guī)定的養(yǎng)護(hù)期，確保強(qiáng)度之后，進(jìn)行拆模。拆模方法由外向內(nèi)。先抽出穿芯板木楔，然后卸下螺栓，但每片至少有6根保險(xiǎn)螺栓（上下各3根）保留。以先支立的后拆，后支立的先拆為原則，將模板拆除堆放至臨時(shí)存放場地，刮灰刷油，準(zhǔn)備下一個循環(huán)。

上層模板施工工藝：操作平臺安裝→測量放模板底標(biāo)高線→混凝土接茬面鑿毛→內(nèi)芯模板跳艙安裝→鋼筋網(wǎng)片組裝→剩余內(nèi)芯模板安裝→外片模板安裝→混凝土澆筑→保溫養(yǎng)護(hù)→模板拆除。

首層模板拆除后，在已經(jīng)完成的下層混凝土上安裝上部操作平臺。操作平臺完成后，人工和機(jī)械和通過操作平臺完成上部施工。按照規(guī)范要求，對已經(jīng)完成的混凝土進(jìn)行遭毛清洗處理。其他施工工藝同首層模板安裝拆卸工藝。

3.2.5 混凝土工程

為了保證計(jì)劃進(jìn)度，工程施工橫跨冬季，在混凝土施工介紹中，本文重點(diǎn)突出冬季混凝土施工的質(zhì)量保證措施。

3.2.5.1 混凝土拌制

混凝土拌制前，應(yīng)對入場材料進(jìn)行檢測，并且土工布覆蓋，盡量保證材料干燥，防止結(jié)冰，水泥在需放置暖棚儲存。拌制混凝土采用加熱水的方法，水溫不大于60℃，若達(dá)不到熱工計(jì)算的要求，則采用骨料加熱法，骨料的加熱溫度不得超過40℃，具體溫度值由熱工計(jì)算確定。

攪拌前，骨料必須清潔，不得含有冰、雪等凍結(jié)物及易凍裂的礦物質(zhì)，含泥量不得超過規(guī)定值，摻含鉀、鈉離子早強(qiáng)型防凍劑時(shí)，混凝土中不得混有活性骨料。外加劑采用無鹽類防凍劑，大體積混凝土加用引氣劑或引氣減水劑，配置防凍劑溶液要有專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格控制防凍劑等外加劑的摻量。外加劑必須使用符合設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，并經(jīng)公司中心試驗(yàn)室的同意，并符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，方準(zhǔn)使用。

拌制采用封閉的拌合站。拌合站設(shè)有帶保溫層的水箱2個，容量在70T左右，混凝土拌合水溫度應(yīng)控制在50℃。控制混凝土出攪拌機(jī)的溫度不低于10℃。

3.2.5.2 混凝土運(yùn)輸和澆筑

盡量縮短在混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，在運(yùn)輸罐車罐外部加設(shè)棉被、無紡布等保溫材料；采用泵送方式進(jìn)行澆筑，泵車灰管纏繞棉被等隔溫層。如果氣溫低于0 0℃，可能會導(dǎo)致混凝土失溫加快，則需要用蒸汽對模板和鋼筋做加熱處理，保確保凝土入模溫度不低于5℃。

3.2.5.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

沉箱拆模后立即用塑料布覆蓋，在冬季養(yǎng)護(hù)采用“布設(shè)蒸汽管道+搭設(shè)暖棚”方法保證養(yǎng)護(hù)期間的溫度。

蒸汽管道布設(shè)環(huán)繞在凝土圖內(nèi)側(cè)，如需穿過混凝土，可采用金屬管預(yù)埋方式，但必須經(jīng)過設(shè)計(jì)確定。沉箱外部則需要把蒸汽管道直接固定在外模桁架上面。

暖棚搭設(shè)在沉箱外部，確保澆筑完成的混凝土均能包裹于暖棚之內(nèi)。暖棚的搭設(shè)要保證其安全性和穩(wěn)定性。

暖棚的側(cè)面骨架可由外模桁架擔(dān)當(dāng)，無需專門再進(jìn)行搭設(shè)。暖棚保溫層采用無紡布與外界隔離。

4 結(jié)束語

本文在跨海橋梁蓬勃發(fā)展的基礎(chǔ)上，以大連南部濱海大道工程為例，對大型沉箱的預(yù)制技術(shù)做了詳細(xì)的敘述，尤其說明了超大模板的安裝過程及技術(shù)難點(diǎn)，為以后特大型沉箱的施工積累有效的經(jīng)驗(yàn)。

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