水運工程大型沉箱施工模板設(shè)計實例分析

王謙+袁妮妮

摘 要：眾所周知，要想使沉箱預制的質(zhì)量得到保證，最重要的一個前提就是制作沉箱模板，下面該篇文章主要與具體的實例相結(jié)合，進而詳細描述了沉箱預制環(huán)節(jié)設(shè)計模板的過程，并對其中存在的問題展開了相應的探究和處理。

關(guān)鍵詞：大型沉箱模板；施工技術(shù)；探究

中圖分類號：U655 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）3-0061-02

在現(xiàn)代社會下，港口建設(shè)可謂是發(fā)展得越來越迅速，由于深水泊位的相繼出現(xiàn)致使沉箱預制發(fā)展更加地大型化和重型化，而分層預制是相對來說比較新鮮的一種預制工藝，其具備的特點有模型的重量偏小、施工起來簡單方便、工程進展較快等，下面主要針對沉箱模板的設(shè)計和參數(shù)、模板構(gòu)造的設(shè)計計算以及其中存在的不足之處展開了簡要的分析。

1 工程情況和工藝的選擇

1.1 工程情況

首先以羅嶼9號跟10號泊位為例，這兩個地方的工程結(jié)構(gòu)都屬于重力式的沉箱結(jié)構(gòu)，其中9號泊位建設(shè)的是25萬噸級鐵礦石接卸碼頭1座，并以30萬噸級船舶的水工結(jié)構(gòu)為準進行設(shè)計，而10號泊位則建設(shè)的是10萬噸級散貨碼頭1座，且以15萬噸級船舶的水工結(jié)構(gòu)為準進行設(shè)計。在這項項目當中所含有的沉箱一共分為三種型號，分別是甲型、乙型和甲1型，甲1型和甲型的沉箱在構(gòu)造上基本一致，設(shè)計模板時通常圍繞甲型和乙型來進行衡量與考慮，沉箱的尺寸大小規(guī)格劃分依次是：當甲型和甲1型的數(shù)量達到28件時，其沉箱規(guī)格是18.08*21.4*25.9，隔艙凈寬為4.10，凈長為4.35，沉箱的重量是4643t；而乙型的數(shù)量為18件時，沉箱規(guī)格是17.86*16.8*21.1，隔艙凈寬為4.1，凈長為4.35，沉箱重量是2860t。

1.2 工藝的選擇

沉箱預計選擇分層方式進行預制，每個型號的沉箱在分層高度上都存在一定的差異，具體情況如下：當甲型和甲1型的高度達25.9時，其分層數(shù)為6，底部高度為2.4，標準層高度是4.7，標準層的層數(shù)則是5；而乙型的高度達21.1時，其分層數(shù)是5，底部高度是2.3，標準層的高度是4.7，標準層的層數(shù)是4。從實際施工情況和分層的高度入手進行分析，為方便在施工環(huán)節(jié)內(nèi)順利拆裝模板并有效控制模板的拼縫，使沉箱表面上的質(zhì)量得到一定的保證，通常情況下沉箱模板所采取的都是將大型鋼板當做版面，并把鋼桁架和鋼圍令當做模板的骨架，從外模進行拼裝，芯模整體上進行吊裝。

2 設(shè)計模板的結(jié)構(gòu)

2.1 相關(guān)規(guī)范

（1）《建筑施工模板跟安全技術(shù)規(guī)范》；

（2）《水運工程混凝土施工規(guī)范》。

2.2 參照的手冊

（1）《模板工程現(xiàn)場施工的實用手冊》；

（2）《建筑工程模板的施工手冊》。

2.3 設(shè)計模板結(jié)構(gòu)

2.3.1 模板的構(gòu)造

模板的結(jié)構(gòu)選擇型鋼作為骨架，通過焊接形成鋼桁架立柱，橫向方面依然將桁架當做圍囹采用大型模板工藝，分節(jié)制作外模板，大多數(shù)情況下每一件的重量最好控制在10噸，這樣做的目的是方便進行模板吊裝。

2.3.2 起重設(shè)備

選擇2臺300t-m的塔吊。

2.3.3 模板材料的選擇跟參數(shù)情況

首先，是模板的材料與布置。面板要選擇Q345b的鋼板，厚度要在5mm，其余材料都選擇Q235b的鋼材。橫肋材料選擇8槽鋼，最大的間距設(shè)置為480mm。豎向小肋的材料選擇-6×55的扁鋼，最大間距要設(shè)定成600mm。斜撐材料選擇L63×40×5，腹桿材料選擇8槽鋼，其間距掌握在460mm。豎向圍囹桁架選擇8槽鋼，間距設(shè)置在1500mm。至于模板的上端要選擇M30對穿螺栓，它們之間的距離跟桁架的間距相同。底部的模板則選擇底扒頂撐模板，封頂方位的模板下面選擇M30螺栓，并用預埋于沉箱里的圓臺螺母加以固定。

其次，是砼澆注的參數(shù)。砼澆注工藝：將坍落度掌控在160mm到180mm之間，選擇軟管直接入倉，現(xiàn)場拌和站根據(jù)一小時四十五立方米的供砼能力進行計算：Vmax=45/60.16=0.75m（其中60.16m3是1m的混凝土方量），澆筑的速度根據(jù)一小時上升0.75m砼來計算，并將振搗棒插入其中進行搗實。

3 設(shè)計模板的主要構(gòu)造及相關(guān)計算

由于乙型沉箱的箱格大小跟甲型和甲1型沉箱都是一樣的，所以乙型沉箱的模板等甲型跟甲1型沉箱預制結(jié)束以后以甲型模板為準稍微進行調(diào)整就可以，所以關(guān)于乙型沉箱構(gòu)造就不做詳細的計算。另外甲型沉箱其底端模板的高度比標準層要小，而且橫肋和桁架之間的距離也比較相似，所以下面所有的計算都以甲型沉箱標準層的模板為準進行。

3.1 驗算模板的側(cè)壓力

首先，根據(jù)《建筑規(guī)范》里提到的有關(guān)條例進行計算，同時取較小的值進行：

γc是混凝土的重力密度；t0是新澆筑混凝土初凝的時間；β1是外加劑影響修正系數(shù)，有緩凝作用的外加劑我們選取1.2，沒有的話則選取1.0；β2是混凝土坍落度的影響修正系數(shù)，當坍落度小于30時，我們選取0.85，當坍落度在50到90之間時，我們選擇1.0，當坍落度保持在110到150之間時，我們選取1.15；V代表的是砼澆注的速度，我們這里選擇0.75m/h；H代表的是測壓力的影響高度。

其次，根據(jù)《水運施工規(guī)范》，我們選擇插入式振搗器，計算混凝土模板的測壓力方式是；其中，Kt代表的是溫度校正系數(shù)，其具體取值情況如表1所示。

V代表的是砼澆注的速度，這里我們選取0.75m/s；Ks代表的是外加劑波動的修正系數(shù)，當坍落度大于80的時候，我們選取2.0，當坍落度小于60的時候，我們選取1.0，由此可知，我們這里應該選取2.0。

振搗混凝土對垂直型模板造成的荷載Pmax2=4KN/m2；

傾倒混凝土造成的水平動力荷載為Pmax3=2KN/M2；

所以，混凝土的側(cè)壓力是Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43KN/m2；

最后，新澆混凝土其側(cè)壓力的標準值應該選擇0.043N/mm2。

3.2 驗算

鋼抗拉許用強度為215N/mm2；彈性模量E為2.06×105N/mm2。

（1）計算鋼面板：選擇面板區(qū)格內(nèi)一面筒支、三面嵌固最不利于受力的情況下進行計算。Lx/Ly=355/480=0.74，經(jīng)過查表可知，Kmxo是-0.075，Kmyo是-0.057，撓度系統(tǒng)KW是0.00219。選1mm的寬版作為計算單元，按照《水運施工規(guī)范》內(nèi)的分項系數(shù)，我們可將計算模板側(cè)壓力值設(shè)計為：

其中，Max是板面最大計算彎矩的設(shè)計值，γx是截面的塑性發(fā)展系數(shù)，Wx是彎矩平面中凈截面的抵抗矩，?max是版面的最大正應力。

（2）驗算撓度：

其中F代表的是新澆混凝土側(cè)壓力的一個標準值，B0代表的是板剛度，；其中E是鋼材彈性模量，h是鋼板的厚度；V是鋼板泊松系數(shù)，K1是撓度計算系數(shù)，不同的板面其承載力各不相同；而Vmax代表的是最大撓度。

3.3 計算橫肋

橫肋主要指的是一個連續(xù)梁，通常被支撐于豎向主梁上。首先是荷載：Q=F*h在該項公式中，F(xiàn)代表的是模板面?zhèn)葔毫Γ谟嬎銖姸鹊臅r候，它的取值會是傾倒混凝土的承載設(shè)計值跟側(cè)壓力設(shè)計值的總和；在計算剛度的時候，它會取新澆注混凝土側(cè)壓力的一個標準值，h代表的是橫肋跟橫肋之間的間距，通常用毫米來表示。那么本文中的Q=0.053*480=25.44N/mm。

總而言之，通過上述方案可成功將沉箱安裝完畢，這表明該套模板在選擇材料上和設(shè)計構(gòu)造上均為材料周轉(zhuǎn)和預制進程大大節(jié)省了成本，而且還使質(zhì)量得到了一定的保障，由此可見本文提到的施工方式是有效的，可是沉箱的高度是25.9m，隱含著很大的安全問題，只有將推拉盒推拉徹底，才會確保足夠安全，對與之相似的工程來說，這是一個值得參考和借鑒的問題。

參考文獻：

[1] 陳希.大型沉箱模板的施工技術(shù)研究[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015，34（18）：26-28.

[2] 陳舜.淺談大型沉箱預制技術(shù)[J].中國水運（下半月刊），2011，11（01）：235-237+239.