大型浮塢門沉箱預制技術

吳宇恒，何朝菊

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510230）

引 言

大型浮塢門沉箱與普通沉箱不同，沉箱重達 2萬 t，且自身具備起浮、橫移、止水、吊裝設備等多種功能，是國內超大型特殊功能沉箱。

1 工程概況

大型浮塢門沉箱是深中通道二次舾裝區改造的重要組成部分，因原深塢塢口寬度無法滿足深中通道沉管隧道管節安裝船的正常出運通行，需將既有塢口61 m拓寬至85 m，廢棄舊塢門，新建浮塢門。浮塢門主要功能是保障干塢蓄水、隧道管節橫移和出運。

沉箱預制總體尺寸為：長83.0 m，寬25.2 m，高29.1 m，總共56個內倉格，倉格尺寸5.78 m×5.60 m。沉箱結構混凝土方量為8 650 m3，其中壓重混凝土方量為620 m3，重約2.1萬t。塢門沉箱結構型式見圖1。

大型浮塢門沉箱預制具有以下特點：總體采用分層澆筑，各層分段澆筑，各道工序交叉施工，相互影響較大；現場采用鋼筋綁扎澆筑施工，存在長期高空作業，危險性較高；模板型號、數量多，最重單件模板約15 t，對吊裝設備選型要求較高，安裝難度大；預埋件種類、數量多，且預埋安裝精度要求高；沉箱兩個島體結構施工復雜，涉及模板轉換和二次打灰；施工工期緊，海島降雨和臺風頻繁，施工進度受天氣影響較大。

圖1 塢門沉箱結構

2 工程構成及主要內容

浮塢門沉箱工程主要包括預制場拓寬、沉箱預制和附屬設施結構安裝。

預制場地包括底胎拓寬總體結構尺寸 93 m×35 m×0.2 m；鋼筋加工場地硬化1 500 m2；模板修整區場地硬化1 500 m2。

塢門沉箱預制從下至上水平總共分8層澆筑，第1層2.6 m，第2～5層4 m，第6層2.5 m，第7～8層高度4 m。其中塢門現澆壓重素混凝土620 m3，沉箱混凝土總方量8 645 m3，鋼筋總量2 489 t。

塢門沉箱附屬設施包括閥門井、止水設施、爬梯、欄桿和人行橋等。

3 施工順序及流程

根據施工工期要求，塢門沉箱總體配置底層模板2套，中層模板2套，上層模板改建中層模板。

沉箱施工順序為：A1段→B1段→C1段→A2段→B2段→C2段→A8段→B8段→C8段。

3.1 塢門預制場地

1）場地拓寬整平和修復

既有塢門預制場地局部位置在前期使用過程有破壞，使用小型挖掘機和風鎬配合進行局部破壞位置破除開挖，將拓寬區域表層松散土渣清除，直至露出堅硬巖面，然后采用碎石回填，并采用壓路機進行碾壓整平。既有塢門地坪端頭鑿毛后，在拓寬區域澆筑20 cm厚C20混凝土地坪，拓寬地坪高程和既有塢門地坪統一。

2）底模制作

新建沉箱預制底模刻20 cm寬，10 cm深凹槽，沿塢門長度方向布置，間距同艙格間距一致，確保塢內灌水后水可以進入沉箱底板下。同時，既有塢門預制臺座凹槽經過淤泥堆積后，凹槽已不再具備灌水密實功能，將既有凹槽重新清理置換填沙。塢門沉箱底模全部完成后，槽內填沙，用水澆透使之密實，槽上鋪寬25 cm，厚1 mm的鐵皮，防止打振搗棒時將底模打穿。

地坪澆筑完成后，對場地進行測量放線，鋪設隔離材料。為保證今后沉箱與混凝土胎座脫離，減少粘結力，隔離材料分5層：①纖維板；②牛皮紙；③油毛氈；④塑料薄膜；⑤牛皮紙。

3.2 鋼筋工程

塢門沉箱鋼筋分層綁扎，在鋼筋預制加工區下料后，由履帶吊直接將鋼筋吊至分段綁扎位置。

沉箱底層和中上層具體鋼筋綁扎流程如下：

1）底板鋼筋綁扎：鋼筋在加工場加工成半成品后，直接在底模上綁扎成型，綁扎前根據設計圖紙要求先把底板鋼筋的間距作好標志，確保其數量和間距準確。綁扎時保護層墊塊要擺放好，墊塊的強度要達到設計要求。成型后的鋼筋籠應確保縱橫鋼筋平直順暢。

2）中上層鋼筋綁扎：沉箱上層鋼筋綁扎待底層混凝土澆筑完成后，拆模養護后達到設計強度的75 %，再安裝沉箱內外工作平臺，然后將上層鋼筋綁扎輔助架安裝到位。利用履帶吊將鋼筋吊上工作平臺，鋼筋綁扎安裝按先豎向及縱向鋼筋綁扎后橫向鋼筋綁扎、先外壁鋼筋綁扎后隔墻鋼筋綁扎的原則進行。鋼筋綁扎輔助架定位合格后綁接豎向鋼筋、校正橫向鋼筋和轉角鋼筋，最后經驗收合格后即吊出鋼筋輔助架、安裝內模板再安裝外模板。

3.3 預埋件

1）預埋件的種類

塢門沉箱屬移動攔水壩結構，具有攔水、止水、放水功能，同時具備起浮坐底、浮運移位等功能，因此塢門沉箱設計的預埋件繁多，并且要求定位準確、預埋牢固。

預埋件主要包括以下類型：①保護混凝土結構類：護邊角鋼、底部預埋鋼板；②附屬設施類：底部導向斜角預埋鋼板、系船環、系船柱預埋件；③通道類：鋼爬梯預埋鋼板、鋼格構通道預埋鋼板、人行橋預埋鋼板、欄桿預埋鋼板；④止水類：施工段連接處的止水鋼板、逆向止水預埋鋼板、鋼閘門止水預埋鋼板；⑤設備類：懸臂吊基礎預埋件、卷揚機基礎預埋件、排水系統預埋件、灌水系統預埋件。

2）預埋件的安裝

預埋件安裝主要控制好兩個方面：一是測量定位控制，二是固定方法正確牢靠，保證混凝土澆筑時預埋件不移位。

底部預埋鋼板：塢門底部與塢底板接觸位置、導向斜角位置布置有預埋鋼板，綁扎底部鋼筋前安裝。根據塢門沉箱結構尺寸和圖紙，在沉箱底模以外進行結構軸線定位。通過結構軸線現場拉線，對底部預埋鋼板定位安裝，在打灰前使用全站儀對預埋鋼板位置進行復測，復測合格后，再進行焊接加固。

鋼閘門鋼板、逆向止水鋼板：塢門沉箱包括鋼閘門和逆向止水鋼板。止水鋼板要求鋼板邊線、板面平整度允許偏差在3 mm之內，是塢門預制預埋件里面最主要的結構，也是安裝精度要求最高的。止水鋼板初次安裝后，采用全站儀第一次復測并調整鋼板邊線，提前在預埋鋼板表面焊接螺栓，在裝模后，用螺絲固定貼緊與模板，并按0.5 m高度間距焊接Ф25鋼筋頂緊預埋件，保證止水鋼板貼緊模板、表面平整。打灰前，使用全站儀再次對預埋件復測，復測合格后，才可進行澆筑。

其他附屬設施鋼板：塢門其他附屬預埋件主要包括鋼爬梯預埋件、人行橋預埋件、系船柱預埋件、懸臂吊基礎預埋件、灌水系統預埋件等。以上預埋件均在鋼筋綁扎后，根據圖紙要求，采用全站儀進行預埋件安裝位置放點，并采用Ф25鋼筋頂緊預埋件與模板面上。

3.4 模板工程

1）模板的設計

根據施工需求，塢門沉箱模板下層設計2套，中層設計2套，上層采用中層模板改制。

下層模板：根據塢門澆筑施工需求，外模加工2套，模板高度2.62 m，每段設前壁外模和后壁外模各2件，側壁外模板2件，外模總共16塊。下層模板內模底托模板高度0.2 m，底托模板加工48套。其中內模采用組合鋼模（帶可調節鋼支架）+底托，內模組合共 48套。內模板上設置預留坑與上層內工作平臺匹配設計，用于上層內工作平臺安裝；外模上設置預埋魚尾螺栓孔，用于上層外模、外工作平臺固定；內膽與外模在頂部用M30拉桿對拉固定。底托模板在內膽模板支架、側壁背架桁架對應位置設置限位板和預緊構件，用于內膽限位及固定，四角設置吊點。下層模板裝配示意見圖2。

圖2 下層模板裝配示意

中層模板：第2～5層中層為標準層，高度均為4.0 m，外模板高度為4.07 m（考慮5 cm搭接）。每段設前壁外模和后壁外模各2件，側壁外模板2件，外模總共24塊。內模采用組合鋼模，內模由4片模板和井字架組成，模板靠每個方向用4根松緊器螺栓收支，井字架上分三層設置螺栓頂。內模高度和中層外模一致為 4.07 m，內模尺寸 5.78 m×5.6 m×4.07 m，共48套。外掛工作平臺沿塢門沉箱外壁整圈設置，前后壁各1件，側壁2件，共28塊組成。中層模板裝配示意見圖3。

上層模板：第6層層高2.5 m，第7～8層層高4 m，上層模板設計提前考慮6～8層塢門沉箱薄壁和兩端島體結構，和中層模板共用一套。上層模板采用變換中層模板的轉角形狀，同時改變外模板長度，使塢門沉箱外墻形成逐級減薄的墻體，利用部分中層外模改制成塢門兩端的島體外模，既組成上層模板。

圖3 中層模板裝配示意

2）模板問題和改進優化

塢門沉箱模板采用分塊運輸，首次陸上車運和后期海上船運相結合。分塊模板在預制現場拼裝組合成內模和外模進行施工，模板拼裝過程出現以下問題：①模板倒運過程，造成外模鋼板面出現局部小范圍變形，板面不平整，影響塢門預制質量，特別是對止水鋼板平整度要求很高的結構部位。②內模組裝數量多、尺寸要求高，現場作業條件不如模板加工廠，導致模板構件改建數量多、組裝時間長、機械臺班耗費量費大，進一步造成工期緊張。

首先對分段澆筑外側模板長度優化。既有沉箱分段外側模板長度僅比分段結構長度多 37.5 cm，端頭上下兩層錯開接縫設置可選擇斷面少。新建沉箱采取分段（一、三段）外側模板比分段結構長1.36 m，各層混凝土段與段之間采用收口鋼筋網連接，上下層收口位置逐層交替錯開1.2 m。

再對頂層模板安裝優化。既有頂層模板設計第7層內平臺上安裝8層模板，考慮模板承重因素，需拆除7層內模4塊側面鋼板、增加托梁、8層內模拆除3面鋼板等工序，模板拆除和加裝工序多，耗費人工和設備臺班多。

圖4 既有頂層模板安裝示意

在保證模板承重安全可控前提下，考慮減少模板繁雜工序，取消7層內平臺，在7層隔墻上增加支腿，安裝第8層內平臺、內模，進行頂部外墻體施工。減少模板多次安裝和拆除，提高現場施工效率。

3）模板的安裝

塢門模板裝卸主要采用現場布置的2臺150 t履帶吊和2臺180 t履帶吊吊裝。考慮塢門沉箱尺寸大，模板數量多，4臺履帶吊在沉箱兩側交叉布置。

下層模板安裝：下層模板使用150 t履帶吊進行吊裝。當沉箱鋼筋綁扎完畢后，先安裝內模，后裝外模，底托支撐在預制的混凝土支墩上。底層外模支撐在沉箱底座上，上部與底托內膽模板Ф30螺桿對拉，防止模板松動。模板安裝完成后，進行測量復核模板角點和高程，如偏差超出規范要求，需調整模板至合格，再安裝預埋螺栓和預留孔模板盒。

中層模板安裝：中層模板使用180 t和150 t履帶吊吊裝。4臺履帶吊各負責一邊，既方便場地布置，又保證安全吊裝。完成鋼筋綁扎安裝并經驗收合格后，吊出鋼筋綁扎架，進行內模板安裝，再安裝外模。模板安裝前，必須先清理干凈，涂刷脫模劑。中層模板和工作平臺固定需要在沉箱壁上預埋固定點。沉箱內壁采用預埋方孔，內模平臺設置栓銷，栓銷插入方孔固定內模平臺，內模通過內模平臺固定。沉箱外壁預埋可拆卸的錐型螺母，作為外模和外模工作平臺的固定點，錐型螺母長8 cm，用預埋螺絲固定于沉箱壁結構上，預埋螺絲擰入錐螺母4 cm固定錐型螺母，外接螺絲擰入錐螺母4 cm固定外模及外模平臺。

模板復核角點和高程合格后，安裝預埋螺栓和預留孔模板盒。預埋件較多，但作用較大，必須慎重處理，避免漏埋、少埋、錯埋。

上層模板安裝：由于沉箱施工高度增加，上層模板采用180t履帶吊吊裝。第6層外側墻體澆筑高度2.5 m，內墻澆筑高度3.7 m，根據澆筑高度要求，外側模板安裝高度2.5 m，內模安裝高度3.7 m，高差位置采用收口網進行封堵。第 7、8層外側墻體逐層減薄收進17 cm，內墻高度階梯型逐漸降低。根據結構尺寸要求，完成外模和內模安裝，內墻高差采用木模安裝。

3.5 混凝土工程

塢門沉箱總混凝土量約8 650 m3，采用C40混凝土。由于體型較大，高度分1到8層，各層分A、B、C三段澆筑，共澆筑24次。

沉箱澆筑最大方量為821 m3，中層澆筑方量約440 m3的情況最多，上層澆筑方量在200 m3以內。現場配備2個50 m3/h攪拌站（1個備用站），2臺混凝土泵車（1臺37 m，1臺47 m），10 m3罐車8臺。下層澆筑時間16 h以內，中層澆筑時間9 h以內，上層澆筑時間4 h以內。

塢門沉箱下層、中層、上層具體澆筑順序：

1）下層澆筑順序為先底板，后隔墻。

2）中層澆筑順序根據倉格結構型式設置，由兩端向中間，按照50 cm高度分層控制澆筑施工。

3）上層均按照A段→B段→C段澆筑施工。其中第八層涉及平臺結構，需要進行二次澆筑。

4）具體澆筑過程注意事項

①混凝土澆筑按順序分層布料，每層厚度以50 cm為宜，底板澆筑分5層布料，中上層澆筑分8層布料。

②為避免產生冷縫和施工縫，每2.5小時必須回頭補灰振搗，即每層布料時間控制在2.5小時內，必須進行下次布料振搗。

③為保證止水效果，沉箱外側層與層之間混凝土預埋止水鋼板，采用U形止水鋼板，寬度400 mm，各埋入上下層混凝土200 mm。

④單層混凝土段與段之間采用收口鋼筋網連接，為避免產生通縫，A/B段收口位置逐層交替錯開1.0 m。

4 結 語

大型浮塢門沉箱預制和一般沉箱結構不同，沉箱結構存在前后壁不對稱、兩端倉格與中間有高差、上層外側墻體厚度減少等特點，需提前做好詳細施工計劃和關鍵技術準備，明確各層模板設計、混凝土澆筑工藝、吊裝和澆筑設備選型工作。沉箱具備多次重復起浮和橫移功能，施工過程重點做好箱體結構尺寸、止水鋼板安裝精度、起浮相關附屬設施安裝等關鍵部位質量控制，保證塢門沉箱滿足設計多種特殊功能要求。通過后期大型塢門自身多次順利完成起浮和橫移，表明大型塢門起浮、橫移、止水功能、附屬結構功能等均滿足設計要求，整體達到預期目標，供同類工程施工提供施工借鑒。