單桶九隔艙桶式基礎(chǔ)構(gòu)件預(yù)制模板設(shè)計(jì)與施工

方利鶴，曹永勇，韓 迅

（1.連云港港30萬噸級航道建設(shè)指揮部，江蘇 連云港 222000；2.上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200025；3.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210024）

引 言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展日趨緊密，港口碼頭建設(shè)逐漸向深水化和前海化發(fā)展。防波堤將海洋和港區(qū)隔離，起到防御波浪侵襲、保障港區(qū)水域平穩(wěn)、防止港池淤積的作用。防波堤主要包括斜坡堤和直立堤兩類，在深水區(qū)域采用直立堤可大大節(jié)省工程建設(shè)投資[1]。根據(jù)連云港港徐圩港區(qū)總體設(shè)計(jì)布置，近口門段防波堤深入前海。工程區(qū)域水下地形平坦，地面高程約為-5.0 m；海床為淤泥質(zhì)，沖淤形態(tài)已經(jīng)趨于平衡，水下土層從上到下主要由淤泥、黏性土、砂性土組成[2]。上層淤泥厚度從6.1 m到 17.8 m不等，平均厚度約10.2 m，具有高縱深、高流動性、高塑性和高含水量等特性，常用的拋石筑堤方案和工程投資巨大，也不宜采取沉箱筑基方案。

針對這一地形地質(zhì)條件，在該堤段建設(shè)中首次使用了預(yù)制單桶九隔艙新型無底有蓋桶式構(gòu)件的直立防波堤施工技藝[3]。這一新型桶式基礎(chǔ)針對淤泥質(zhì)地基特征和防波堤的穩(wěn)固要求[4]，采用大體積分段式薄壁設(shè)計(jì)：下層闊口桶體（下桶）通過負(fù)壓沉入淤泥，和內(nèi)外的淤泥在水壓力土壓力下形成防波堤的基床，具有豎向和水平的承載力和穩(wěn)定性[5]；上層雙柱桶體（上桶）在澆筑鋪蓋頂板后繼續(xù)接高后作為防波堤岸。構(gòu)件在預(yù)制場完成施工后，運(yùn)輸?shù)角昂Ｍ瓿傻袒惭b。

2 構(gòu)件的結(jié)構(gòu)型式及預(yù)制模板設(shè)計(jì)

2.1 桶式基礎(chǔ)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)型式

單桶九隔艙預(yù)制桶式基礎(chǔ)構(gòu)件分為上桶擋浪部分和下桶基床部分，整體剖面結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。上桶由兩個圓筒相接并整體澆筑組成，和下桶在交界處由趾板連接。下桶平面布局是兩個半圓弧段和一組矩形對邊組成的長圓環(huán)形，無底有蓋。

構(gòu)件在安裝鋼模板后形成的空間內(nèi)澆筑成型，通過布置模板后澆筑出兩道橫板和兩道縱板將下桶劃分成9個隔艙。如圖1（b）所示，為下桶在蓋板澆筑前的俯視圖，并在頂部沿短軸方向設(shè)肋梁。根據(jù)堤段所在位置淤泥質(zhì)的厚度，下桶采取不同的設(shè)計(jì)高度[6]。

圖1 單桶構(gòu)件剖面

本堤段分為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。不同高度對應(yīng)不同的桶體模板設(shè)計(jì)和澆筑方案，由應(yīng)力計(jì)算確定，一般分三層澆筑：兩層桶艙主體和一層頂板,兩層澆筑后預(yù)留對拉螺栓和上桶相連，這里以11.05 m為例研究桶式基礎(chǔ)構(gòu)件的預(yù)制施工技術(shù)。

2.2 構(gòu)件預(yù)制模板

模板是預(yù)制混凝土構(gòu)件成型的臨時結(jié)構(gòu)，包括面板、槽鋼和桁架等，模板選型、布置和應(yīng)力強(qiáng)度對預(yù)制構(gòu)件的振搗支撐、位置、形狀和尺寸等結(jié)構(gòu)因素有控制作用，進(jìn)而影響構(gòu)件的質(zhì)量和應(yīng)用效果。桶式基礎(chǔ)構(gòu)件的特殊之處在于其在近海海底受力穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和需滿足運(yùn)輸安裝要求，因此模板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和荷載計(jì)算非常重要，需根據(jù)安裝和成型構(gòu)件時的荷載對設(shè)計(jì)的模板結(jié)構(gòu)做應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容包括模板面板強(qiáng)度與剛度、槽鋼肋強(qiáng)度與剛度和桁架剛度，其中桁架結(jié)構(gòu)剛度根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)公式計(jì)算[7]；在進(jìn)行模板面板強(qiáng)度計(jì)算時，荷載組合包括來自混凝土的靜態(tài)側(cè)壓力和混凝土布料時的傾倒荷載，計(jì)算得到的面板應(yīng)力和撓度均應(yīng)小于許可值。

3 預(yù)制模板施工工藝

3.1 作業(yè)準(zhǔn)備

主要包括人員技術(shù)、工藝方面的內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備和場地及工具材料方面的外業(yè)準(zhǔn)備。

3.2 底模布置和安裝

根據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸要求，模板安裝分為底模安裝、下桶內(nèi)外模安裝和上桶內(nèi)外模安裝三步驟。底模采用活動底模與固定底模相結(jié)合的方式，如圖2所示。

圖2 底模布置

底模板沿桶體寬度方向分為三塊，兩側(cè)部分用固定支撐的鋼底模，中間隔艙部分及相連的圓弧段采用活動鋼底模，如圖3所示，其下每1 m間距安放20 t承壓千斤頂，便于鋼底模卸落和拆除。

圖3 底模施工

3.3 下桶模板組裝與澆筑

構(gòu)件下桶分三層組裝和澆筑：桶體內(nèi)外模板分兩層安裝和澆筑，下桶頂板即第3層模板用預(yù)制的蓋板單獨(dú)吊裝，在打毛后繼續(xù)澆筑形成頂板。下桶從下到上一二層內(nèi)外模板均采用桁架式定型鋼結(jié)構(gòu)模板[8]。

桁架采用上弦 10#下弦 8#槽鋼腹桿組焊而成，局部受力節(jié)點(diǎn)位置加強(qiáng)，為墻包底工藝型式。模板板面用6 mm厚鋼板，為86系列，模板標(biāo)準(zhǔn)長度按3 m設(shè)計(jì)，用橫肋豎桁架加固，橫肋為8#槽鋼，桁架為組焊件（主立桿為雙10#槽鋼）。為保證構(gòu)件質(zhì)量，模板與桁架分開運(yùn)輸，配發(fā)連接件，現(xiàn)場連接后焊接加固。桁架橫連及斜連槽鋼也在現(xiàn)場焊接加固，并在桁架上下對拉位置做加強(qiáng)措施。

外模由6片2類鋼模拼接組成，分別為4片1/4圓弧段和2片直線段。圓弧段按1/4圓吊裝，直線段模板整體吊裝。下桶一層內(nèi)、外模板及二層內(nèi)、外模頂部采用體外對拉形式加固，一層外模頂部下反250 mm處設(shè)置埋件用于二層外模板就位及加固，二層內(nèi)模底部采用頂絲支撐加固。內(nèi)模將下桶桶體內(nèi)第一、第二層部分為9個隔艙，每一隔艙內(nèi)的內(nèi)模整體吊裝。

一層模板澆筑高度為5 350 mm，包括施工高度和下包50 mm；二層模板澆筑高度為5 350 mm，包括施工高度和下包100 mm（圖1）。外模落地桁架前后設(shè)置調(diào)節(jié)支撐，便于澆筑過程中模板就位。下層澆筑時，設(shè)置預(yù)埋件，支撐加固二層外模模板。圖4為下桶一層支模立面，圖5為下桶一層、二層1號艙內(nèi)模支模平面，圖6為下桶一層3號艙、4號艙模板裝配示意。

圖4 下桶一層支模立面

圖5 下桶1號艙內(nèi)模支模平面

圖6 下桶一層三、四號艙內(nèi)模支模平面

3.4 上桶模板布置與澆筑

構(gòu)件的上桶由2個圓筒組成，制作時作為整體分兩層同步施工。上桶單個圓筒外模板由4片鋼模組成，內(nèi)模板由5片內(nèi)模板、桁架式定型鋼結(jié)構(gòu)模板及1片拆模塊組成。模板板面用6 mm厚鋼板，8#槽鋼為豎肋，12.6工字鋼為橫肋形成豎向桁架和水平桁架。模板連接部位采用角鋼∠160×140×10，用M24螺栓進(jìn)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。構(gòu)件上桶澆筑時分2層，第一次澆筑為趾板澆筑，第二次澆筑整個上桶體。

3.5 拆模

模板拆除時遵循先外后內(nèi)，先非承重部位后承重部位及自上而下的原則，在預(yù)埋件位置特別注意，不損壞模板和構(gòu)件，并嚴(yán)禁砸撬。

4 模板施工關(guān)鍵工藝及檢測方法

4.1 關(guān)鍵工藝

通過對預(yù)制基礎(chǔ)構(gòu)件施工工藝的研究，我們發(fā)現(xiàn)其預(yù)制過程中的重點(diǎn)是模板安裝、澆筑和轉(zhuǎn)場等流程的順序安排。

1）模板施工程序主要包括：模板設(shè)計(jì)、加工→進(jìn)場試拼→模板檢驗(yàn)→模板打磨、涂抹脫模劑→模板安裝→安裝檢驗(yàn)→模板堵漏→混凝土施工→模板拆除→模板整修保養(yǎng)。

2）分段分層澆筑方案可以保證大型構(gòu)件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，分層施工工序也便于管控施工進(jìn)度。

3）模板安裝順序：先安裝外模，外模安裝后，檢查鋼筋籠加固情況，合格后方可進(jìn)行內(nèi)模板的安裝。下桶內(nèi)模安裝順序：1#艙→2#艙→4-#艙→4+#艙→3#艙，對稱安裝。

4）由于模板吊裝單元較大，現(xiàn)場必須設(shè)置相應(yīng)吊具，保證模板整體結(jié)構(gòu)形狀情況下才能起吊。

從適用性看，模板和桁架結(jié)構(gòu)在多種荷載組合條件下均滿足側(cè)壓力和變形要求[9-10]，對類似結(jié)構(gòu)的預(yù)制有參考價(jià)值。

4.2 模板允許偏差與檢測方法

根據(jù)桶體構(gòu)件檢驗(yàn)反饋的經(jīng)驗(yàn)，需要跟蹤澆筑過程中的模板偏離和變形，及時發(fā)現(xiàn)和糾正問題；根據(jù)實(shí)際檢測經(jīng)驗(yàn)，預(yù)制構(gòu)件模板的安裝允許偏差、檢驗(yàn)數(shù)量和方法應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 模板安裝允許偏差

模板安裝底面應(yīng)該平整，高低誤差在 10 mm以內(nèi)。另外，通過擰緊模板的連接螺栓，補(bǔ)焊鋼條或用鐵膩?zhàn)印捴節(jié){條等方法封閉模板，防止桶體澆筑過程中拼縫處漏漿；通過打磨銹跡，涂抹脫模劑等方法保持模板表面平整清潔；在堆放、運(yùn)輸和安裝過程中精確操作，防止模板變形。

5 結(jié) 語

單桶九隔艙預(yù)制桶式構(gòu)件的制作工藝關(guān)鍵在于針對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的模板搭建和澆筑質(zhì)量，本文論述的模版安裝與施工工藝流程可以保障構(gòu)件質(zhì)量并提高工作效率，對模板質(zhì)量的檢測方法有助于提升結(jié)構(gòu)的預(yù)制與安裝質(zhì)量，希望為類似工程的設(shè)計(jì)施工提供參考。