裝配式排水溝倒扣預制安裝施工工藝研究與應用

謝連仲，鞠慶富，張世強

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

隨著我國新建筑技術和材料的不斷發展與進步，預制裝配式建筑得到了廣泛的應用，裝配式排水溝已然成為今后的一種趨勢。傳統建筑工程中的混凝土排水溝施工主要以現澆鋼筋混凝土或分層預制為主，期間涉及支模、澆筑等流程，存在施工作業受現場環境影響較大、澆筑質量不易控制、澆筑分段分層次數多等問題，整體工期比較長。本文利用裝配式[1]理念，結合欽州港大欖坪港區大欖坪南作業區9 號、10 號泊位工程，采用排水溝倒扣預制安裝施工工藝，可解決現澆鋼筋混凝土施工方法中存在的問題，并通過工廠預制、現場拼裝的形式，將排水溝施工流程簡化，同時有效提高施工效率、提升了施工質量，節省造價。

1 工程概況

欽州港大欖坪南9 號、10 號泊位工程碼頭主體為沉箱重力式結構，碼頭后方排水溝外寬1.2 m，內寬0.8 m，共長721.3 m，墻身厚0.2 m，底板厚0.2 m，排水溝頂部企口里外側各有2 處通長護邊角鋼，排水溝結構斷面圖如圖1 所示。

圖1 排水溝結構斷面圖Fig.1 Cross-sectional view of drainage ditch structure

2 工藝比選

按設計要求，若采用傳統方式現澆或進行排水溝正向預制施工，受排水溝頂面截面小、頂面布設角鋼原因，需分多層多次澆筑，工序冗雜，且施工質量控制難度大[3]。

考慮到本工程排水溝施工效率及施工質量，采用倒扣式預制工藝，混凝土一次澆筑成型。壓縮現澆作業5 道工序為1 道，解決了正向現澆不易下灰的難題，避免了分層施工帶來的質量問題，大大減少作業面需求及占用時間。

3 實施重難點分析

1） 本著預制安裝便利的原則，需將排水溝劃分成多個類型的預制安裝段，且從運輸、起重吊裝等角度考慮，單段排水溝重量不超過30 t。

2） 排水溝模板為鋼模板，在限定的場區作業，需考慮如何提高模板移運、安裝效率，減少模板吊裝風險。

3） 排水溝倒扣預制時，需控制底胎上護邊角鐵線型且確保埋件緊貼底胎，避免混凝土夾渣。

4） 倒扣預制完成后的排水溝安全翻轉是該工藝的重難點，需設計特制排水溝翻轉工具進行翻轉作業。

5） 根據《港口工程施工手冊》[2]構件吊裝的運輸要求，需制作專用吊索具進行排水溝安裝作業。

6） 安裝后的排水溝外側回填中粗砂，進行混凝土水穩、面層施工，為防止后方回填砂的滲透、流失，需對排水溝安裝縫進行密封處理。

4 操作要點

4.1 排水溝分段預制長度

根據施工現場起重設備資源保有情況，并考慮構件運輸的便捷，確定單段排水溝預制長度為5 m，最大重量9.15 t。

4.2 模板設計

4.2.1 收縮式可升降、可抽拉內芯模板

為保證施工模板拆卸、支立、周轉方便快捷，設計一種收縮式可升降、可抽拉內芯模板，見圖2。內芯模板采用彈性鋼模板技術[3]，模板頂部小于頂口3 cm，且陰倒角進行無棱化處理，底部設置頂升裝置及滾輪，單段內芯模板設計長4 m，約0.8 t。內模支立時，人工將內芯模板推入底胎之間，通過底部布設4 道頂升裝置同時將內芯模板頂升，調節底部頂升裝置調整排水溝內芯模高度，通過內芯模板內側緊張器調整排水溝頂口尺寸，內模底部與外片模板使用拉桿緊固。混凝土強度達到2.5 MPa，進行內芯模板拆除。拆除時，先反向調整芯模內部緊張器，待模板與混凝土脫離后，降落4 個頂升裝置，直至內芯模板滾輪落在內芯模板導軌上，最后將模板推出排水溝外。

圖2 收縮式可升降、可抽拉內芯模板Fig.2 Shrinkable lifting and pullable core template

4.2.2 移動式外模板

外模板為桁架結構，底部設置滾輪，單片重3 t，人工進行水平移運，減少起重吊裝作業；待內模支立完成后進行外模支立，外模頂口設置頂拉桿，外模底部通過木楔子調節模板傾斜度[4]。外模底部用拉桿與內模校緊，堵頭模板采用螺栓與內外模板加固，采用雙面膠進行每片模板間的止漿處理。模板拆除按先支后拆、后支先拆的原則進行。

4.3 底胎護邊角鋼線形控制

為保證護邊角鋼與底胎模板貼合緊密、線形順直，對護邊角鋼及底胎進行精加工處理。角鋼上開設M12 螺栓孔，底胎開孔間距、位置與角鋼一致；角鋼安裝前進行調平專項驗收，避免角鋼安裝時無法貼緊底胎，角鋼與底胎用M12×40 mm六角螺栓加固。角鋼內側焊接?8 mm 鋼筋作為錨筋，錨筋間距為250 mm。角鋼內部采用固定尺寸鋼板焊接，保證護邊角鋼間距固定。

4.4 預制排水溝翻轉

混凝土強度滿足設計要求后，使用特制排水溝翻轉工具將排水溝進行翻轉，翻轉支架如圖3所示。特制排水溝翻轉工具由排水溝旋轉支架和吊裝架兩部分組成，翻轉支架由排水溝加固裝置和旋轉軸組成[5]。排水溝翻轉前將旋轉支架內置于排水溝內腔進行加固并利用吊車起吊懸空，再利用手扳葫蘆由吊裝架帶動排水溝旋轉支架（排水溝）完成旋轉。

圖3 排水溝翻轉實圖Fig.3 Diagram of inverted drainage ditch

具體施工如下：先將特制的排水溝翻轉支架推移至排水溝內側，并將翻轉支架居中固定在排水溝兩端墻身及底板上，吊裝架上的手扳葫蘆分別與翻轉支架固定點A、B 進行連接，翻轉時先松開固定點手扳葫蘆1，校緊固定點手扳葫蘆2，當吊裝架旋轉90°后，將吊裝架手扳葫蘆固定點交叉互換，繼續校緊固定點手扳葫蘆1，松開固定點手扳葫蘆2，直至翻轉完成，如圖3 所示。翻轉完成后，將排水溝吊裝放置在枕木上。排水溝翻轉過程速度不宜過快，現場施工人員需做好防護，非作業人員嚴禁進入翻轉現場。

4.5 排水溝吊裝

采用25 t 汽車吊及定制吊裝架進行排水溝吊裝作業，排水溝最大重量9.15 t，鋼絲繩選用4 根6×37?21 mm 鋼絲繩、插銷選用Q235?40 mm 光圓鋼筋制作[6]，吊裝見圖4。排水溝預制時在墻身距底部0.5 m 處布設吊裝孔4 個，吊裝孔距排水溝兩端各1 m，距離底部0.5 m。

圖4 排水溝吊裝圖Fig.4 Drainage ditch hoisting diagram

鋼絲繩驗算：吊裝按照3 點受力考慮，單個吊點受力為：9.15/3=3.05 t，即30.5 kN，角度為60°。

鋼絲繩的核算：∑Fg=（Fo×sin a）/k=（487 kN×sin 60°）/6=70.29 kN＞30.5 kN，符合要求。

式中：Fg為鋼絲繩的允許拉力；Fo為鋼絲繩的最小破斷拉力，查表可知Fo=487 kN；a 為起吊時鋼絲繩的角度；k為安全系數，取6 倍。

Q235 ?40 mm 插銷驗算：Q235 的抗拉強度375～500 MPa，即375～500 N/mm2。

?40 mm 圓鋼的截面積：

Q235?40 mm 圓鋼極限拉力：

Q235?40 mm 圓鋼極限拉力為471.24～628.32 kN＞30.5 kN，符合要求。

4.6 安裝線形控制

排水溝基底根據排水溝類型進行預處理，依次進行基槽開挖、基礎夯實，碎石墊層、混凝土墊層施工，完成標高驗收后進行排水溝安裝。安裝前通過全站儀穿線放樣邊線，做排水溝安裝準線，并利用水準進行標高放樣，標高預留2 cm 沉降量，底部支墊尼龍板進行標高調整。安裝時利用吊裝架將排水溝吊運至混凝土墊層上方約200 mm 處，依據安裝準線人工調校排水溝邊線，安裝時相鄰排水溝預留10 mm 安裝縫，排水溝墻身內外兩側采用6 號槽鋼對拉校緊，防止出現不規則偏移。

4.7 安裝縫處理

相鄰排水溝之間設置10 mm 安裝縫，排水溝外側使用SBS 防水卷材進行全包裹處理，安裝縫內填充聚氨酯發泡膠，排水溝安裝縫頂口2 cm 使用聚氨酯密封膠填充。

5 實施效果

5.1 施工效率

解決了正向現澆不易下灰的難題，壓縮現澆作業5 道工序為1 道，大大減少作業面需求及占用時間，施工效率達90 m/工作日（每班組）。

5.2 施工質量

排水溝采用整體倒扣預制工藝，設置定型底胎確保壁厚及溝寬定尺，混凝土線條順直、折角圓潤平滑。安裝完成的排水溝滿足水運工程質量檢驗標準[6]。

5.3 壓水試驗檢測

待排水溝安裝完成后，進行壓水試驗檢測，檢查排水溝墻身及安裝縫是否存在漏水、變形等不良現象。試驗證明：常規分層預制排水溝在墻身橫向分層澆筑接茬處出現明顯滲水，采用倒扣式排水溝墻身處無滲水。

5.4 經濟效益

以9 號、10 號泊位工程排水溝施工為例，將傳統正向分層預制與倒扣整體預制施工成本進行分析比較，具體見表1。

表1 傳統施工與倒扣預制施工工藝經濟效益對比表Table 1 Comparison table of economic benefits between traditional construction and inverted prefabricated construction process

經分析對比，排水溝倒扣整體預制比傳統正向分層預制節約成本4.01 萬元。

6 優化建議

1） 排水溝在滿足頂面承載力要求的基礎上調節墻身厚度，墻身優化為“牛腿”結構形式，節約混凝土施工用量；

2） 排水溝內溝底角設計為倒角，外觀造型美觀，方便施工。

7 結語

通過在欽州港大欖坪港區大欖坪南作業區9號、10 號泊位工程排水溝施工實踐中，對施工現場各種工況的跟蹤、檢查、分析、研究、改進，施工中不斷地總結經驗，倒扣預制排水溝施工進行了成功的研究和應用，并達到了加快施工進度、提高施工質量、降低施工成本的目的，充分證明了該套工藝行之有效。