吊模工藝應用于懸挑式胸墻施工要點分析

摘要 文章主要針對吊模工藝在懸挑式胸墻施工中的應用進行分析，通過方案分析、理論研究、資料調研和具體工程施工總結，從結構特點、施工難點、吊模工藝優點、吊模系統設計要點、結構受力驗算和施工要點等進行了總結分析。研究表明，吊模工藝應用于懸挑式胸墻的適用性、強度、剛度和穩定性均符合要求，可為后續相關研究提供參考。

關鍵詞 碼頭工程；胸墻施工；吊模系統；懸挑混凝土施工

中圖分類號 U656 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0126-03

0 引言

胸墻通常位于直立式碼頭上部，屬于靠船面的一部分，裝設防沖設備，擋住墻后回填料，并與下部結構連接成整體構件，主要作用是將作用于碼頭的外力傳遞至碼頭下部和地基，一般采用現澆。現澆胸墻在水工復雜條件下，施工難度較大，施工過程中需要考慮的影響因素較多，且不同項目存在不同的結構樣式。當存在大面積懸挑時，需要在潮水、波浪和風力影響下完成現澆胸墻施工，施工難度進一步加大，該文主要就吊模工藝應用于懸挑式胸墻的施工要點進行總結分析，歸納施工要點。

1 工程概況

某項目新建3個5 000 t級化工碼頭工程，碼頭結構形式為重力式沉箱結構，呈滿堂式布置，泊位總長度為452 m。碼頭基礎持力層為中砂和全風化花崗層，沉箱基礎采用夯實拋石基床，沉箱內回填塊石，沉箱上部為預制靠船構件和現澆混凝土胸墻結構，沉箱后回填塊石棱體至沉箱頂，胸墻后依次回填10～50 kg塊石及二片石，在碾壓密實后頂部現澆路面。棱體后與陸域回填相接處設置二片石、混合倒濾層及土工布。碼頭前沿豎向布置拱形橡膠護舷，系纜設施為350 kN的系船柱。設計極端高水位+4.62 m（重現期50年一遇）；設計高水位+3.72 m（高潮累計頻率10%）；設計低水位+0.38 m（低潮累計頻率90%）；極端低水位?0.43 m（重現期50年一遇）。胸墻采用現澆形式，按照沉箱基礎分段施工，共計現澆胸墻35個，胸墻懸挑為1.5 m。

2 懸挑式胸墻的結構特點和施工難點

胸墻結構在常規設計中會凸出沉箱前墻10～30 cm，主要用于修正前沿線平順性，胸墻懸挑超過0.5 m后，胸墻主體結構向外延伸形成懸挑式胸墻，其結構形成了比較獨特的空間結構形式，胸墻荷載的傳遞形式與傳統胸墻存在較大差異，施工難度會顯著增加，給施工主要造成以下幾個難點：

（1）懸挑部分的自重、模板重量和施工期荷載均需要通過新建支撐結構承擔，且需要向外延伸作業平臺，加大了對支撐結構強度、剛度及穩定性的要求。

（2）模板安裝沒有支撐點，需要采用拉桿或吊拉形式，加大了對模板剛度的要求。

（3）懸挑部分受到更大的海水浮托力、波浪力和風力的影響，增加了施工難度，加大了對支撐結構和模板的受力要求。

3 懸挑式胸墻應用吊模工藝優點

非懸挑式胸墻通常采用在沉箱位置預埋螺栓設置三角鋼架的支撐形式，設置作業平臺和模板。由于懸挑式胸墻自重太大，疊加了模板重量和施工期荷載，預留螺栓設置三角鋼架形式難以獲得足夠的支撐力，且大量的預留螺栓將對下層沉箱造成較大破壞。在懸挑式胸墻施工前，沉箱安裝已經完成[1]，且箱內回填施工完成，正常工況條件下吊模工藝所需的支撐面較大。同時，采用吊模工藝有以下優點：

（1）適應復雜環境。吊模沒有下部支撐，可以懸掛在其他固定物上或通過特定方式進行固定，這使得它能夠在空間受限或下部支撐條件不足的情況下進行施工。

（2）結構穩定性強。雖然吊模沒有下部支撐，但其穩定性和承載能力可以通過精心的設計和施工得以保證，包括合理的模板尺寸、形狀設計及承重能力的計算等。

（3）施工效率高。吊模的施工過程相對簡單快捷，能夠減少人力和時間的投入，從而提高整體的施工效率。

4 吊模設計要點

吊模系統由支架系統、作業平臺和模板等三部分組成，其結構樣式可以根據不同工況進行設計。根據懸挑式胸墻的結構特點，可利用下層沉箱作為支撐，支撐結構采用三腳架形式，而作業平臺采用懸吊形式較為合理，設計結構型式圖如圖1所示：

圖1 吊模系統結構樣式設計結構型式圖

吊模系統在設計前應分析懸挑胸墻結構的斷面形式，掌握結構分層、分段情況，確定首澆段結構形式，后續上部結構施工可利用首澆段作為支撐平臺，而無需繼續使用吊模，因此應根據首澆段的結構參數設計吊模系統，其設計要點如下：

4.1 支撐結構設計要點

（1）材料選擇。吊模的支撐結構材料應根據荷載分析，選擇具備足夠強度和穩定性的材料。碼頭工程工況較為復雜，應采用強度高、穩定性好的鋼材，可采用大型工字鋼作為骨架。

（2）設計與計算。設計時應考慮施工過程中的荷載情況，包括混凝土的重力、澆筑時的振動、海水浮托力、波浪力和風力等因素，以合理確定吊模的數量、位置和支撐方式，并可以采用增加尾部配重塊的形式，以確保支撐結構的穩定性和承載能力。

（3）固定與連接。支撐結構的固定方式應牢固可靠，連接件應具備足夠的剛度和耐力，以防止在施工過程中出現松動或坍塌的情況。

（4）合理布置支撐點。支撐點的布置應均勻、對稱，確保模板受力均衡，避免局部應力過大而導致變形或坍塌，懸挑式胸墻施工的支撐點多為沉箱側墻頂部，在設置支撐點時還應考慮沉箱結構的防護和沉箱外露鋼筋的影響。

4.2 作業平臺設計要點

（1）安全性。作業平臺的結構和材料同樣應具備足夠的強度和穩定性，確保能夠承受預期的工作載荷，并保證工作人員的人身安全。平臺應平整、結實，并配備適當的防滑措施和護欄。

（2）適應性。作業平臺的設計應根據不同的工作需求進行調整和改進。平臺的大小、形狀和高度應根據實際情況確定，以滿足不同項目的吊裝需求。

（3）便捷性。為了提高操作的便捷性，可以在作業平臺上安裝滑輪等升降和移動設備。

（4）可調節性。由于碼頭施工特點，沉箱在安裝過程中或者在后續沉降后，不可避免會出現一些高差和錯臺情況，這些問題需要在后面的胸墻澆筑過程中進行修正，所有作業平臺在設計時必須預留一定的調節空間，避免出現作業平臺不匹配情況。

4.3 模板設計要點

（1）尺寸與形狀。模板的尺寸和形狀應根據實際工程情況和要求進行設計，確保能夠滿足混凝土澆筑的要求。

（2）承重能力和剛度。底模的承重能力和側模剛度應經過精心計算和設計，以確保在澆筑過程中不會出現變形或損壞的情況。

（3）配合精度。模板與支撐結構和作業平臺之間的配合應精確無誤，以確保安裝和拆除的便捷性。

5 吊模結構受力驗算要點

吊模系統分為支撐結構、作業平臺和模板設計，其結構受力驗算的要點對于確保整個系統的安全性和穩定性至關重要，強度、剛度、穩定性驗算必須增加安全系數。根據水工環境特點，吊模結構受力驗算時，必須考慮海水浮托力、波浪力和風力的影響，其結構受力驗算要點如下。

5.1 支撐結構受力驗算要點

（1）材料性能。確認支撐結構所用材料的力學性能，如抗拉強度、抗壓強度、彈性模量等，這些參數是后續計算的基礎。

（2）荷載分析。明確支撐結構所承受的荷載類型，包括恒載（如自重）和活載（如施工荷載、風荷載等），并確定其大小及分布方式。

（3）內力計算。根據荷載情況，利用力學原理計算支撐結構的內力，如彎矩、剪力、軸力等，通常涉及復雜的數學運算和力學模型建立。

（4）穩定性驗算。評估支撐結構在承受荷載時的整體穩定性，防止因失穩而導致安全事故的發生。

（5）節點連接驗算。檢查支撐結構中各構件之間的連接方式是否可靠，確保各節點具有足夠的強度和剛度傳遞內力。

5.2 作業平臺受力驗算要點

（1）平臺尺寸與布局。確認作業平臺的尺寸和布局是否符合實際使用需求，并確保其能夠安全地承載所有預期的荷載。

（2）荷載組合。考慮平臺上可能同時出現的各種荷載的組合情況，如施工人員、設備、材料等，并據此進行受力驗算。

（3）結構強度與剛度。驗證作業平臺結構的強度和剛度是否滿足要求，以防止在荷載作用下出現過大變形或破壞。

（4）抗傾覆驗算。對于存在傾覆風險的作業平臺，需要進行專門的抗傾覆驗算，以確保其在任何情況下都能保持穩定狀態。

5.3 模板設計受力驗算要點

（1）模板材料與規格。選擇合適的模板材料和規格，確保其能夠承受新澆筑混凝土的重量和施工過程中的其他荷載。

（2）面板驗算。對模板的面板進行受力驗算，包括強度驗算和撓度驗算，以確保其在使用過程中不會發生破壞或過大的變形。

（3）支架與龍骨驗算。驗證模板支架與龍骨的強度和穩定性，確保它們能夠有效地支撐模板并將荷載傳遞至支撐結構。

（4）連接件驗算。檢查模板系統中各連接件的強度和可靠性，確保它們能夠在荷載作用下保持完好并有效傳遞內力。

6 懸挑式胸墻應用吊模工藝施工要點

懸挑式胸墻的施工工況較為復雜，普遍存在趕潮水作業情況，受到的環境影響因素較多，施工的作業時間較短，組織施工時需要考慮的條件較多，其施工要點如下：

（1）沉箱沉降穩定。胸墻必須在下層沉箱施工完成，且在沉降穩定后進行，否則容易在施工過程中產生不均勻沉降，影響施工質量。

（2）精確安裝。懸挑式胸墻施工首先應保證前沿線順直，安裝順序如下：先安裝支撐系統，再安裝工作平臺，最后安裝模板。在安裝支撐系統時，必須根據碼頭前沿線位置準確放樣，調整支撐系統位置，確保模板在安裝完成后滿足前沿線順直的要求。在支撐結構和平臺的安裝過程中，應確保各部件之間的連接牢固可靠，避免出現松動或錯位現象。同時，應對支撐結構和工作平臺進行定期檢查和維護，確保其處于良好的工作狀態。

（3）吊裝設備。在施工過程中應使用安全系數較大的吊裝設備，確保吊裝能力滿足波浪力、風力疊加影響下的要求。每次吊裝前應對吊裝設備進行檢查，由于碼頭工程環境影響因素較多，吊裝設備應避免采用吊裝船水上吊裝，陸上吊裝設備的停放位置應避免受潮水和波浪影響。

（4）拉桿安裝。安裝時應先安裝豎向拉桿，再安裝底部橫向拉桿，最后安裝頂部橫向拉桿，由于拉桿穿過模板時可能留下間隙，導致澆筑封底混凝土時漏漿，因此應用土工布條堵塞拉桿孔套管與模板間的孔，并做好后續的外觀質量修復。

（5）施工監測。懸挑式胸墻施工應在下層沉箱監測穩定的情況下進行，同時對于沉箱的沉降位移監測措施不能停止，在此基礎上應加強對支撐結構和模板變形的監測工作，形成監測定期報告制度，一旦發現異常情況應及時采取措施進行處理，確保施工安全和質量。

（6）模板水密性。混凝土澆筑前應對模板的水密性進行全面檢查，尤其是底層模板的止漿措施，以避免在波浪拍打情況下脫落。為確保底模與沉箱的緊密貼合，應避免漏漿和海水浸入，可采用裝有干水泥砂漿的土工布條形帶進行封堵。

（7）混凝土澆筑。應保證澆筑混凝土時有足夠的運輸能力，保證混凝土的澆筑速度大于海水上漲的速度，澆筑開始時間應在潮水退潮至底模以下開始進行，留足能夠作業的時間，確保趕潮水澆筑的混凝土在初凝前不被水淹。在澆筑混凝土前，應用淡水對鋼筋和模板進行沖洗，在澆筑過程中應控制好混凝土的振搗力度和頻率，避免對模板造成過大的沖擊力；應按照先里面后外面的順序進行澆筑，確保懸挑支模體系連接主體結構部分先受力[2]。施工完成后應通過同條件試塊確定拆模時間，在混凝土強度滿足要求后才能拆模。

（8）防海水腐蝕。胸墻施工普遍需要進行趕潮水作業，施工周期較長，支撐結構、作業平臺和模板長期處于水位變動區，容易受到海水腐蝕影響，在使用前應采用預留腐蝕厚度和涂層防腐的措施，確保施工安全。

（9）養護與拆模。混凝土澆筑完成后，應進行充分的養護工作，以提高其強度和耐久性。當混凝土強度達到設計要求時，方可進行拆模操作。拆模時應按照規定的順序和方法進行，避免對懸挑結構造成損壞[3]。

（10）檢查支撐點。胸墻施工的下層支撐結構為沉箱，支撐結構的支撐點作為整個結構受力傳導的集中點，其布置應均勻、對稱，確保模板受力均衡。可適當加大支撐面，避免造成沉箱局部應力過大導致混凝土破壞，同時應在準確定位的同時避開沉箱外露的鋼筋，須提前放樣，并模擬支撐系統的安裝位置，對相應位置進行提前處理。嚴禁擅自割斷沉箱外露鋼筋，設置橡膠或枕木的保護層，避免剛性材料對沉箱混凝土造成破壞，在施工過程中應對支撐點位置的混凝土定時檢查，出現裂縫等情況時應及時提出修補方案。

（11）現場安全管理。加強施工現場的安全管理，嚴格遵守相關安全規范和操作規程。設置必要的安全警示標志和防護措施，確保施工人員的人身安全。

（12）人員培訓與教育。對施工人員進行針對臨水作業、吊裝作業和趕潮水的安全培訓和教育，增強其安全意識和操作技能。確保施工過程中有足夠的技術人員參與，并具備相關的懸挑模板支撐方案和施工注意事項的充分交底。

7 結束語

隨著碼頭結構樣式的不斷革新，異形胸墻結構的形式越來越多，懸挑式胸墻結構具有較強的結構優點，在重力式碼頭結構中可得到較為廣泛的應用。該文通過某項目施工實踐，對吊模工藝在懸挑式胸墻施工中的設計、結構受力驗算和施工要點進行分析，總結了吊模工藝應用于懸挑式胸墻的各項實施要點，希望對相同類型的施工起到一定的借鑒和參考作用。

參考文獻

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[3]陳乾盛，李朝朋，王曉東，等.一種用于裝配式建筑的新型管道吊模工藝：CN202111035999.X[P].2024-11-07.