钢底模在沉箱预制中的应用

唐承源

（交通运输部南海航海保障中心北海航标处，广西 北海 536000）

钢底模在沉箱预制中的应用

唐承源

（交通运输部南海航海保障中心北海航标处，广西 北海 536000）

重力式码头沉箱预制施工工艺中所采用的底模结构多种多样，有砂底模、钢底模、混凝土底模等，一般需要根据沉箱的尺寸、重量、预制场地等因素决定沉箱预制采用何种底模。笔者根据自身的施工经验，对砂底模以及钢底模做简单比较，并主要对钢底模的施工方法、注意事项及受力变形等方面进行简述。

沉箱预制；钢底模；施工工艺

1 概述

重力式码头沉箱预制施工工艺中所采用的底胎模结构多种多样，有砂底模、钢底模、混凝土底模等，由于节约成本，广西沿海地区的沉箱采用气囊出运工艺时，预制底胎模多采用砂底模，近来由于文明施工要求，沉箱预制钢底模也开始被使用。本节主要介绍砂底模与钢底模的施工流程，并对两种底模结构进行分析对比。

1.1 砂底模简介

砂底模是沉箱预制工艺中较为常见的一种底模结构，其施工取材容易，适应性较广。砂底模铺设工艺流程：工字钢铺设→工字钢间回填砂→回填砂冲水振冲密实整平→铺设2cm厚胶合板。

图1 砂底模断面结构示意图

1.2 钢底模简介

钢底模共有两个部分组成，一是工字钢作为底模骨架，这点与砂底模相同；二是采用钢模板作为面板，直接架设在工字钢上。钢底模的铺设工艺流程：工字钢铺设→钢模板铺设，与砂底模相比较节省了回填振冲砂的流程。

图2 钢底模断面结构示意图

1.3 对比分析

对比以上两种底模工艺，分析其优缺点如下表：

表1 砂底模与钢底模对比表

根据上表可知，在沉箱数量多，钢底模周转方便的情况下，其使用效果要高于砂底模。鉴于钢底模的优势，以下对钢底模工艺做详细介绍。

2 钢底模施工工艺

2.1 钢底模的布置及抽取

以广西北海一个码头水工工程中钢底模的应用为例，其沉箱底面尺寸为19.65m×16.95m，钢底模的平面布置图如下（标注单位为米）：

根据图3可知，钢模板的尺寸分为三种：1#钢模板2m×3m，2#钢模板0.6m×4m，3#钢模板2m×1.85m。其中1#钢模板42块，2#钢模板30块，均为通用尺寸，对该工程以外其他尺寸的沉箱同样适用，3#钢模板有7块，是专门针对该工程沉箱尺寸所制作的补平钢模板。

抽取钢底模流程：在1#、3#钢模板下摆放气囊→顶升沉箱→抽取两边的1#、3#钢模板→抽取工字钢及2#钢模板→摆放支垫枕木→气囊放气→抽取气囊及剩余的1#、3#钢模板。

图3 钢底模平面布置图

2.2 钢模板的结构形式

钢模板采用[6.3槽钢作为加强肋，6mm钢板作为面板制作而成，以1#钢模板为例，其结构形式见图4。

图4 1#钢模板断面图

根据上图可知，1#钢模板有上下两块钢板，正面的钢板是作为整个底模面板，背面1.5m宽钢板主要作用是保证气囊顶升时不被钢模板的加强肋刮伤，且气囊能够受力均匀。

1#钢模板的加强肋有横向及纵向两种，横向肋布置间距0.3m，2m长方向单条通长布置。纵向肋布置间距0.5m，外边两条3m长方向单条通长布置，中间的三条在横向肋之间布置，采用塞焊的形式。

2#、3#钢模板的结构形式与1#钢模板基本相同，只需根据尺寸的不同略作调整，2#钢模板作为枕木支垫位置，不需要摆放气囊顶升，因此其背面不需设钢板。

2.3 注意事项

（1）1#、3#钢模板不应超出沉箱底板过长，防止气囊顶升沉箱时造成边角上翘变形。

（2）1#、3#钢模板底面要设有钢板，以保证气囊顶升时能够受力均匀，且保护气囊不被损坏。

（3）2#钢模板可采用钢丝绳连接为整体，方便气囊顶升沉箱后进行抽取。

（4）1#与2#钢模板之间要留有4mm左右的空隙，防止顶升时2#钢模板被1#钢模板夹住造成抽取困难。

（5）钢模板的布置要考虑顶升沉箱时可摆放的气囊数量，在气囊额定工作压强范围内能否顶升沉箱。

（6）为保证钢模板的平整度，其叠放不宜过高，且应支垫均匀。

2.4 钢模板受力计算

因沉箱采取分层浇筑，钢模板的变形只在浇筑沉箱底板时产生，将混凝土作用在钢模板上的重力看作均匀面荷载，则单条横向肋承受0.3m宽度范围内的面荷载，沉箱底板浇筑高度为0.65m，因此单条横向肋承受的均布荷载：

钢模板的横向肋受力模型可简化为承受竖向均布荷载的简支梁，其受力示意图如下：

图6 钢模板横向肋受力示意图

简支梁的最大应力及变形发生在跨中处，根据材料力学的弯曲梁横截面最大应力计算公式：

I为梁截面惯性矩，[6.3的取值为5.12×10-7m4；

ymax为截面边界到截面中性轴最长距离，[6.3的取值为0.0315m。

将上述数据代入公式①可得σmax=150MPa＜[σ]=170MPa。

跨中挠度计算公式

式中：E为钢材的弹性模量，取2.06×108kN/㎡；I为梁截面惯性矩，[6.3的取值为5.12×10-7m4；l为梁跨度，取2m。

将上述数据代入公式②可得ω=9mm。

根据上述受力分析可知，钢模板的刚度及变形均在允许范围内，满足施工需要。

3 结束语

钢底模的使用大大提高了预制沉箱的效率，其铺设及抽取施工方便，需用劳动力少，占用场地面积小，能够保证场地的使用率及文明施工管理，符合日益趋于机械化施工的现代化发展需要。

[1]范钦珊,殷雅俊.材料力学-第2版[M].清华大学出版社,2008.

[2]龙驭球,包世华,袁驷.结构力学.1,基本教程[M].高等教育出版社,2012.

U443.13

A

1006—7973（2017）12-0054-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.020