沉箱滑模施工工艺及表面质量问题预防方法

司家林

（广州南华工程管理有限公司，广州 510000）

1 工程概况

茂名港博贺新港区东区油品码头工程工作平台预制沉箱采用C40钢筋混凝土结构，单个沉箱尺寸（长×宽×高）23.5 m×16.2 m×25.5 m，质量约4 512 t。施工工艺采用滑模工艺，滑模平台沿整个沉箱侧壁水平上升绑扎钢筋、浇筑混凝土。

2 大型沉箱滑模预制质量控制要点

滑模工艺预制沉箱的特点是模板滑升与钢筋绑扎及混凝土浇筑同步施工，沉箱质量不仅受到各工序施工质量的影响，各工序之间的质量也相互影响，这一特点在大型沉箱的工程质量和施工组织中更为凸显。其中，模板工程和混凝土工程的质量对沉箱质量影响最大。

2.1 模板工程

2.1.1 底板平整度、侧壁垂直度控制

按照设计的沉箱外形及尺寸，为保证沉箱的使用性能，在施工期间应先控制底模板水平度，检查方法为水平尺测量。

施工期间，滑模上的荷载应保持平衡，防止出现堆载不均匀造成滑模平台倾斜、沉箱侧壁倾斜或开裂问题。沉箱侧壁的垂直度控制方法为通过控制滑模垂直上升保持侧壁垂直度。本工程沉箱体积大，千斤顶数量多达164台，顶升幅度有差异，需协调各千斤顶顶升幅度，防止滑模倾斜导致沉箱侧壁倾斜。解决方法是在爬杆钢筋上每隔30 cm利用上述方法设置一道标记，在标记上口固定一个限位卡装置，顶升较快的千斤顶接触限位卡后停止上升，待后续所有千斤顶都接触限位卡后，代表平台达到水平，可以进行混凝土浇筑和下一个顶升行程。之后继续重复限位卡安装和滑模上升的流程。

除了控制平台水平度，还需要保证平台垂直上升不发生偏转和扭转。检查方法是每隔2 h使用全站仪和激光器扫描沉箱侧壁垂直度，若发生滑模平台整体偏位，其垂直度发生偏移大于5 mm，则立即通知技术人员利用限位卡，使用千斤顶微调操作平台。

2.1.2 模板滑升控制

1）初滑控制

浇筑前，应在实验室测定预制沉箱混凝土的强度-时间增长曲线，确定混凝土强度达到出模强度（0.2 MPa）的时间，在本项目中为2.67 h。初滑时要保证模板内有一定高度的混凝土，模板内最底部的混凝土应达到出模强度。

2）正常滑升

滑模滑升速度直接受到混凝土浇筑情况的影响。每层混凝土厚度约为30 cm，混凝土出模强度为0.2 MPa，模板滑升速度可按式（1）计算：

式中，V为模板滑升速度，m/h；H为模板高度m，为1.2 m；h为每个浇灌层厚度，取0.3 m；a为混凝土满层后，其表面到模板上口的距离，取0.10 m；T为混凝土达到出模强度所需的时间，根据本工程试验室试验统计的混凝土凝结时间，坍落度按（180±30）mm控制时，冬季施工时混凝土强度达到0.2 MPa的时长约为2.67 h，确定T为2.67 h，带入数据计算得V=0.30 m/h。

沉箱的滑升速度按20~40 cm/h进行，泵送的每层混凝土（30 cm）滑出模板的时间约为2.7 h。在22~25℃情况下（茂名市电白地区11~12月份气温在13°~26°），其强度按实验数据可达到0.2 MPa，可满足要求。

3）末滑

当模板上沿滑升到构件顶标高下20 cm时，应放慢混凝土浇筑和滑升速度，并调平模板及模板内混凝土的平整度。

混凝土浇筑到设计顶标高时停止浇筑，混凝土顶部抹平，初凝前进行二次振捣，二次抹面，以防松顶。

根据混凝土的强度情况继续滑升模板，直到模板与混凝土不再黏结为止，但不能滑空，要留有10 cm混凝土套在模板内，以防整套滑动模板在风力作用下或其他外界因素影响发生倾倒。末升时液压操作手要经常检查，看滑升过程中混凝土顶部有没有被拉裂，发现有被拉裂的趋势马上停止滑升，用槽钢或钢板把该部位压密实，然后才继续滑升。

末升全过程应使用限位卡及时调平模板，并尽可能减少模板上的载荷，多余的钢筋应先行回收，非必要人员全部撤离。

2.1.3 模板质量控制

滑模贯穿沉箱预制的全过程，模板的质量直接影响到沉箱质量。一旦开始施工，就难以再次对模板进行测量和修改，因此，需要在浇筑前，对模板进行尺寸和检查，并保证模板锥度在3%~5%。

2.2 混凝土工程

与常规模板工艺相比，随着模板的滑升，模板和入模混凝土的相对位置发生变化，这就要求混凝土有与滑模相适应的性能。

1）混凝土凝结时间控制

在滑模施工中，混凝土配合比还需满足滑模施工的特殊要求，在适当的时间内达到出模强度。根据GB/T 50113—2019《滑动模板工程技术标准》[1]，混凝土出模强度为0.2~0.4 MPa，混凝土出模强度过高可能引起拉裂，过低则导致起鼓、坍塌。混凝土的凝结时间应能保证浇筑上层混凝土凝结时下层仍处于塑性状态，因此，混凝土配合比设计和施工中应绘制混凝土强度增长曲线，控制混凝土初凝时间约在2 h，终凝时间在4~6 h，应结合滑模施工要求考虑掺合料及外加剂的掺量[2]。

2）混凝土表面质量

滑模工艺预制沉箱施工速度快，工序衔接紧密，一旦出现施工速度过快或过慢，混凝土的振捣效果、出模时间控制不当，混凝土出现表观质量问题的可能性将大大增加，需重视混凝土表观质量的控制。

3 主要施工工艺

沉箱底座1.35 m高部分为立模现浇施工，墙身施工采用泵送滑模施工工艺。主要工序为：施工准备→底模铺设→底座钢筋绑扎→底座模板安装→底座浇筑→底座模板拆除→滑升模板安装→墙身绑扎钢筋→墙身混凝土浇筑→模板滑升→末升→二次振捣→滑升到顶→模板拆除→养护。

4 滑模预制沉箱表面缺陷成因及防治

由于在施工过程中受到滑模工艺自身特点影响，预制沉箱表面混凝土普遍存在以下典型表观缺陷：（1）混凝土面起鼓坍塌。（2）混凝土拉裂。（3）松顶。这些缺陷有各自的成因，需要在施工前做好预防措施、事后及时处理。

4.1 起鼓和坍塌及预防措施

4.1.1 缺陷成因

混凝土表面起鼓坍塌是指混凝土出模时未达到出模强度，出现因自重向下塌陷或软弱混凝土向外膨胀的现象。因素导致：（1）混凝土坍落度偏大或模板滑升速度过快造成混凝土强度不足形成坍塌；（2）分浆不均匀或振捣不足造成出模混凝土强度不均匀[3]，进而造成软弱部分混凝土起鼓甚至坍塌，主要表现为混凝土出模后局部强度不足。

4.1.2 预防措施

改进方法有控制混凝土坍落度、控制模板滑升速度、控制混凝土分层厚度、振捣和表面处理。混凝土坍落度的影响因素较多，主要通过控制原材料含水率、适当添加外加剂的方法使混凝土坍落度稳定。模板滑升速度取决于混凝土分层浇筑的厚度和达到出模强度的时间。浇筑过程中，应保证混凝土分层厚度适当，严格按照浇筑顺序浇筑，充分振捣，保证出模混凝土强度一致。总之，需要将控制浇筑的混凝土达到分层均匀，强度均一，强度增长至出模强度需要稳定时间，与模板的提升速度相适应。

3）解决方案

轻度混凝土坍塌，可采用同一标号或高一级的混凝土或水泥砂浆修补、抹面。如果坍塌范围较大，要在保持混凝土不粘模的情况下放慢滑升速度，同时在坍落部位处将混凝土修复后，在滑升模板下口安装接长模板，以阻止混凝土的坍落及增加此部分混凝土的出模强度[4]。对于更大范围的坍塌，应采取脱模停滑的措施，根据具体状况另行修复。

4.2 拉裂的成因及预防措施

4.2.1 缺陷成因

混凝土拉裂是滑模工艺产生的典型表面质量缺陷，对混凝土拉裂的成因有以下两种解释：（1）混凝土浇筑后，模板向上滑升，与入模混凝土产生摩擦阻力。若混凝土强度尚不足以抵抗滑动摩擦力及混凝土和模板间的黏结力，模板滑升将造成混凝土应变，严重时随模板向上运动，在表面形成拉裂[5]。（2）入模后的混凝土抗变形能力随时间延长先增大后减小，逐渐硬化，基本失去抗形变能力。在混凝土抗拉能力较大的一段时间内滑升模板，混凝土不易被拉裂，即最佳滑升时间段，并通过试验证明这段时间与混凝土达到出模强度的时间接近[6]。（3）施工平台荷载不均、混凝土局部强度差异过大、模板锥度过大造成的偏位和压力，也有可能造成拉裂的产生。

4.2.2 预防措施

施工前应根据各工程的特点、混凝土量的大小和气温条件等，合理选择混凝土配合比和选择搅拌、运输、浇筑等设备，保证分浆均匀、供料连续稳定，控制混凝土强度增长至出模强度的时间与滑模滑升速度相匹配且强度差异较小。当施工平台和模板发生偏移时，纠偏应缓慢，不能操之过急。每提升一个浇筑层高度，应全面检查出模混凝土的质量。

4.2.3 解决方案

1）出现的表面缺陷为裂缝，根据JTS 202—2011《水运工程混凝土施工规范》，宽度为0.2~0.5 mm的纵深或贯穿裂缝，应采用环氧树脂、甲凝及其他灌浆材料进行压力灌浆修补；宽度大于0.5 mm时也可以采用水泥灌浆。

2）裂缝宽度在0.2 mm以下，深度不大，且已停止发展的表面裂缝，应清洁表面后，用环氧树脂浆液或胶泥封闭，或采用沿裂缝凿U形槽，用环氧树脂浆液或胶泥封闭，必要时再贴玻璃纤维布。

3）若出现较为严重的裂缝，应考虑凿除缺陷部分混凝土，重新支模浇筑。

5 结语

保证滑模预制沉箱的质量，控制要点为模板工程和混凝土工程，且需要考虑两者性能和施工过程的相互适应，防止起鼓坍塌、拉裂、松顶等滑模工艺的典型混凝土表观缺陷。本工程通过保障混凝土质量、模板操作和施工组织设计确保沉箱质量可控，应在工程中因地制宜，对难点进行具体考虑和控制。另外，还有底模平整度和沉箱侧壁垂直度的控制，以及其他一些混凝土常见的质量问题。