港航工程中重力式沉箱预制施工探讨

王娟，刘业伟

（长江重庆航道工程局，重庆 400011）

1 工程概况

某港航工程为顺岸重力式沉箱结构，码头顶面标高5.5m，前沿底标高-17.6m，岸线长560.75m。码头按照南北走向设计，共设置1 个15×104t 级泊位。该港航工程28 座沉箱设计高度均为20m，分A、B、C 三种型号。其中，A 型、B 型、C 型沉箱长×宽×高均为18.65×15.05×20.0m，底板、前墙、后墙、隔墙设计长度均为0.65m、0.40m、0.35m、0.25m；A 型、B 型沉箱C30 混凝土方量均为853m³，C35F300 混凝土方量均为259m³；C 型沉箱C30 混凝土方量为851m³，C35F300 混凝土方量均为265m³；A 型沉箱无接地钢板（图1），B型、C 型沉箱均设置接地钢板；A 型、B 型、C 型沉箱重量分别为2780t、2780t、2790t。A 型、B 型沉箱均设置1.0m 宽的前趾和后趾，前墙外侧从顶部向下3.8m 处设置0.2m 宽牛腿，前墙以及侧墙内侧、隔墙及后墙两侧从顶面向下0.5m 处均设置0.2m 宽牛腿。C 型沉箱设置1.0m宽的前趾和侧趾，前墙及侧墙外侧从顶面向下3.8m 处设置0.2m 宽牛腿，侧墙内及隔墙、后墙两侧从顶面向下0.5m处均设置0.2m 宽牛腿。

图1 A 型沉箱断面模型图

2 沉箱预制

结合该港航工程三种类型沉箱设计尺寸及钢筋密度大、混凝土方量大等工程特性，为提升混凝土振捣质量，采用分层预制方式。A 型、B 型、C 型沉箱均采取一致的分层参数，见表1。沉箱预制安排在中交第一航务工程局有限公司第二项目部沉箱预制场内进行，沉箱模板全部为定型钢模板，底层按照蹲底工艺处理[1]，模板支设和拆除均在塔吊配合下进行，混凝土制备完成后通过罐车运输。南北均设置4 个沉箱预制台座，A 型、B 型沉箱交替预制，C 型沉箱最后预制，预制结束后由台车顶推出运。

表1 预制沉箱分层参数

3 沉箱施工

3.1 模板工程

该港航工程中重力式沉箱分层预制，外模为大型钢模、竖向桁架及横向螺栓拉杆结构，上口为M24 对拉螺栓，下口为M24 高强螺杆和圆台螺母模板。外模竖向通过阴阳榫扣接，相邻外模之间设置压板螺丝防错台。内芯模则为定型钢模，同样的竖向桁架结构，每套模板共包括12 个芯模，每个芯模中的4 片芯片由底盘支架连接；上口为M24 对拉螺栓，下口为活动底盘顶丝；芯模片通过钢插板和顶丝拼缝。

模板安装前必须将预制沉箱底胎清理干净，进行沉箱底平面前后墙、侧墙、隔墙放线，并在底胎均匀涂刷板油，将2 层底胎纸铺放在划线区域内，安装底胎线并绑扎沉箱钢筋；此后顺着底胎线安装模板。安装模板前，还应将模板打磨平整并涂刷0.3mm 厚的机油，起到润滑模板的作用，按照先芯模后外模的次序依次支模。此后，通过M24 对拉螺栓将模板上口固定，并预埋圆台螺母；通过M24×300 高强螺杆连接圆台螺母。校核并调整模板垂直度、拼缝、墙体宽度及整体对角线。

3.1.1 底层模板

底层模板包括外模、内模、浇筑平台、混凝土地胎模、充芯活动底模等部分。底层沉箱外模采用桁架式钢模板形式和墙包底工艺，设计高度2.25m；上部设置楔形圆台螺母。地模则在原地胎模四周既有基础上浇筑140mm 厚的钢筋混凝土，并设置底模拉条和12 只高程定位钢板为外模支撑点。底胎模内部设置隔舱，隔舱内充砂整平后形成密实工作面，其上铺设18mm 厚的光面胶合板及2mm 厚的纤维纸。为便于安装拆卸，4 片内模板组成整体结构，1 次可整体吊装1 个孔腔；内模则设置在预埋混凝土支撑墩部，底层不设托架；内模顶部安置单边楔形预留孔，用于上层内模托架定位支撑。混凝土浇筑时的侧压力在框架结构的支撑下互相作用并抵消[2]，对模板整体受力有利，且安拆简便、工效高，对墙体损坏少。

3.1.2 上层模板

上层模板包括4 榀外模、12 组内模、浇筑平台和操作平台。外模采用桁架式钢模，设计高度3.75m，通过拉条将底脚和预埋于下层的圆台螺母禁固连接；底部100mm 区域内和下部混凝土接触，以控制垂直度并起到止浆作用；外模上部预设楔形圆台螺母，用于上层外模承重紧固。底角螺栓底部通过圆形钢管嵌入侧模侧压力抵消装置孔洞内,见图2。

图2 底脚构件（单位：mm）

拆模时间根据试验室压块强度确定。在混凝土达到设计强度后展开拆模；在禁固螺栓拆除时，必须在每片外模上预留2 根安全螺栓，待塔吊钢丝绳带张紧后拆除预留螺栓。

3.2 钢筋工程

按照规范对进场钢筋实施复检，复检合格的钢筋根据设计要求和沉箱层高展开加工制作，编号后堆放；前后墙、侧墙、纵隔墙钢筋均在加工区内绑扎并整体吊装；横隔墙钢筋则通过穿筋工艺施工，同截面钢筋搭接率控制在50%以内[3]。

待沉箱底平面依次划好钢筋控制线后展开底板钢筋绑扎，并将控制上下层层距的钢筋板凳和支架固定好，此后开始绑扎上层钢筋。因沉箱前后均设置大趾，故在沉箱4 角大趾处焊接U 型钢筋以固定钢筋网，避免倾斜。全部底板钢筋均按满点方式牢固绑扎。

墙体、外墙及纵隔墙钢筋均在绑扎区内铺平绑扎；水平筋在外侧布置，前后墙、纵隔墙钢筋网片均设置12 个钢筋支架，并以φ12mm 圆钢焊接吊点，整体吊装后与下层外伸钢筋绑扎。钢筋绑扎过程中必须加强间距、层距等的控制，做到横平竖直；钢筋交叉处应按梅花布点绑扎，铅丝外露长度应不超出1.0cm。保护层垫块应按4 个/m2的数量设置，钢筋厚度应满足设计要求。

3.3 混凝土工程

混凝土采用泵送浇筑工艺，即在预制场内搅拌站制备好混凝土后通过罐车运抵施工现场，借助泵车泵送入模，并通过高频振捣器分层振捣密实。混凝土浇筑施工期间，为避免出现气泡、蜂窝、麻面、砂线等质量问题，主要采取以下措施：①优化配合比设计，并将混凝土塌落度控制在140～160mm 以内。最终确定的混凝土设计配比见表2；②加强原材料及混凝土性能检测，应使用级配良好、硬质、针片状含量低、压缩性在10%以下的河砂；③底板混凝土浇筑时按照底板→大趾→隔墙→外墙次序进行，并在大趾模板上按照1.5m 间隔设置φ200mm 振捣孔，加强振捣；在墙身和底板交接处浇筑外墙后，再浇筑隔墙；混凝土浇筑期间应按照50cm厚度分层下灰；④应用φ50mm 高频振捣器以梅花形振捣底板，以使混凝土结构中的气泡等顺利排出，直至混凝土表明无明显沉降，且表面出现浮浆后结束振捣。

表2 混凝土配合比及材料用量（单位：kg/m3）

沉箱接茬处混凝土必须冲毛处理，保证新旧混凝土之间良好结合，防止接缝处渗水。浇筑混凝土前应先浇筑1 层高标号水泥砂浆，以润湿接茬面。

3.4 沉箱施工质量控制

沉箱安装前由操作人员全面整理测量结果，对于起重船可适当调整船体位置，将船体摆放至沉箱拟沉放区域以内。此后，操作人员通过操作起重船使吊钩缓慢松放，并在沉箱底和基床相距0.3m 左右时暂停松放，由测量人员和起重人员借助GPS、交通船、全站仪、经纬仪等再次审查沉箱箱体。每个沉箱安装完毕后均应通过木枋造缝，以保证相邻沉箱间紧密连接。沉箱安装允许偏差及质量控制要求[4]见表3。

表3 沉箱安装允许偏差

4 结论

综上所述，该港航工程重力式沉箱采用整体浇筑，安装好四周模板后便形成封闭式内仓，故混凝土浇筑过程中必将产生大量水化热，引发沉箱内快速温升，故施工过程应选择在环境温度较低的时间进行，并加强通风降温，保证混凝土浇筑施工顺利进行。沉箱整体式浇筑过程中，钢筋及模板安装施工存在较大难度，所涉及模板预制及辅助设施配置较多，对混凝土浇筑也有较高要求。采取本文所提出的控制措施后，该港航工程重力式沉箱整体施工质量得到提升，为该大型码头经济效益和社会效益的发挥提供了保证。