沉箱预制工艺在超大型沉箱施工中的优化
重力式码头是我国分布较广，使用较多的一种码头结构形式，沉箱是重力式码头主体最为常见的结构形式之一。近年来，由于水运市场船舶向大型化发展的需求，重力式码头建设向大型、深水化发展的速度越来越快，且建设工期要求紧迫。在此发展的背景下，超大型沉箱脱颖而出，且应用越来越广泛。本文主要介绍，在预制超大型沉箱过程中较传统的沉箱预制工艺的改进，为超大型沉箱预制施工及类似超大型结构物的预制提供借鉴。关键词：超大型沉箱 预制工艺 优化
中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0026-02
目前沉箱预制工艺比较成熟，超大型沉箱的预制延用传统成熟预制工艺，但就超大型沉箱体积大、重量大、施工周期长等特点，使得在施工过程中遇到很多问题。对传统的沉箱预制工艺进行优化改进，解决超大型沉箱预制过程中的各种问题，从而保证施工的安全、提高质量、缩短工期，节约成本。
1 工程简介
烟台港西港区一期工程由临时围埝工程约888延米，斜坡式引堤工程约600m，直立式岸壁（含顺岸转水码头预留段）176.8m，20万t级码头325.7m，30万t级码头433.45m，共计5个单位工程组成。30万t级码头工程共计20个A型沉箱，单个A型沉箱混凝土方量为3492m3，重约8700t，长31m，宽21.8m，高28m，共35个仓格。
无论从外形尺寸还是混凝土总方量该工程沉箱均较常规重力式码头沉箱都大的多，这就要求我们在沉箱施工过程中有针对性地根据实际情况做出相应的工艺上的优化改进来保证沉箱预制的安全、质量和进度。
2 工艺优化
2.1 分层高度优化
常规重力式码头沉箱高度最高一般在20m左右，本工程码头靠泊能力为30万t级，前沿水深-26m，沉箱设计高度达28m。传统的沉箱预制分层高度最高一般在4m左右，如该工程采用分层高度4m，则需要7个预制周期可完成一个完整的沉箱。分层过多，预制周期长，总工期保障率低。
为提高整体施工效率，加快沉箱预制进度，将分层高度提高到5m。即沉箱分层设置为底层3m，墙体5m，顶层5m，共计6层。按照每层施工周期5d计算，单个沉箱的预制周期可缩短6d，20个沉箱可直接缩短120d的施工工期，工程进度大大提高，施工成本也有所降低。
2.2 模板设计优化
由于沉箱预制的分层高度加大，相应的模板重量也随之加重，且受起重设备最大起重能力的限制，模板重量又不能无限制增加，相应的模板刚度相对降低。为保证模板施工的安全和质量，对模板的内外模进行优化。
2.2.1 内模板优化
（1）底层内模板优化。
传统的底层模板为底大盘整体吊装结构，四片模板通过底部的两个连接与底大盘连接，各半片之间在交角处用连接杆加螺栓紧固。
在此基础上，每片模板与底大盘的连接螺栓由原先的2个增加至4个，将各片模板之间的连接方式改为“井”字型连接杆加对拉螺栓连接，以此提高4片模板的整体稳固性，同时还可通过对拉螺栓方便有效的调节内模整体几何尺寸。
（2）上层内模板优化。
该项目预制场配备的塔吊为16t级，取75%的安全系数，上层内模板设计重量达到12t，4m高的模板重量约为10t，调整后的模板重量增加了20%。传统的上层内模是吊装平台整体芯模结构，芯模通过吊装平台底部的大梁伸出的4个插腿支撑在已浇筑好的混凝土上，4片模板分别由上下各两个对拉螺栓连接在吊装架上。因芯模重量加大，但插腿与混凝土的接触面积无法调整，支撑点的压强随之加大。
为提高整个芯模的安全性能，将底部支撑梁设计在整个吊装平台的下部，形成平台托梁结构，可提高平台的刚度；且吊装平台由原先的两根梁增加到三根梁，相应的插腿数量由4个曾至6个，安全系数提高了50%；同时考虑模板高度加高后刚度减弱，为减少模板因混凝土侧压力产生的变形，在每片模板的中间高度增加两个对拉螺栓，不仅可以降低模板的变形，同时还使得模板的平面几何尺寸调节更加便利。
2.2.2 外模板优化
（1）底层外模板优化。
优化前底层外模板底部止浆结构为2cm×2cm钢倒角贴5mm泡面止浆条结构，止浆条的宽度仅有2cm，由于预制台座的地坪平整度不平，导致的漏浆现象普遍。
为减少漏浆点，采用加大止浆条与地面的接触面积的方式，特质梯形断面橡胶止浆条，止浆条的厚度加至2cm，且与钢模板底部通过螺栓和沿沉箱周长方向通长的5mm钢带夹紧。不但可以提高止浆效果，还可以有效的避免模板拆除造成的底部混凝土碰损现象。
（2）上层外模板优化。
①优化上层外模板止浆结构。
将原有方形2cm×3cm常规实芯橡胶止浆条改为定制弧面空心橡胶止浆条，底部采用双63槽钢组合形式，用螺栓紧固在63槽钢内部。改进后的止浆条与支撑面混凝土接触面积增大，同时中空弧面结构比平面实芯结构压缩性好。该结构不仅可以很好的起到止浆作用，还有效的降低了混凝土接茬面的错台。
②优化上层外模板中缝结构。
由于沉箱周长较长，且受起重能力的限制，上层外模板由12片外模组成，每个沉箱面分为3片外模。传统的外模每个沉箱面为1～2片外模，常用的中峰为阴阳榫互相咬合结构，其模板必须按照规定次序进行支拆。模板数量增大后，如还采用此结构，支拆顺序受限制，支拆的整体周期加长。经优化，将原先的阴阳榫结构改为两片模板直接对接，其模板后面用长30cm双扣10#槽钢加螺栓紧固。此结构简单易操作，不受支拆顺序限制，大大提高了支拆效率；且双扣槽钢可以抑制因模板高度大、刚度低造成的变形，更有效的减小外模中缝的错牙。
2.3 陆上出运优化
传统的沉箱陆上出运方式有轱辘台车出运方式、气囊滚动出运方式等，均需要大吨位的千斤顶先将沉箱顶起，再将台车或气囊放置在沉箱底部，沉箱装载在台车或气囊上，由卷扬机牵引或千斤顶推动沉箱向前移动。各种方式都无法突破超大吨位的沉箱限制，且运移速度慢，安全风险高。
本工程沉箱重达8700t，重量之大，堪称国内陆上大批量生产的超大型沉箱之最。为提高沉箱出运的工作效率，降低安全风险，公司自主研发了“胶囊台车顶升、运移大型沉箱出运工艺”。该工艺主要由胶囊台车系统、胶囊注水系统、液压顶推系统组成。胶囊置于台车内部，顶推千斤顶至于台车后部，顶升与运移设施集合为一体，注水顶升动力与液压推动动力集合为一体；按照千斤顶工作原理，采用水介质注入胶囊内顶升沉箱，取代传统的液压千斤顶；利用水平千斤顶顶推自动夹轨装置推动沉箱前移，取代了卷扬机牵引系统。该工艺的优化，大大降低了人员和设备的投入，自动化程度高，施工效率高，安全可靠，节能环保。
3 实施效果
烟台港西港一期工程超大型沉箱预制施工在以往成熟预制工艺的基础上，作出一些工艺上的优化改进，通过这些优化改进使沉箱预制工艺更加完善，保证了烟台港西港一期30万t超大型沉箱预制施工的顺利履约。
通过采用大分层模板进行沉箱施工，减小沉箱预制周期，在优化后的理论预制周期的基础上，进一步通过优化现场的施工组织协调，A型沉箱单层预制时间实际平均为5d，分6层预制，单个沉箱预制周期为30d。按期顺利完成了全部预制任务。通过大分层沉箱施工，A型沉箱分层钢筋搭接每个沉箱节约3t，共计节约钢筋近60t，直接经济效益20余万元。通过外模板的工艺改进，沉箱底部漏浆烂根、水平及竖向错牙过大、接缝漏浆错台等质量通病得以治理，沉箱外观质量大大提高。通过内模板的工艺改进，起重及高空作业安全效果显著，模板变形损坏率降低，模板总周转周期加长，模板维修费用节省约7万元。采用高压注水胶囊顶升和运移大型沉箱工艺达到国际领先水平，大大提升了企业的核心竞争力，为获得更大的经营市场、创造更大的经济效益奠定了基础。
4 结语
沉箱预制工艺在超大型沉箱施工中的一系列工艺优化改进，更加保障了超大型沉箱施工的安全、质量、进度、效益，对同类构件的预制施工工艺优化起到了很好的示范作用，进一步推动了重力式码头施工向专业化、大型化、高速化发展的趋势。
参考文献
交通部第一航务工程局.港口工程施工手册.北京：人民交通出版社，1994.
JTS 257-2008，水运工程质量检验标准.
JTJ 268-96，水运工程混凝土施工规范.
页:
[1]