黃文慧，董政

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

1 工程概況

深塢浮塢門是港珠澳大橋沉管預(yù)制廠干塢建設(shè)中的關(guān)鍵構(gòu)件，其質(zhì)量直接影響干塢的使用性能。塢門的主要功能是實(shí)現(xiàn)深塢與大海的隔離，通過調(diào)節(jié)塢內(nèi)的蓄水高度，進(jìn)行沉管在塢內(nèi)的橫移及出運(yùn)。

深塢浮塢門采用鋼筋混凝土重力式箱形結(jié)構(gòu)[1]，沉箱預(yù)制尺寸：長(zhǎng)59.00m、寬25.20m、高29.10 m。浮塢門標(biāo)高18.6 m以下由40個(gè)艙格（長(zhǎng)度方向10個(gè)，寬度方向4個(gè)）組成，18.6～29.1 m為8個(gè)艙格組成，艙格尺寸均為5 780 mm×5 565 mm，總混凝土方量5 365 m3，重約1.30萬t。沉箱主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，立面斷面形狀為“U”形，U形槽部分?jǐn)r水采用鋼扶壁結(jié)構(gòu)。沉箱設(shè)計(jì)頂標(biāo)高+15.80 m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-13.30 m，見圖1。

圖1 塢門沉箱立體圖Fig.1 Modeldiagram of the dock gate caisson

2 模板設(shè)計(jì)思路

塢門沉箱體積龐大，模板設(shè)計(jì)前，首先要確定沉箱澆筑的分層、分段，并結(jié)合預(yù)制廠現(xiàn)有的吊裝設(shè)備考慮，現(xiàn)場(chǎng)擬用吊裝設(shè)備有：350 t·m移動(dòng)式塔吊，200 t履帶吊。

方案一：實(shí)行全斷面分層澆筑，假設(shè)分8層，底層層高2.6 m，標(biāo)準(zhǔn)層高4 m，頂層2.5 m，則一次澆筑混凝土量較大，底層澆筑方量達(dá)到1 400 m3；模板塊數(shù)較多，需要底層外模板1套、標(biāo)準(zhǔn)層外模1套，40個(gè)底層內(nèi)模、40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模；模板重量較大，整套模板重量達(dá)到1 300 t，預(yù)制工作將會(huì)十分繁重。模板數(shù)量多將造成預(yù)制場(chǎng)地緊張、吊裝設(shè)備能力不足，且模板費(fèi)用較高，故不予考慮。

方案二：考慮將沉箱垂直方向分8層，水平方向分3段進(jìn)行澆筑，此種分法需要澆筑21次，底層每次澆筑量為480 m3；需底層外模板1套、標(biāo)準(zhǔn)層外模1套、16個(gè)底層內(nèi)模、16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模；整套模板重量約550 t；水平向混凝土施工接頭10個(gè)。

方案三：由于沉管預(yù)制廠的建設(shè)任務(wù)十分緊迫，于是改變思路，垂直方向分8層，水平方向分為2段進(jìn)行澆筑。此種分法需要澆筑16次，底層每次澆筑方量720 m3；需底層外模板1套、標(biāo)準(zhǔn)層外模1套、20個(gè)底層內(nèi)模，20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模；整套模板重量約730 t；水平方向混凝土施工接頭5個(gè)，見圖2、表1。

圖2 分層示意圖Fig.2 Schematic diagram of stratification

表1 分段工況對(duì)照表Table1 Piecew ise condition table

經(jīng)過分析，最終選擇了方案三，主要有以下兩點(diǎn)原因：

1）當(dāng)時(shí)深塢爆破不是很順利，時(shí)至7月份才有啟動(dòng)塢門沉箱的條件。面對(duì)年底需要完成預(yù)制廠建設(shè)的壓力，最終做出有利于項(xiàng)目進(jìn)度的選擇。

2）如果選擇方案二，塢門沉箱將存在兩條通長(zhǎng)的施工縫，對(duì)于塢門的止水不利。另外，接頭處的施工十分繁瑣，鑿毛質(zhì)量在進(jìn)度壓力下難以保證，將會(huì)影響止水效果。

3 設(shè)計(jì)受力驗(yàn)算

3.1 混凝土及模板參數(shù)

3.1.1 混凝土參數(shù)

混凝土坍落度（16+2）cm；入模溫度25℃；初凝時(shí)間6 h；混凝土澆筑速度約30 m3/h，以0.5 m/h澆筑高度計(jì)。

3.1.2 模板基本參數(shù)

1）內(nèi)膜部分：?jiǎn)蝹€(gè)內(nèi)膽重量需要事先重點(diǎn)考慮。現(xiàn)場(chǎng)擬采用1臺(tái)200 t履帶吊和1臺(tái)350 t·m移動(dòng)式塔吊，考慮現(xiàn)場(chǎng)起吊設(shè)備能力、現(xiàn)場(chǎng)布置和塢門沉箱的尺寸，選擇控制單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模重量不大于11 t，最終選擇模板面板厚為3 mm；內(nèi)楞最大間距橫向400 mm，縱向365 mm；內(nèi)楞材料為[8、-4×60、-8×80；外楞最大間距1 082.5 mm；桁架材料上下弦2[6.3，腹桿[6.3；內(nèi)模架用料[8、[6.3、∠63， ∠80；鋼面板厚度 3 mm；角部蓋板5 mm；模板連接螺栓采用4.8級(jí)M20螺栓。

2） 外模部分：內(nèi)楞最大間距橫向450 mm；內(nèi)楞材料為 [10、I10；外楞最大間距1 490 mm；桁架材料上下弦2[8，腹桿 [6.3；內(nèi)模架用料[8， [6.3，∠63， ∠80；鋼面板厚度 5 mm；模板連接螺栓采用4.8級(jí)M20螺栓。

3）拉桿參數(shù)：采用φ20圓鋼。

3.2 模板荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算手冊(cè)[2-4]，新澆混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力按下列公式計(jì)算，并取其中的較小值：

式中：γc為混凝土的重力密度，取24.0 kN/m3；t0為新澆混凝土的初凝時(shí)間，按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值取約6 h；v為混凝土澆筑速度，m/h；H為混凝土側(cè)壓力計(jì)算總高度，m；β1為外加劑影響修正系數(shù)，取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，當(dāng)坍落度小于30 mm時(shí)，取0.85，50~90 mm時(shí)，取1.0，110~150 mm時(shí)，取1.15。

按每小時(shí)澆筑速度（v=0.5m/h），以及初凝時(shí)間（t0=6 h）計(jì)算，H=0.5×6=3 m，則

從F1、F2兩者中，取較小值30.91 kPa作為本工程計(jì)算荷載標(biāo)準(zhǔn)值，則混凝土側(cè)壓力計(jì)算位置處至新澆混凝土頂面的有效高度為傾倒混凝土及振搗時(shí)產(chǎn)生的荷載標(biāo)準(zhǔn)值P2=4.000 kN/m2；新澆混凝土側(cè)壓力設(shè)計(jì)值 q1=（1.2×30.9+1.4×4.0）×0.85=36.3 kN/m2，其中0.85為臨時(shí)結(jié)構(gòu)荷載折減系數(shù)[2]。

3.3 作用荷載和分析

整個(gè)沉箱主要受到澆筑時(shí)混凝土的側(cè)壓力、施工荷載以及整個(gè)沉箱的自重。

混凝土側(cè)壓力按照流體壓力均布荷載作用在內(nèi)外模板單元上。

邊界條件假設(shè)：內(nèi)模架插銷處假設(shè)為固結(jié)，外模桁架預(yù)埋螺栓假設(shè)為固結(jié)，拉桿及頂桿假設(shè)為鉸接。

按照上述簡(jiǎn)化分析，采用有限元程序MIDAS CIVIL2010對(duì)整體模板建立空間三維模型，添加邊界條件，以及作用荷載進(jìn)行分析計(jì)算，得出最終結(jié)論，模板整體結(jié)構(gòu)在保證下列前提下能滿足強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的要求：

1）外側(cè)模固定螺栓具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)按相關(guān)規(guī)范安裝好，確保安裝牢固。

2）內(nèi)模插銷按相關(guān)規(guī)范安裝好。

3）各模板連接緊固。

4 施工要點(diǎn)

4.1 底模的設(shè)置

底模的設(shè)置主要考慮塢門的起浮。塢門預(yù)制場(chǎng)地為深塢底面，表面為堅(jiān)硬巖石面，場(chǎng)地比較平整，可用挖掘機(jī)對(duì)場(chǎng)地基礎(chǔ)稍作平整，清理碎渣土后，直接在場(chǎng)地區(qū)澆筑20 cm厚C20混凝土地坪，尺寸約為120m×30m，地坪標(biāo)高統(tǒng)一。

底模上留凹槽，避免沉箱底部與底模無間隙造成水難以進(jìn)入沉箱底部，影響以后塢門沉箱起浮。現(xiàn)場(chǎng)凹槽按10 cm深、20 cm寬，一縱三橫通長(zhǎng)設(shè)置。之后在凹槽內(nèi)填沙，澆水使沙密實(shí)，防止沉箱底部澆筑時(shí)下陷。最后在溝槽處鋪設(shè)25 cm寬、1 mm厚的鍍鋅鋼板，防止振搗棒將底模打穿。

為避免預(yù)制沉箱粘底，底模設(shè)置比較謹(jǐn)慎，最后實(shí)施方案為，隔離材料分5層，最底涂1層黃油（1號(hào)鋰基脂），黃油上鋪1層牛皮紙，牛皮紙上鋪設(shè)1層瀝青紙，瀝青紙上鋪設(shè)塑料薄膜，最上面再鋪1層牛皮紙，保護(hù)隔離層不被鋼筋損傷，以及表面方便刻度標(biāo)記。

4.2 頂角螺栓的設(shè)置

底層外模頂腳采取圓柱形構(gòu)件插入底模固定，直徑100 mm?，F(xiàn)場(chǎng)采用1臺(tái)水鉆進(jìn)行鉆孔，152個(gè)鉆孔利用底模材料鋪設(shè)的時(shí)間，3 d即可完成。構(gòu)件頂緊外模時(shí)候，構(gòu)件受力不可能完全在圓形的直徑上，故底部圓柱形受力會(huì)有旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)的問題。另外由于圓柱構(gòu)件和預(yù)留孔之間的受力面實(shí)際為一條線，所以在受力大的地方壓強(qiáng)過大，造成預(yù)留孔洞的破損。在以后沉箱的施工中，建議采用矩形構(gòu)件固定頂腳件，采取在底模上預(yù)留矩形孔的方法，不要再使用圓柱形構(gòu)件固定。

4.3 結(jié)構(gòu)上端U形模板的考慮

上端U形模板采用標(biāo)準(zhǔn)層的外模進(jìn)行簡(jiǎn)單改制即可，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)層外模時(shí)，要求分塊長(zhǎng)度恰好可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)層→U形上端模板的改造。

設(shè)置好長(zhǎng)邊側(cè)模板分段位置，進(jìn)行簡(jiǎn)單改造即可形成U形上端模板。需要注意在模板改造時(shí)，要提前規(guī)劃好外模工作平臺(tái)和外工作平臺(tái)的改造時(shí)機(jī)和材料，以免臨時(shí)改造影響進(jìn)度以及產(chǎn)生安全問題。

第七層澆筑時(shí)需注意錐形螺母預(yù)留孔和內(nèi)平臺(tái)插銷孔位置的變化。由于第八層的層高為2.5 m，并非標(biāo)準(zhǔn)層的4 m，故需要降低最后一層內(nèi)、外模安裝的位置，從而錐形螺母預(yù)留孔和內(nèi)平臺(tái)插銷孔的位置也需相應(yīng)發(fā)生改變。

4.4 施工縫的處理

如圖3所示，塢門沉箱模板按每層進(jìn)行兩次澆筑進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第一次澆筑時(shí)，安裝20個(gè)內(nèi)模和3面的外模，端部采用木模封堵，封堵前后墻和3道隔墻，底層澆筑時(shí)需要對(duì)70 cm高的隔墻進(jìn)行封堵。

第二次澆筑時(shí)留4個(gè)內(nèi)模不拆，留做端模使用，另半幅安裝20個(gè)內(nèi)模，外模調(diào)轉(zhuǎn)到另一邊繼續(xù)使用，木模拆除后采取鑿毛處理。

圖3 塢門沉箱分次澆筑方式一Fig.3 The firstway for dock gate caisson pouring

如按此思路施工，由于現(xiàn)場(chǎng)工作十分緊湊，不可能等待一半澆筑完成再進(jìn)行下一半鋼筋的綁扎，于是木模封頭就位于5號(hào)縱隔墻鋼筋里，相隔一層鋼筋，造成裝模和鑿毛十分困難。另外如果一直在同一位置進(jìn)行木模封堵，則會(huì)產(chǎn)生一條上下通長(zhǎng)的施工縫，對(duì)塢門沉箱的結(jié)構(gòu)十分不利。經(jīng)討論，決定增加另一種裝模方式，如圖4所示，照此施工，木模封頭和鑿毛工作就處于5號(hào)縱隔墻鋼筋的外側(cè)，無鋼筋層阻擋，方便施工；另外此兩種方式結(jié)合施工，避免了通長(zhǎng)的施工縫產(chǎn)生。

圖4 塢門沉箱分次澆筑方式二Fig.4 The second way for dock gate caisson pouring

4.5 流水施工的關(guān)鍵

塢門沉箱流水施工的關(guān)鍵在于拆模之后模板的擺放和內(nèi)外平臺(tái)的迅速提升。由于外模兩次安裝時(shí)位置是相反的，故安排好外模的擺放位置和拆裝順序尤為關(guān)鍵，拆下來的外模要有利于下一次裝模吊運(yùn)的需要。

提升內(nèi)外平臺(tái)對(duì)流水作業(yè)十分關(guān)鍵，一旦升完內(nèi)外平臺(tái)，鋼筋綁扎架可以馬上從另一半已完成的鋼筋綁扎段調(diào)運(yùn)過來，進(jìn)行此段鋼筋的綁扎。

5 關(guān)于底層模板的討論

以往的沉箱或者底層有前趾，或者相同型號(hào)的沉箱數(shù)量較多，故一般采取底層、標(biāo)準(zhǔn)層兩種不同類型模板進(jìn)行施工。

具體到塢門沉箱的模板，則應(yīng)該討論是否有必要設(shè)置兩種模板，因?yàn)閴]門沉箱無前趾，底層模板在澆筑底層混凝土之后，就沒有作用了，且占用堆放場(chǎng)地，而塢門沉箱的底層模板重量約270 t，造價(jià)近200萬元，因此是否設(shè)置底層模板需要慎重考慮。

按照目前的澆筑分層高度，可以在底層澆筑完畢后，對(duì)底層內(nèi)外模進(jìn)行拼接加高，使之成為標(biāo)準(zhǔn)層模板，這樣就節(jié)省了一套底層模板重量的材料，但用工時(shí)間略有增加。若舍棄底層和標(biāo)準(zhǔn)層的區(qū)別，按照3.72m的層高設(shè)計(jì)模板，仍然可以8次澆筑即完成塢門沉箱的澆筑工作，并且只需進(jìn)行一套模板的運(yùn)輸、卸車、堆放和拼裝。

6 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大型沉箱，在設(shè)計(jì)模板時(shí)最關(guān)鍵的因素是考慮其澆筑的分層和分段，以及利用好模板的循環(huán)進(jìn)行流水作業(yè)，也需要考慮施工縫的妥善處理。希望本次塢門沉箱預(yù)制中的一些經(jīng)驗(yàn)，能夠?yàn)榻窈箢愃乒こ烫峁﹨⒖肌?/p>

[1] 李惠明，梁杰忠，袁立.塢門大沉箱預(yù)制技術(shù)[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2013（3）：55-59.LIHui-ming,LIANG Jie-zhong,YUAN Li.Technology for precasting of caisson type dock gate[J].China Harbour Engineering,2013(3):55-59.

[2]江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.JIANG Zheng-rong.Calculation manual of building construction[M].Beijing:China Architecture&Building Press,2001.

[3]TZ 204—2008，鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S].TZ 204—2008,Construction technologymanual of railway tunnel engineering[S].

[4]GB 50204—2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].GB 50204—2002,Code for acceptance of constructional quality of concrete structures[S].