深圳市三洲田•铜锣径水库管理处
摘要：本文结合深圳某海堤工程在直立海堤施工过程中采用沉箱的预制施工，叙述了沉箱预制的工艺流程、模板设计施工、运输安装和存在问题的处理措施。
关键词：沉箱预制；模板；运输；安装；措施
1 工程概况
本海堤工程设计范围为某市规划临海路南侧红线以南，西侧未定边界临时海堤以东，海堤总长3.27公里，其中临时海堤长约381m，总投资约13000万元。
2 工程地质条件
该工程所在地为珠江口潮间带滩涂围填区，场地原始地貌为海积阶地，原为鱼塘和海域，后经10年吹填造地，现弧形场地的两端仍为海域，中北部为陆地（大部分为鱼塘或淤泥区）。由于场地地处珠江口，地下水受潮汐影响，水量丰富，施工期间测得潮位介于－0.85～1.3m，潮差2.15m，地下水埋深为0.50～2.10m间。海堤持力层为粉质粘土。
3 沉箱预制工艺解析
3.1 预制沉箱工艺流程图
图1 预制沉箱工艺流程图
3.2 模板工程采用沉箱模板技术
外模加工3套，采用大型钢桁架模板，不分层。内模加工3套，采用抽芯式钢模，分3层安装，随浇注混凝土随分层安装。注意内模每隔2m预留闸板式下料孔。模板的拆装采用贝雷吊机。
3.2.1 外模
外模不分层，每个侧面采用一件大模板，高8.65前立面有前趾，后立面顶部有扩大部分。
外模采用竖向桁架、横向肋、钢面板的梁板式结构。竖向桁架宽1100mm，用10号槽钢焊接成型，间距@900mm。在竖向桁架外侧，用L10×10角钢将竖向桁架连成刚度大的水平桁架，竖向桁架之间用L7×7号角钢做斜撑，角钢间距@1000mm。横向肋用L10×10号角钢，间距@900mm，角钢经过桁架的地方断开。在各竖向桁架和横向肋之间，按照@300间距设置肋条。钢面板采用δ=5mm钢板。
图2 标准层模版示意图
3.2.2 内模
内模分为四层，第一层高2.8m四侧均有加强角。其他二层为标准直立模板，高分别为2.8m和2.6m。
内模每个箱格为整体抽芯式，由横向楞，纵向肋，面板和内撑架体组成。横向楞，纵向肋用12号槽钢焊接在δ=5mm钢板上，间距900mm；内撑架体采用水平12号槽钢、竖向L10角钢接焊成型。模板整体吊放就位，通过调整架体上的伸缩螺杆（支顶器），调整模板的位置。
注意内模每隔2m预留下料孔，型式为闸板式，用钢板、型钢焊接成箱形结构。
3.3 沉箱运输及安装
3.3.1 项目实施概况
（1）直立堤沉箱数量：A型89个，B型78个，C型90个，异型沉箱E-1、E-2、E-3各一个，共260个。单个沉箱混凝土方量大概为80 m3，混凝土总方量20800m3，前壁为C45高性能混凝土，其它为C30混凝土。
（2）沉箱的出运采用气囊搬运技术，3000吨级方驳运输。沉箱的安装采用常规的灌水沉放法，500t起重船配合吊安施工。
3.3.2 施工船机设备
根据航道水深及浮吊的起重能力，本项目构件吊运安装计划采用500吨的浮吊，3000吨的驳船装驳出运与安装，计划分5次出运与安装。
表1 沉箱安装拟投入船机设备表
3.3.3沉箱出运施工方法
（1）平移时气囊的承载力核算
采用0.8m直径的高压气囊顶升与平移，其规格形状如下：
图3 气囊结构以及受压截面示意图
表2 高压气囊承载力范围表
囊体在内压P=0.18Mpa下的承载力：Q=P×S×103KN，则在工作高度H=0.28m米，高压气囊的承载面宽度B=0.817m时，单米的囊体承载力Q1=0.18×0.817×1×103 =147KN/m（其中S= B×1=0.817m2）。
（1）沉箱宽度（安装时码头前沿线方向）为11.0m，长度（安装时垂直码头前沿）为9.15m。拟在沉箱的长度上设置气囊，顶升时通排设置6条气囊，每条气囊需要承载Q2（Q2=4816/6=803kN）。每条气囊的工作长度为11.0m，每条气囊允许承载力为Q3=147×11.0=1617KN，（Q3≥Q2）满足承载力要求。
（2）沉箱顶升及气囊安放
沉箱在预制时，先在四角开挖四个坑，用砂填充，上面砌24cm厚砖。在沉箱预制完成、强度达到设计要求，挖开砖块及回填砂后，放置100t的千斤顶，将沉箱顶高，设置气囊。
（3）牵引平移
采用JM5型卷扬、滑轮组，气囊起步的牵引F=N×f=188.2t×0.05=9.41t，牵引速度宜控制在3m/min，将沉箱平移到起重船吊臂范围，即可吊上船运往现场安装。
（4）沉箱出运操作要点
①沉箱出运前检验供气系统和牵引系统，清扫出运通道及检查清理构件底部的尖锐物。
②在构件底部放入气囊时，气囊应排列整齐，相互平行。连接好供气管路与牵引系统。
③启动空压机同时向各个气囊充气顶升施工时，在充气压力达到预定顶升压力得80%时，应暂停供气，检查所有气囊的压力是否一致，不一致时采取单个气囊充气，使各个气囊的压力达到基本一致，然后继续充气，直至沉箱离开支垫，随后将气囊的进气阀关闭，停止供气。
④沉箱完成顶升后，由操作人员先在沉箱四周安放临时性支座。
⑤安放气囊、充气，检查调整各个气囊的压力，使之基本一致，并检查关闭各个气囊的进气阀。
⑥在指挥人员的统一指挥下，启动卷扬机拉动沉箱缓慢前移，当沉箱前面空出1个气囊的间距时停止牵引，摆入气囊，并充气到预定压力后，重新进行牵引；当后面移出的气囊快要离开沉箱时，打开该气囊的排气阀，并运送到沉箱前面预定位置备用。重复上述步骤，直至将沉箱移到预定位置上。
⑦沉箱移到预定位置后，在沉箱底部支垫木枕，然后所有气囊排气，使沉箱平稳的落在垫木上，取出气囊，进行下一个沉箱的出运准备。至此完成了沉箱的陆上平移工艺，转入沉箱的水上运输与安装。
图4 沉箱的陆上平移示意
3.3.4沉箱安装
沉箱混凝土强度达100％设计强度时才能吊运、安装，沉箱、方块起吊时应用吊具，以保证各吊点只受竖向力，且受力均匀。起吊沉箱用的钢销，直径不得小于180mm，并要求与钢铸管有120°的良好接触。沉箱间的安装缝宽为40--50mm，沉箱安装完成后应及时进行仓内回填和后方回填，以保证沉箱的稳定。
沉箱就位以后，应及时测量其高程及位置，定时观测沉降、位移，取得数据，为下步工作提供依据。
3.3.4.1安装工艺流程
沉箱的出运、安装工艺流程：
3.3.4.2 施工方法
（1）沉箱吊安顺序
本项目的沉箱、方块安放顺序：与基床抛石的顺序相同，即下游段→上游段。但东南侧翼墙方块则在东南侧第一件方块安装后再安装。基床整平一段安装一段，以防回淤。
（2）沉箱安装要点
①安装前，检查基床整平面有无扰动或障碍物；查询沉箱有无粘底及其清除情况，如有将采取处理措施。出运前检查混凝土的出运强度，其强度必须达到设计强度的100%。
②沉箱安装时，在测量平台上设经纬仪直接观测其临水面最上边的直线，在码头后方用经纬仪控制其垂直的一面最上边的直线。
③沉箱装驳出运时，船甲板上需设楞木，必要时在楞木上加铺木板，避免沉箱在装驳过程中出现碰坏，沉箱的长度方向在装驳时应与驳船的宽度方向一致。
④本项目采用起重船吊安沉箱，吊安时沉箱的进水阀门将打开灌水，以增加其抗浪、水流的稳定性。沉箱下沉至距基床顶0.3～0.5m左右时，通过收放缆与船的左右移位调整沉箱的位置，沉箱沉落基床后，检查偏位、缝宽，如不合格时将重新安装。特别是第一个沉箱的安装，先粗安，并尽可能安装到位，若偏位较大时将待第二个沉箱安完后重新进行安装。
⑤沉箱安装后，在一定间隔的沉箱顶部的四个角点位置设置沉降、位移观测点，观测沉箱内未进行填料前与回填后的变形情况，并间隔一定时间进行沉降位移的观测。
⑥为了增加沉箱的抗浪能力，特别在台风季节施工时应及时填箱内的填料，以及沉箱后的填料。
⑦施工过程将注意涨落潮及风浪对安装施工的影响，加强对涨落潮及风浪的观测，逐部积累其对施工的影响规律。
⑧根据沉箱结构设计计算要求，本工程田字型沉箱在吊运安装全过程中其箱内外的水位差控制在设计范围内，不得超过，以防水压力过大造成沉箱结构的破坏或开裂。
图6 沉箱安装作业图
3.3.5 构件安装质量保证措施
（1）安装前组织工程技术、质安、设备等有关部门的人员熟悉图纸、规范，进行技术上、安全上的交底工作。
（2）构件的起吊混凝土强度为设计强度的100%。吊装出运前，应验收合格，并签发出厂合格证。
（3）运输过程中，运输的支点应和设计吊点相一致，不得随意改动，并应支撑牢固。钢丝绳与箱体交角大于60º。行驶时速应不超过25公里/小时。
（4）安装时支撑面必须平整，安装时应小心轻放，以免相互碰撞。
（5）就位后要仔细检查安装位置及安装高程，认真检查，四角应与支座紧贴，若出现不平，即时进行调整或重新安装。
（6）沉箱的吊孔及进水孔在安装完后须用不低于沉箱的混凝土强度等级的细石混凝土堵塞。
沉箱预制后由驳船及拖轮经海上运至相应堤段进行吊装。选用承载能力为1000t驳船，吊装能力为500t的起重船，另编制详细实施方案。
3.3.6 沉箱安装
（1）沉箱与箱涵自身或彼此搭接部分需填筑反滤料。箱体接缝或反滤井应采取放漏措施—在临水面采用混凝土插板，在临砂面采用透水材料临时间隔。
（2）安装沉箱时应符合下列要求：
①沉箱混凝土强度达到设计强度100%时方可吊运安装，沉箱必须在试吊成功后方可大量预制；
②落潮沉放时，应先利用进水孔灌水使沉箱下沉至箱底距基床顶面300～500mm时止，后调整沉箱水平位置，使沉箱随落潮坐落在基床上；
③沉箱安装后箱内充满水，经1～2个低潮复测后箱内应及时抛填。抛填时，应采取保护措施，防止沉箱被破坏。沉箱箱格内填料标高应大致均匀，防止偏载；
④每个沉箱必须经监理验收合格后方可吊运安装；
⑤沉箱安装允许偏差，应符合下表规定：
4 沉箱内回填、护坡及上部结构施工
箱内抛填前，应对所有孔洞使用水下混凝土进行封堵。箱内填料：中粗海砂摩擦角Ψ≥45°，含泥量不高于5%。回填、护坡及上部结构可分段平行展开组织施工，施工安排详见施工总进度计划横道图，施工方法。（图略）
5 效果评价
实践证明，本工程分项采用沉箱预制施工技术，使得工程进度加快，且施工质量效果好，在沉箱预制施工中，由于通过了精细化管理和精心施工，并不断加强对模板、沉箱运输和安装等各工序工艺的改进和质量控制，使沉箱在保持原有水平预制质量的基础上又上了一个新台阶，该分项工程合格率达到100%，并获得了优良工程的奖项，同时，也得到了业主和界内人士的好评。
论文作者:黄伟浩
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/3
标签：沉箱论文; 气囊论文; 桁架论文; 海堤论文; 混凝土论文; 强度论文; 模板论文; 《基层建设》2018年第35期论文;