大型圆沉箱预制施工技术研究与质量控制.pdf

中国港湾建设China Harbour EngineeringConstruction technology and quality control oflarge cylinder caisson prefabricationCHI Su,SHEN Guo-jing（No.5 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066002,China）Abstract：Caisson prefabrication is a very important sub project in port construction.In order to achieve high-qualitydevelopment requirements and unswervingly achieve innovation driven development,this paper takes the prefabrication ofcylinder caissons in the No.1 and No.2 liquid bulk cargo berths of Jida Port Area in Maoming Port as an example.Based ontraditional construction techniques,it innovates and optimizes the integral binding and lifting process of steel bars in the caissonwall section,achieving intrinsic safety through assembly,standardization,and programming.The number of horizontal andvertical lifting of lifting equipment has been reduced,and the safety risks of high-altitude reinforcement work have beeneliminated.Significant improvements have been made in technical innovation,quality and safety control,refined construction,cost reduction and efficiency improvement,providing experience and reference for similar large-scale cylinder caissonprefabrication construction in the future.Key words：cylinder caisson;prefabricate;integral binding and lifting of steel bars摘要：沉箱预制是码头建设中十分重要的分项工程，为实现高质量发展要求，坚定不移实现创新驱动发展，以茂名港吉达港区东二港池1号、2号液体散货泊位工程预制圆沉箱为例，在传统施工工艺基础上，创新与优化了沉箱墙段钢筋整体绑扎与吊装工艺，以装配化、标准化、程序化实现本质安全，减少了起重设备水平与垂直吊装次数，消除了高空穿筋作业安全风险，在技术创新、质量安全管控、精细化施工、降本增效等方面提升显著，为今后类似大型圆沉箱预制施工提供经验借鉴。关键词：圆沉箱；预制；钢筋整体绑扎与吊装中图分类号：U655.4文献标志码：B文章编号：2095-7874（2023）09-0082-07doi：10.7640/zggwjs202309017大型圆沉箱预制施工技术研究与质量控制迟速，沈国靖（中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛066002）第43卷第9期2023年9月Vol.43No.9Sep.2023收稿日期：2023-06-25修回日期：2023-07-21作者简介：迟速（1985），男，辽宁营口人，高级工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：1工程概况茂名港吉达港区东二港池1号、2号液体散货泊位工程预制圆沉箱15座，沉箱高度为19.4 m，分5段预制1，共计75段，分段高度为3.0 m+4.1m伊4，外墙直径15.0 m（外趾直径18.0 m），底板厚度1 000 mm，外墙宽度450 mm，隔墙宽度250mm，呈十字形布置，即4个仓格2。沉箱混凝土强度等级为C40，单座沉箱混凝土方量约816 m3，重约2 100 t。预制场建设面积约8 000 m2，设置预制台座4个，储存台座3个，钢筋加工绑扎区1处，模板存放区1处，方块结构出运码头1座，沉箱预制区配置50 t+10 t龙门吊1台，钢筋加工区配置25t汽车吊1台，预制场全景图见图1。2023年第9期2施工工艺流程底模采用工字钢+木枋结构，底段钢筋现场绑扎，标段及顶段钢筋绑扎成型后整体吊装3，单座沉箱预制完成后采用气囊顶升工艺抽出底模并换成支垫木枋，模板采用整体支拆钢模板4。混凝土采用预拌混凝土，商混站距施工现场约6 km，搅拌车从商混站到现场约30 min。2.1设备及人员配置2.1.1机械设备本工程配置主要机械设备见表1。2.1.2人员配备钢筋绑扎人员16名，模板安装人员5人，混凝土工6耀10人。2.1.3模板及附属设施沉箱模板及附属设施配置见表2。2.1.4模板吊索具沉箱模板吊装所需吊索具明细见表3。2.2底胎铺设采用门机对工字钢进行摆放，并对工字钢两端顶面标高进行测量、调整，使各点处于水平。工字钢摆放完成后铺上木枋，并用细砂对木枋接缝进行填充，最后在木枋上铺设2层草板纸。2.3底段施工2.3.1钢筋绑扎工艺流程：底板放射筋及圈筋寅外趾钢筋及圈筋寅马凳筋及底二层钢筋寅外墙竖筋及圈筋寅隔墙竖筋及水平筋。2.3.2三检制验收钢筋班组自检完成后经主办技术员验收，主图1沉箱预制场全景图Fig.1Panorama of caisson prefabrication yard表1主要机械设备配置表Table 1Main mechanical equipment configuration table主要机械设备名称数量用途10 t MG50门式起重机/台1钢筋、模板吊装GQ40切断机/台1钢筋切断VC-40SAS锯切机/台1套丝钢筋切断GW40弯曲机/台2钢筋弯曲40型套丝机/台1钢筋套丝GWH-36弯弧机/台1主筋弯弧UN-100对焊机/台1钢筋对焊25 t汽车吊/台1钢筋加工场内倒运5 t叉车/台1零星材料倒运BX1-200电焊机/台3钢筋焊接46 m泵车/台1混凝土浇筑8 m3混凝土罐车（商混配备）/辆6混凝土运输准70 mm插入式振捣器/台6混凝土振捣表2沉箱模板及附属设施配置Table 2Configuration of caisson formwork and auxiliaryfacilities项目数量备注底段外模/套14片底段芯模/套14片标段外模/套14片标（顶）段芯模/套14片顶段外模/套14片操作平台/套14片塔梯/套2高度21 m过跳/套4表3沉箱模板吊索具明细表Table 3List of slings for caisson formwork部位 模板名称 数量/个 单重/t吊点钢丝绳外模410.04点吊与顶段外模共用芯模48.56点吊直径准19.5 mmL=6.154m、6.266m、6.316 m，各2根WLL4.5 t12个芯模吊装架12.06点吊直径准19.5 mmL=2 m，6根标段外模410.04点吊与顶段外模共用芯模421.04点吊直径准30 mmL=3.602 m、3.686m，各2根WLL9.5 t4个顶段外模413.04点吊直径准24 mmL=6.568 m、7.08m，各2根WLL6 t4个芯模与标段芯模共用4点吊与标段芯模共用辅助模板操作平台46.04点吊直径准17.5 mmL=6.29 m，4根WLL2.75 t4个钢筋笼子25.04点吊出运盖板42.04点吊底段U形卸扣迟速，等：大型圆沉箱预制施工技术研究与质量控制83中国港湾建设2023年第9期办技术员验收合格后再通知总包进行验收。2.3.3模板支立工艺流程：底段钢筋验收合格寅模板除锈、清灰、刷油寅安装底段外模寅安装底段芯模寅调整模板寅质量验收。1）外模安装清理沉箱外边线，底板钢筋四周铺设原纸，待模板清灰、刷油工序完成后即可吊装底段外片，吊装前在外片侧面连接位置粘贴好泡沫止浆条。底段外片支立时严格按照放线尺寸安放5，每片模板吊装就位后，安装防上浮拉杠螺栓。4片安装就位后备紧外片底口限位楔子并安装抱角螺栓和圆台螺母，底口限位用10角钢焊接牢固。2）芯模安装淤在底板钢筋上安设内芯支腿，芯模按设计图纸调整好几何尺寸，清灰刷油后通过吊装架吊装至仓格就位。于安装预埋墙栓盒、安装顶口对拉螺栓并通过紧张器调整芯模总体尺寸。盂安装木闸板及底口钢八字。榆安装预埋件，背紧底口、木闸板、钢八字等处铁楔子后，调紧紧张器，确保对拉螺栓和套管备齐、牢固。虞调整内芯模板标高、垂直度和隔墙顺直度，通过调整紧张器来控制墙体垂直度。2.3.4混凝土浇筑分段混凝土设计方量见表4。沉箱浇筑时在现场制作同条件试块，底段3组，标/顶段2组，为拆模时混凝土强度提供依据。浇筑顺序为从中央到四角扩散，底板振捣完后，对隔墙及交汇处再排棒振捣1次，防止底板漏振渗水；合理控制晾底时间，保证不出现冷缝、反灰现象。底段、标段和顶段墙体浇筑为先隔墙后外墙。浇筑时需分层浇筑，并控制好分层浇筑高度，浇筑速度做到平稳均匀，分层下灰分层振捣6。分层振捣时尽量避免碰到模板；外趾为梅花布点，墙体按顺序布点。2.3.5拆模、修补及养护混凝土强度达到2.5 MPa时，拆除底段芯模，先拆墙栓盒，四角闸板，然后拆顶口对拉螺栓，收连接器，使模板与混凝土分离，用吊装架起吊芯模，吊至固定地点。当底段芯模拆除后，拆底段外模（如图2所示），先拆圆台螺母、抱角、挂钩，再拆底口拉杠螺栓、铁楔子，将模板拆除放置在合适位置。每片底段外模设置2处支撑架。使用预拌抹灰砂浆作为沉箱修补材料，保证修补处密实无裂缝，且修补后颜色要与沉箱整体颜色一致，边角顺直美观，不影响整体感观质量7。设立专人对沉箱定时洒水养护，保持混凝土表面湿润，并做好养护记录，养护时间不少于14 d。2.4标段、顶段施工沉箱外侧设有钢平台作为施工平台，台座间设有塔梯，塔梯和沉箱施工平台间搭设过跳（如图3所示）作为施工通道。施工流程：标（顶）段钢筋绑扎寅钢筋整体吊装寅安装标段芯模寅安装标段外模寅调整模板寅混凝土浇筑寅拆模、修补及养护。2.4.1钢筋整体绑扎吊装系统标（顶）段钢筋在钢筋整体绑扎吊装系统上绑表4沉箱分段混凝土方量Table 4Concrete volume of caisson section图2底段外模拆除图Fig.2Dismantling of outer formwork at the bottomsection图3操作平台、塔梯及过跳Fig.3Operating platform,tower ladder andcommunicating bridge底段标段1标段2标段3顶段单座方量15座总方量320.27111.83111.83111.70131.77787.4011 811.00m384窑窑2023年第9期扎完成后吊装8。钢筋整体绑扎吊装系统由吊装架、内墙体钢筋绑扎架和外墙体钢筋绑扎架组成。1）吊装架上部设有吊点，顶层下端设有吊耳共60个，吊耳处挂钢丝绳，通过标（顶）段骨架筋相连，作为吊装措施，钢筋整体吊装如图4所示。2）内墙体钢筋绑扎架内墙体钢筋绑扎架共4个，呈扇形规则布置在吊装架内部，内侧设有爬梯，顶部设有吊点。3）外墙体钢筋绑扎架外墙体钢筋绑扎架呈圆环状布置在吊装架外围，设有外爬梯。4）调平层吊装架底部设有调平层，用于对钢筋进行限位。调平层主要结构为型钢框架及锚筋，包括调平槽钢，支撑槽钢，上附底口钢筋限位板，平面尺寸对应钢筋布置，断面结构见图5、图6。5）钢筋绑扎定位系统钢筋绑扎定位系统主要包括2个方面：竖向钢筋定位、水平钢筋定位及支撑。其中竖筋定位采用下插上靠的定位方式，使用精准制孔的板材分别贴附在调平层及吊装架上，确保孔位在空间结构上的垂直对应。同时钢筋限位孔采用8字孔的形式，上下接茬两段竖向钢筋绑扎使用不同孔眼，在钢筋安装定位精准的基础上，2层钢筋自然接触，大大提高钢筋笼安装的工效，具体结构见图7、图8。水平钢筋定位采用型钢硬限位的方式，既满足钢筋限位功能，又满足水平筋绑扎时的临时存放功能。另外本工程不同层段的水平钢筋层距不统一，型钢硬限位导致钢筋绑扎完成时钢筋笼子脱离限位困难，为解决以上问题，采用可旋转式水平筋托架作为水平筋的限位。具体结构见图9。图4钢筋整体吊装图Fig.4Integral lifting of steel bars图7竖筋底口限位图Fig.7Vertical reinforcement bottom limit图8竖筋顶口限位图Fig.8Vertical reinforcement top limit图6外墙调平层断面图Fig.6Cross section view of exterior wall leveling layer图5隔墙调平层断面图Fig.5Cross section view of batardeau leveling layer准20钢筋钢筋头调平与地面锚固6.3号槽钢准20钢筋钢筋限位板50 mm宽，5 mm钢板间隔20 cm点焊准16钢筋钢筋头调平与地面锚固6.3号槽钢准16钢筋钢筋限位板50 mm宽，5 mm钢板间隔20 cm点焊图9可旋转式水平托架大样图Fig.9Detail drawing of rotatable horizontal bracket（a）平面图（b）立面图DN65焊接钢管开准26孔内插准25圆钢一侧21层200一侧27层150DN65焊接钢管迟速，等：大型圆沉箱预制施工技术研究与质量控制85中国港湾建设2023年第9期图11吊装前钢筋调整形式图Fig.11Steel bars adjustment form diagram before lifting沉箱顶部预留接茬筋沉箱竖筋撑子钢筋笼竖筋沉箱墙壁表5钢筋整体吊装吊索具配置表Table 5Configuration of slings for integral steel barshoisting项目钢丝绳卡环规格尺寸数量/根 规格/t数量/个吊索具选取吊装架顶部上端准24 mm，纤 维 芯，6伊19类，1 670 MPa公称抗拉强度等级88.58吊装架顶部下端准12 mm，纤 维 芯，6伊19类，1 670 MPa公称抗拉强度等级641.064可旋转式水平筋托架由DN65钢管和准25圆钢组成，钢管上分两侧开准26孔，一侧21层，间距200 mm，另一侧27层，间距150 mm。准25圆钢根据标段及顶段水平筋间距插入对应孔中。架体可360毅自由旋转，可以有效解决不同层段水平筋间距不同、绑扎完成后钢筋笼脱离限位困难的问题。2.4.2钢筋绑扎1）钢筋备料按照整体绑扎架操作平台高度计算每层水平筋数量，采用25 t汽车吊分次喂料，内外墙绑扎架平台可作为钢筋备料区。2）钢筋整体绑扎首先进行内隔墙钢筋绑扎，再进行外墙钢筋绑扎。钢筋绑扎时先进行劲性骨架安装，然后布置竖筋，并在顶口及底口各布置1根水平筋，钢筋整体稳固后进行水平筋绑扎，最后进行隔墙水平筋穿筋布置。根据钢筋网片绑扎完成情况同步安装梁下钢丝绳和卡环。待钢丝绳、卡环安装完成后对绑扎质量、吊索具安装质量进行检查验收，确保合格后进行起吊安装。标段钢筋绑扎完成如图10所示。2.4.3保护层垫块安放钢筋绑扎施工时在水平主筋搁置环形垫块，垫块安放数量以满足钢筋保护层需要为准。保护层垫块安放工序与横/圈筋绑扎工序同步进行。外墙外侧钢筋保护层垫块采用环形垫块，外墙内侧及隔墙钢筋保护层垫块采用梅花形垫块，垫块每m2放置1个，呈梅花形布置。2.4.4钢筋整体吊装1）钢筋整体吊装所用吊索具9配置见表5。2）其余辅助设备配置见表6。3）工艺流程淤钢筋整体吊装前在沉箱对角放置2个钢筋笼安装绑扎架，将沉箱顶部整体吊装架支腿位置混凝土表面清理平整，平面位置根据吊装架支腿实际位置放样，各位置平整面积及数量见表7。将沉箱顶部预留接茬筋向内弯折，将钢筋笼底部钢筋向外撑开，形式见图11。图10标段钢筋绑扎图Fig.10Binding of steel bars in the bid section表7支腿支垫面积及位置允许偏差Table 7Allowable deviation in the area and position of legsupport pads位置数量/块支腿支垫面积/mm2允许偏差/mm定位支腿处4250伊250高差及平面位置依5其余支腿处4200伊200高差及平面位置依10表6其余辅助设备配置表Table 6Configuration of other auxiliary equipment项目数量/套总重量/t钢筋整体吊装架112.073钢筋整体绑扎架钢筋绑扎架内架47.150钢筋绑扎架外架18.755调平层11.99586窑窑2023年第9期图12钢筋整体吊装就位示意图Fig.12Schematic diagram of integral lifting and positioning of steel bars（a）现场立面图（b）平面图外墙外操作平台内隔墙内操作平台由技术人员组织进行验收，检查钢筋绑扎情况、夹具锁紧情况、吊装架吊点情况、钢丝绳及锁具状态，确认后进行吊装作业。于钢筋整体吊装试吊每次起吊前由项目部安全员、机务员对起重设备工作状态进行联合检查，确保工作状态符合作业需求。待上述准备工作全部完成后，对钢筋整体吊装架进行吊装作业。首先将钢筋笼吊起2 cm后旋转水平限位，使其脱离钢筋笼；然后将整体吊装架起吊1.5 m，静置2 min，再将整体吊装架下落1 m，静置3 min。检查钢丝绳、卡环、吊具状态，确认安全后缓慢提升并就位。盂钢筋整体吊装就位钢筋整体吊装时，沉箱内侧操作平台各1人，外侧操作平台共8人。就位时先由沉箱顶部2个钢筋操作平台粗定位，待钢筋笼吊运至预定安装位置正上方后再缓慢下落至预定位置。钢筋整体吊装就位示意图见图12。钢筋笼精确就位后，绑扎所有竖筋搭接头，松开梁底部钢丝绳，使吊具与钢筋笼脱离，将吊具垂直吊出并运回钢筋绑扎区继续下一个循环。2.4.5模板安装1）内模安装淤安装前对内模进行清灰、刷油。于先将1个内操作平台吊出，再将1个内模整体吊装到位，且将墙栓推到位。盂吊车松钩，松钩后调节紧张器将芯模顶靠在混凝土墙上，底口用铁楔子顶紧。榆按上列顺序依次将其它内操作平台吊出，并将剩余内模安放到位。虞放置进水孔等预埋件并加固牢靠。愚安装木闸板并备紧木闸板后的楔子。舆安装隔墙顶口对拉螺栓及套管，安装上部预埋墙栓盒（顶段内模无须安装上部预埋墙栓盒）。余通过紧张器调整好仓格尺寸，将底口和四角的缝隙堵严。2）外模安装淤当墙段芯模及预埋件安装完成后，安装墙段外模。先在操作平台上将模板底口螺栓预先安装牢固。于外墙底口螺栓从中心向两侧紧固，止浆条贴合混凝土面严密。盂调整内芯模板标高和隔墙顺直度。内芯模板标高以外模板标高为准，隔墙拉线调直。2.4.6混凝土浇筑标段和顶段墙体浇筑顺序为先隔墙后外墙。2.4.7拆模、修补及养护底段、标/顶段外模均设有人员上下通道，因此沉箱模板拆除遵循先内模、后外模的顺序。修补、养护方式与底段相同。1）内模拆除混凝土强度达到2.5 MPa时，拆除底段芯模，先拆墙栓盒、四角闸板，然后拆顶口对拉螺栓、收连接器，使模板与混凝土分离，用吊装架起吊芯模，吊至固定地点。2）外模拆除当底段芯模拆除后，拆底段外模，先拆圆台螺母、抱角、挂钩，再拆底口拉杠螺栓、铁楔子，将模板拆除放置在合适位置。每片底段外模设置2处支撑架。迟速，等：大型圆沉箱预制施工技术研究与质量控制87中国港湾建设2023年第9期D.天津：天津大学，2012.CHEN Lin.Research on technical and economic analysis andapplication for concrete bridge structure surface coating anticorro原sionD.Tianjin:Tianjin University,2012.2燕同凯，刘曙光.混凝土结构涂层防腐质量控制技术研究J.广东建材，2012（9）：47-49.YAN Tong-kai,LIU Shu-guang.Research on quality control tech原nology for anticorrosive coating of concrete structuresJ.Guang原dong Building Materials,2012(9):47-49.3赵志强，左玲.混凝土中钢筋锈蚀机理及防治措施J.山西建筑，2010，36（29）：139-140，270.ZHAO Zhi-qiang,ZUO Ling.Steel corrosion mechanism in con原crete and prevention measuresJ.Shanxi Architecture,2010,36(29):139-140,270.4梁 军 普.一 种 防 腐 防 水 加 固 专 用 的 无 毒 环 氧 胶 泥：CN201610669797.3P.2017-02-01.LIANG Jun-pu.A special non-toxic epoxy mastic for anti-corro原sion and waterproof reinforcement:CN201610669797.3P.2017-02-01.5尹爱平.喷涂聚脲弹性体在混凝土防护中的应用性能研究D.青岛：青岛理工大学，2010.YIN Ai-ping.Research on application performance of sprayedpolyurea elastomer in concrete protectionD.Qingdao:QingdaoTechnological University,2010.6湖南梦能科技有限公司.什么是硅烷浸渍Z.2020.Hunan Mengneng Technology Co.,Ltd.What is silicane immersionZ.2020.7JTS/T 2092020，水运工程结构防腐蚀施工规范S.JTS/T 2092020,Specifications for corrosion protection construc原tion of port and waterway engineering structureS.8羊华杰.关于沿海地区桥梁主要病害防治措施的探讨J.科技致富向导，2014（32）：217，236.YANG Hua-jie.Discussion on prevention and control measures formajor bridge diseases in coastal areasJ.Guide of Sci-tech Mag原azine,2014(32):217,236.（上接第81页）3结语本工程沉箱预制施工落实高质量发展理念，自主研发墙段钢筋整体绑扎与吊装工艺，施工质量得到了有效控制；实测钢筋间距最大偏差为5mm，钢筋保护层厚度合格率为92.7%，同时降低了安全风险，提高了施工效率；起重作业次数减少90%，极大降低了安全风险，施工工效大幅提升，具备较高的应用价值，可为类似大型圆沉箱预制提供借鉴。参考文献：1JTS 167-22009，重力式码头设计与施工规范S.JTS 167-22009,Design and construction code for gravity quayS.2李娟.重力式码头圆形沉箱预制施工工艺J.中国水运，2020（8）：112-114.LI Juan.Prefabrication construction technology for circular caissonof gravity wharfJ.China Water 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and lifting appliances-Selection ofwire ropes-Part 1:GeneralS.88窑窑