坞门大沉箱预制技术

李惠明，梁杰忠，袁立

（中交第四航务工程局有限公司，广东 广州 510231）

1 项目简介

深坞坞门是港珠澳大桥主体工程沉管预制厂的重要组成部分，是预制厂工程的关键构件，坞门的质量直接影响深浅坞的灌水。其主要功能是实现干坞内的蓄水，保障沉管移动、出运。沉箱预制尺寸：长59.00 m、宽25.20 m、高29.10 m，共40个内仓隔，仓隔尺寸为5 780 mm×5 565 mm，总混凝土方量5 365 m3，重约1.30万t。沉箱主体为钢筋混凝土结构，立面断面形状为“U”形，U形槽部分拦水采用钢扶壁结构，沉箱设计顶标高+15.80 m，设计底标高-13.30 m。坞门结构形式详见图1、图2。

坞门沉箱施工具有以下特点：

1）坞门沉箱为分层、分段浇筑，形成流水作业，工序交叉，相互影响较大。

2）坞门沉箱根据浇筑分段情况，在现场进行钢筋绑扎，作业高度大，危险性较高，受天气影响程度较大。

3）坞门沉箱模板分块吊装，最重一块达12 t，安装难度较大。

图1 坞门沉箱断面图

图2 坞门沉箱断面模型图

4）受孤岛施工条件限制，施工用水、用电缺乏。

5）计划工期内，本地区为雨季，且台风频繁，施工进度受天气影响较大。

2 工程构成及主要内容

深坞坞门工程主要包括坞门预制场、坞门主沉箱和坞门钢结构。

预制场地包括移动塔吊基础、预制场地底胎。塔吊基础分两段，每段75 m，高30 cm，宽50 cm；预制场地底胎模为1 800 m2，浇筑20 cm厚C15混凝土;另外还包括钢筋加工场地1 200 m2、模板休整区1 800 m2，浇筑10 cm厚C15混凝土。

坞门主沉箱（U型结构的下半部）1～5层每层分两段浇筑（见图3），6～8层每层浇筑1次；混凝土总方量5 365 m3，钢筋总量1 473 t。

坞门钢结构包括挡水扶壁、栏杆及人行桥等。

图3 坞门沉箱分层分段图

3 施工顺序及流程

根据工期的要求，坞门沉箱准备了底层外模板1套（半个沉箱）、标准层外模板1套（半个沉箱），箱格内模24个/套，浇筑盖板20个，外工作平台2套，内工作平台40个。

实际施工顺序为：A1块→B1块→A2块→B2块→……→A8块→B8块。

4 主要分部、分项工程施工过程

4.1 坞门预制场地

4.1.1 场地整平

本着就近预制原则，坞门预制场选择在深坞底面，表面为坚硬岩石面，回填至统一标高。采用坞口坞门停放区爆破出来的碎石进行回填。基础顶层回填一层石粉进行细平，标高控制在5 cm以内。面层浇筑20 cm厚C15混凝土地坪，尺寸约为120 m×30 m，地坪标高统一为-13.33 m。

4.1.2 底模制作

考虑到起浮功能，沉箱预制底模刻凹槽，纵向一道，横向3道，每道20 cm宽，10 cm深。确保坞内灌水后水可以进入沉箱底板下。槽内填沙，用灌水密实，槽上铺宽25 cm，厚1 mm的铁皮，防止振捣棒将底模打穿。

地坪浇筑完成后，需要设置隔离材料，隔离材料分4层：

1）最底下涂一层黄油（1号锂基脂）。

2）铺一层牛皮纸。

3）牛皮纸上放塑料薄膜。

4）最上面再铺一层牛皮纸，保护薄膜不被钢筋损伤，并方便钢筋绑扎做标记。

4.2 钢筋工程

坞门沉箱钢筋绑扎主要为钢筋下料，分层绑扎，钢筋直接在预制位置绑扎。各层钢筋笼绑扎按规范要求预留搭接长度。钢筋分区绑扎见图4。

图4 标准层钢筋绑扎

整个钢筋绑扎具体施工流程如下：

钢筋加工→绑扎底板钢筋→安装内模、外模板→浇筑底层混凝土→吊入钢筋绑扎辅助架→绑扎上层钢筋→与预埋钢筋搭接→成型验收→吊出钢筋绑扎辅助架→安装内模、外模板→浇筑该层混凝土→绑扎上一层钢筋笼。

钢筋绑扎初始方案：上层钢筋绑扎采用整体绑扎吊装方案，但由于大坞门沉箱钢筋重量大，标准层钢筋的重量达到200 t以上。采用半幅浇筑，分区吊装（将整层分为12个区），采用3种钢筋吊具形式，每次浇筑仍然需要吊装6次。

分析该沉箱不同于一般沉箱结构，采用钢筋笼吊装方案有如下几点不足：

1）钢筋笼加钢筋吊架重量大，增加现场吊装作业难度；

2）钢筋笼在吊上沉箱区以后，由于不是整体吊装，依然存在大量的搭接工作，工效不高；

3）3个钢筋吊架会影响流水作业，如果继续增加钢筋吊架则不容易安排施工场地和吊装位置；

4）采用吊架，搭接多、损耗大。由于大沉箱的主筋基本上是φ25的，故损耗量将会很大，不经济。

进行比选后决定钢筋采用现场绑扎方案。

现场绑扎钢筋，由于外墙厚度大（690 mm），分层高度高（4 m），故使用了内、外钢筋绑扎辅助架，详见图5。

外辅助架置于沉箱外平台上。外平台承载力为2 t/m，故外辅助架上可放置原材料及半成品钢筋，控制在3捆以内，每段外平台承载力满足堆放9 t钢筋的荷载。

图5 钢筋内外绑扎辅助架图

由于高空作业及可能大风天气，保证钢筋外绑扎架的安全尤为重要。除用安全网围护以外，用麻绳或钢丝绳将内外绑扎台连接起来，如有大风天气，需用钢筋焊接内外绑扎架，确保外绑扎平台稳定。

4.3 预埋件

4.3.1 预埋件的种类

由于坞门沉箱有浮运、关闭、止水等功能，所以坞门沉箱预埋件繁多，并且要求定位准确。主要有以下几种：

1）保护混凝土结构的预埋件：护边角钢、底部防撞钢板、防撞缓冲垫的预埋套筒。

2）安装坞门沉箱相关的预埋件：底部斜角预埋钢板（结合坞口预埋钢板，起到安装时导向的作用），系船环、系船柱的预埋件。

3）通道类：钢爬梯预埋钢板、钢格构通道预埋钢板、人行桥预埋钢板。

4）止水类：施工段连接处的止水钢板、逆向止水角钢预埋、钢闸门止水钢板预埋。

5）为钢扶壁安装而设置的预埋件。

4.3.2 预埋件的安装定位

4.3.2.1 底部预埋钢板的安装

由于大沉箱设置了底模，最上面一层是牛皮纸，故直接在牛皮纸上放样不现实。故需将测量定位线延伸至大沉箱范围之外，定位每条轴线。

4.3.2.2 逆向止水角钢和钢闸门调平钢板的安装

逆向止水角钢和调平钢板安装主要是纵向确保竖直，表面平整。采用经纬仪定位，在安装完模板之后，在预埋件表面焊螺栓，用螺丝固定在模板上，确保表面平整。安装完成后用全站仪根据坐标进行复测，拆模后对钢板表面进行打磨。调平钢板要求误差控制在3 mm之内。

4.3.2.3 防撞缓冲垫的预埋套筒

预埋套筒的位置直接在模板上定位，开孔，再用螺栓将其固定在模板上，确保之后防撞缓冲垫的精确安装。

4.4 模板工程

4.4.1 模板的设计

底层外模板高度为2.675 m，加工1套，根据起重能力共分8块。底层模板内模底盘为高度0.204 m，底模平台模板加工24套，内模采用组合式定型钢模板+底托+可调节钢架支撑形式。由混凝土墩柱支撑。

2～7层层高均为4.000 m，为标准层，标准层外模板高度为4.070 m，根据长度不同由5种主要类型模板组成，共10块。顶层第8层层高2.500 m，与标准层共享一套外模。外模的设计考虑了6～8层坞门沉箱结构上的变化，同样适合U形两段的浇筑。

箱格内模高度与标准层外模一样均为4.070 m，长宽为5 565 mm×5 780 mm，加工24套，内模板由四片模板和吊装架组成一个整体内芯模板。

坞门沉箱模板按每层分两次浇注进行设计。第一次浇筑时，安装24个内模和3面的外模，端部封头采用木模封头，封堵前后墙和3道隔墙（底层浇筑时需要对70 cm高的隔墙进行封堵）；第二次浇筑时留4个内模不拆，另半幅安装16个内模，外模调转到另一边继续使用。

4.4.2 施工过程中模板遇到的问题和设计改进的想法

1）底角螺栓

底角螺栓底部采用圆形钢管嵌入钻出的孔洞中（侧模侧压力抵消装置），详见图6。

图6 底脚构件图

该方案有以下问题：

①钻孔速度慢，难度大。

②底脚构件支撑底层模板时，由于是圆脚，可能会出现松动。

在类似顶脚构件的使用中要使用预埋盒留洞，并且避免使用圆形的脚，防止支撑模板时松动。

2）分两段浇筑时外侧模板的总长度

外侧模板总长度为29.875 m，仅比大沉箱的一半长出37.5 cm，在半幅封头时，可以进行选择的断面较少，仅为37.5×2=75 cm，设置施工缝时尚应避免大沉箱上下两层接缝重叠的现象，尽量错开布置。

3）模板的现场拼装

由于坞门沉箱模板尺寸大，难以整块运输，故厂家采取分块运输，现场拼装，出现以下困难：

①模板的变形和整体尺寸难控制。由于现场条件不如工厂的拼装条件，组装时保证尺寸严格准确难度加大。

②现场焊接工作量巨大，对施工用电产生影响，孤岛作业，需增加发电机供电才能满足。

③由于拼装模板作业多，对吊机的占用率高，影响现场其它的工作。

④由于拼装作业多，加上现场条件限制，往往造成工期十分紧张，出现窝工等现象。

对于这些情况，建议大型模板的制作和加工要选择可以直接进行海运的厂家，模板可以整体装运，内模可以拼装完成后运到现场，避免增加现场工作难度。

4.4.3 模板的安装

深坞坞门模板的装卸主要采用现场布置的350 t·m移动塔吊和200 t履带吊。底层模板安装前，对坞门沉箱混凝土支座进行了标高复核，保证底座平整、准确。

4.4.3.1 底层模板安装

底层模板使用350 t·m移动塔吊进行吊装。

沉箱钢筋绑扎完成后，先安装内模，后装外模。底层的模板需要安装底托。底托模板支撑在预制的混凝土支墩上。安装前先放样确定各混凝土支墩的位置，再安装混凝土支墩，支墩底面与沉箱底座贴平，顶面支撑底托模板，底板钢筋遇支墩时，适当移动钢筋。底层外模支撑在沉箱底胎上，用底脚构件从外部顶紧，上部与内模模板用φ30螺杆对拉。

由于沉箱面积大，工作面宽广，工序流程长，可以在钢筋完成一排后即进行模板的安装，形成流水作业。这样大大节约了时间，并且使吊机合理均匀使用，避免吊装作业过度集中，具体详见图7。

图7 钢筋绑扎和模板安装衔接紧密

由于坞门沉箱尺寸要求严格，对安装完毕后的模板进行复核是一项很重要的工作。采用预制时定下的坐标，用全站仪进行角点测量复核，并在外模接头处进行测量复核。尤其在调平钢板面，每次测量控制在3 mm以内，才允许浇筑混凝土。

4.4.3.2 标准层模板安装

标准层模板主要使用350 t·m和200 t履带吊进行模板的安装，既方便场地布置，又使安装的吊装距离优化。

标准层模板外模支撑于下层预埋M30螺栓上，内模支撑于下层预留孔上。当钢筋笼安装完成并经验收合格后，吊出钢筋辅助架，先安装内模板，再安装外模。模板安装完成后，进行测量复核，最后安装预埋螺栓和预留孔模板盒。

4.5 混凝土工程

坞门沉箱尺寸为：59 m×25.2 m×29.1 m，总混凝土量5 365 m3，采用C40混凝土。由于体形较大，采用分1～8层，A、B两段浇筑，共分18块。分层、分段浇筑如前述图3所示。

沉箱半幅底板浇筑方量约为689 m3，标准层半幅浇筑方量为392 m3，采用两辆泵车浇筑（37 m和47 m布料杆）。6层以上一次浇筑量为132 m3，一辆泵车浇筑（47 m布料杆）。据工地搅拌站生产混凝土能力，浇筑速度约为55 m3/h，底层浇筑时间约为12.5 h，标准层浇筑时间为7 h，6层以上为2.5 h。

1）施工浇筑顺序

坞门底层沉箱浇筑顺序为先底板，后隔墙；标准层按照标注顺序施工。浇筑舱格顺序如图8所示。

图8 浇筑隔舱顺序平面图

2）具体浇筑过程

①坞门沉箱第1层浇筑高度约2.6 m，标准层浇筑高度为4 m，第8层浇筑高度为2.5 m，混凝土分层入模、分层振捣。

②底层浇筑时首先在每个舱格内浇筑至底板高度(70 cm)，然后按照图8顺序进入下一个舱格进行浇注施工。进行隔墙浇筑时先浇筑至覆盖底托的高度，然后再以每层50 cm控制厚度。

③为避免产生施工缝，需每2.5 h覆盖加高，进行阶梯形浇筑，防止下层出现初凝。此道程序底层和标准层均需遵从。

5 结语

浮坞门大沉箱预制不同于一般沉箱结构，应重点控制预制场地布置、模板设计、混凝土浇筑工艺、吊装设备配置、止水功能质量控制及起浮相关附属设施预埋等多方面因素。沉箱施工前，做好详细的技术及施工计划非常必要，施工过程中抓好关键部位质量控制是重点，确保预制完成后满足设计的多种特殊功能要求。通过大坞门多次起浮及横移结果验证，沉箱式大坞门止水、起浮及附属结构功能满足设计要求，结构稳定，整体评价达到预期目标，为同类工程施工积累了宝贵的施工经验。

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