桶式结构预制施工工艺

高自兵，丁海龙，杭建忠

（1.中交第三航务工程局有限公司江苏分公司，江苏连云港222044；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）



桶式结构预制施工工艺

高自兵1，丁海龙1，杭建忠2

（1.中交第三航务工程局有限公司江苏分公司，江苏连云港222044；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）

为适应日益外海化深水化的防波堤工程施工，具有施工效率高、造价低、对环境影响小、占有资源少、结构新颖等特点的新型无底桶式结构将取代传统的抛石堤、砂被堤等结构形式。基于此，文中主要介绍连云港港徐圩港区东直立式防波堤新型桶式结构的预制施工工艺，详细表述桶式结构预制流水化施工的全过程，并对其中关键点进行阐述。总体施工工艺成熟，达到了预期效果。

桶式结构；预制；施工工艺

1　工程概述

连云港港徐圩港区直立式结构东防波堤工程是徐圩港区形成掩护条件的第一步，是港区形成的前提，也是桶式结构在国内的首次应用。作为江苏沿海开发战略一部分，工程建设意义重大而深远[1]。

本工程地处连云港徐圩港区，工程北距连云区35 km、核电南路20 km。工程内容为直立式结构东防波堤4 100 m，分为：1）桶式结构ET1—ET51段防波堤（Ⅰ阶段），该段为回填区段，本段结构兼具挡土和防浪功能，长1 076 m。2）桶式结构ET52—ET195段防波堤（Ⅱ阶段），该段为无回填区段，长3 024 m[2]。

连云港港徐圩港区直立式结构东防波堤工程主体结构由195个基础桶式结构组成，其中1个（ET1）无上层圆筒。桶式结构安排在徐圩港区预制厂预制施工。

桶式结构预制部分由下层基础桶和上层圆筒组成。下层基础呈椭圆形，无底有盖，桶体的长轴30 m，短轴20 m，高度9～11 m。下层桶体通过2道横隔墙和2道纵隔墙划分为9个隔仓，下层桶体壁厚40 cm，隔仓壁厚30 cm。下层桶体顶部盖板高度为0.5 m、0.6 m两种，由预制盖板和现浇盖板共同组成。上部2个筒体坐落在基础桶体顶板上，上筒体为圆形，直径8.9 m，壁厚40 cm，筒高7.5～10 m，两筒沿短轴方向排列[3-4]，如图1。

图1　桶式结构Fig.1　Bucket-based structure

桶式结构采用分层制作，自下而上共分5次混凝土浇筑，下层桶分2层，一层、二层钢筋均在台座上完成钢筋绑扎然后立模浇筑，下桶顶板采用叠合板施工工艺，预制板安装完成后实施现浇面层作业。上层筒钢筋在专用区域绑扎完成后吊装，分2层浇筑。下层桶分层情况是：下层桶墙身分2层浇筑，第1层5.30 m，第2层施工到盖板底部，安装预制盖板后，浇筑盖板现浇层，上层圆筒分2层浇筑，下层高5.5 m。见图1（a）。

2　预制工艺流程

施工工艺流程如图2。

3　桶式结构预制施工

3.1模板施工

模板内模每个隔仓均采用单个仓体整体吊装工艺。并根据桶体高度不同，预留模板调节功能。整体式模板施工合理、整体刚度高，在长时间重复使用过程中的总体变形量较小。底模采取活动底模与固定底模结合的方式，只需进行首次精确定位，后续底模拼装可模块简单化，有效减少中间操作流程。内模板可通过内部调节丝杆进行安装和拆除，施工效率较高。

3.1.1下桶体底模板

图2　桶式结构预制施工流程图Fig.2　Process flow of precast bucket-based structure

下桶体底模板与基础桶体底面相对应，底模采用活动与固定底模相结合的方式，底模板沿桶体长度方向分成3块，两侧为固定底模；中间部分（放置出运托盘区域）为活动钢底模，安放千斤顶（20 t间距1 m），便于钢底模卸落和拆除。两侧固定底模采用混凝土基础+钢箱梁的结构形式，中间16.2 m范围内活动底胎膜采用马凳+千斤顶+钢箱梁的结构形式。各型号模板之间均采用螺栓进行连接，首次组装完成后，进行对中调整及顶面平整度调整，之后将固定底钢梁部分与预制好的混凝土台座进行固定连接。活动底模拆除时，首先将连接螺栓进行拆除，待螺栓拆除完成后，逐个拆除底部千斤顶，在底模下方提前放置好支撑小车，待千斤顶拆除后，底模落到小车上，通过移动小车将活动钢底模运出（图3、图4）。

图3　底模平面图Fig.3　Plan of bottom mold

图4　钢底模铺设Fig.4　Paving of steel bottom mold

3.1.2下桶体模板

本工程桶式结构下桶共6种高度，高度分别为8.55 m、9.05 m、9.55 m、10.05 m、10.55 m、11.05 m，详见表1。

表1　桶式结构下桶高度Table1　Height of the base bucket

结合现场施工情况，为减少安装操作次数提高工作效率，下桶构件浇筑考虑按分3层进行施工，每层独立施工。下桶体第1层（5.3 m）、第2层（h2）和第3层（0.5～0.6 m）。第2层设置了1.5 m的可调节高度，0.5 m为1个调节点，可满足10.55 m，10.05 m和9.55 m三种类型的桶体施工，同时模板设置了1 m的活接部分，可将其拆除，模板高度变为9.55 m，即可满足8.55 m，9.05m，9.55 m和10.05 m四种类型的桶体施工。

1）下桶体一层模板

下桶体一层外模板采用龙门吊或吊车直接吊装安装。下桶体一层内模板在首先通过调节丝杆，将模板面向内收缩，面板悬挂在吊装架上，通过龙门吊起吊至模板安装位置，定位完成后，调节下部顶丝，调整模板标高，调节侧模板顶丝，将侧面模板调增到位，并通过上下对拉丝杆对内外模板（内内模板）进行对拉加固（图5）。面板调整到位后，将角模安装到位并进行加固。模板验收合格进行混凝土浇筑。模板拆除顺序为先拆除角模，后收缩侧面板。

图5　下桶体一层内模板Fig.5　Inner formwork of the first bottom of bucket

2）下桶体二层模板

下桶体二层内模板吊装施工流程与下桶体一层内模板相同，外模板同样为吊装安装施工。仅在模板底部加固方式有所不同。下桶体二层内用底部采用顶丝支撑加固，在一层外模顶部下反250 mm处设置埋件（圆台螺母）用于二层外模板就位及加固。模板在内部支架上设置了3个调节点（二层内模支架立杆采用φ89圆管，下部调整段立杆材料为φ108，内径能放入φ89圆管），每个调节点间距0.5 m，同时模板设置了1 m的活接，可根据需求进行拆装，满足模板高度调节需求。

3）下桶体三层模板

下桶体三层混凝土分为500 mm、600 mm两种高度，模板按500 mm+100 mm（活接槽钢）配置，施工500 mm高度桶体时，将上部100 mm槽钢取下即可。在二层外模顶部下反250 mm处设置埋件（圆台螺母）用于三层外模板就位及加固。

3.1.3上圆筒模板

上层筒单个圆筒内模板由内模4片，拆模块4片组成；外模板由外模4片组成（图6）。上层筒2个圆筒作为整体同步施工。模板连接部位采用角钢∠160×140×10，用M24螺栓进行连接。趾板的模板工艺与上层筒圆筒部分基本相同，仅增加斜坡面模板。上筒高度主要为9.35 m，7.85 m和7.95 m三种类型，模板配置总高度为9.45 m，第1层5.5 m，上层按最高筒配置，并设置1.5 m的活接，拆除后可满足7.95 m和7.85 m两种类型的上筒施工。上圆筒钢筋施工完成后，先安装上圆筒一层模板，先安装内模板，模板加固好后，再安装外模，安装完成后浇筑混凝土；上圆筒第2层模板在一层模板上安装，并浇筑第2层筒体。

图6　上筒模板工艺图Fig.6　Construction flow diagram of the upper bucket mold

3.2钢筋施工

3.2.1概述

桶式基础结构的钢筋加工制作在钢筋区进行。钢筋原材料堆存用混凝土垫楞支垫。钢筋接长采用对焊及绑扎。成型后的钢筋用平板车或龙门吊运往钢筋绑扎区或绑扎台座。上层筒钢筋笼在外侧专门区域绑扎吊装。

3.2.2下桶体钢筋

在钢底模验收合格后，吊装进入专用绑扎架，同时将已加工好的半成品钢筋运输到位，开始进行下桶体一层钢筋绑扎（图7）。

下桶体一层模板拆除后，及时吊装二层绑扎架，并运输半成品材料到场，进行钢筋绑扎施工。待预制盖板安装完成后，焊接预制盖板连接钢筋，并绑扎面层钢筋。

3.2.3上圆筒钢筋

在生产线后方放置上圆筒钢筋绑扎架（图8），并进行上圆筒钢筋绑扎，待下桶体现浇面层浇筑完成，且强度到达要求后，将上圆筒钢筋笼整体吊装，与下桶体预留钢筋对位准确后，进行焊接施工。

图8　上圆筒钢筋绑扎完成Fig.8　Steel banding completed of the upper bucket

3.3混凝土施工

3.3.1混凝土配合比设计

水泥选用标准稠度低、强度等级不低于42.5的中低热硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；掺和料选用优质矿粉、粉煤灰，细度不小于4 000 cm2/g；碎石优化级配设计，采用二级配，空隙率小、针片状少；细骨料选用级配良好的中粗河砂；减水剂选用与水泥匹配的坍落度损失小的高效减水剂，其减水率不小于25%。

3.3.2混凝土施工

下桶体一层、二层混凝土方量分别为310 m3、290 m3，方量大，桶体施工时间长。

1）混凝土拌制

结合每次桶体混凝土浇筑时间及混凝土总体施工方量，混凝土搅拌桩采用2台3 m3强制式拌合机（额定产量180 m3/h）进行混凝土拌制。

2）混凝土的运输、入模

现场采用混凝土罐车进行混凝土运输，现场架设汽车泵浇筑混凝土入模。浇筑时2台泵车对称浇筑（图9），采取先外后内的浇筑顺序，自由下落高度约1.5 m；浇筑分层进行，分层厚度为50 cm，每层浇筑时间约为30 min，确保了新旧混凝土不会出现冷缝。

图9　混凝土对称浇筑Fig.9　Schematic diagram of symmetrical concrete casting

3）混凝土的浇筑与振捣

由于下桶体分为9个隔仓，为了保证振捣到位，振捣人员需到隔仓内进行施工作业，安排24个振捣工人在隔仓内，分别为1号、2号、3号、4号、6号、7号、8号、9号隔仓，每个隔仓3个人，2台振捣泵。上筒体每个筒体安排9名工人，6台振捣泵。

在混凝土振捣时，每一振点的振动时间为混凝土捣实至表面呈现浮浆和不再沉落为止；混凝土振捣时，先外后内，振捣间距300 mm，每一振点的持续振捣时间15～20 s，以混凝土表面呈现水泥浆和不再沉落为度。振捣棒垂直插入混凝土中，并快插慢拔，上下抽动，保证上下2层混凝土结合成整体，振捣棒插入下层混凝土中为5～10 cm；为保证振捣器插入混凝土中适当长度，在振捣棒软管上绑上了标记线，间距50 cm。每一振点的振动时间为2 s。每层下灰至顶部时，进行了二次振捣，清除浮浆，保证了每层的顶部不松顶。并用5 cm×5 cm×50 cm长的木条进行压槽，确保上下层混凝土的连接。

3.3.3混凝土养护

混凝土浇筑完成后，及时用保水性较好的土工布等材料覆盖，防止风干日晒失水。结硬后立即开始保湿养护。混凝土养护采用扬程35 m的高压水泵。拆除模板前12 h，拧松侧模板的紧固螺帽，让养护水顺模板与混凝土脱开面渗下，养护混凝土侧面。在气温较低时，注意覆盖保温材料，保持混凝土湿润和温度。在整个养护期间，尤其是从终凝到拆除模板的养护初期，确保混凝土处于有利于硬化及强度增长的温度和湿度环境中。在常温下至少养护14 d。

桶体内侧采用养护液养护，外侧则采用喷水养护。

3.3.4施工缝处理

针对较高的气密性要求，施工缝的处理作为重点进行控制。

1）控制混凝土坍落度不要过大，浇筑完毕后，及时将顶部的浮浆排出。

2）施工缝处进行凿毛处理，在已硬化的混凝土表面上，清除水泥薄膜和松动石子以及软弱混凝土层。

3）在下层混凝土抗压强度达到1.2 MPa后，方可浇筑上层混凝土。

4）在浇筑新混凝土前，先用水充分湿润老混凝土表面层，低洼处不得留有积水。然后铺1层厚度为10～30 mm的水泥砂浆，水泥砂浆的水灰比小于混凝土的水灰比。

5）在下层混凝土中间压凹槽，并设膨胀橡胶条。

6）浇筑上层混凝土前使用界面剂。

4　结语

1）桶式基础结构预制根据现场预制施工不断调整改进，形成了完善的预制施工流程，桶体预制质量优良，桶体水上安装反应气密性良好，完全达到设计要求。

2）至2015年6月，共预制桶式结构130个，桶式结构预制进度、质量良好，桶式结构预制安装每月可达22个，月最大桶式防波堤进尺达到450延米。与传统斜坡式防波堤结构的对比，优势明显。该桶式结构的成功应用，为其它类似港口的开发建设，提供了一个新方向。

3）桶式结构预制施工工艺重点从桶体气密性控制等方面切入，合适的分层高度、上下层混凝土接缝处理等是该施工工艺的控制要点。

4）下桶体不同高度的转换，涉及到模板结构的调整，会降低模板使用周转速度，桶式结构预制施工速度降低。同时也容易导致模板结构损坏，降低使用寿命，增加施工成本。

[1]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.连云港港徐圩港区防波堤工程工程可行性研究报告[R].2011. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study of the breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2011.

[2]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.连云港港徐圩港区直立式结构东防波堤工程初步设计[R].2012. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of the east up-right breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R]. 2012.

[3]高志伟，李亚，高树飞，等.徐圩防波堤工程桶式基础结构设计[J].水运工程，2013（10）：89-94. GAO Zhi-wei,LI Ya,GAO Shu-fei,et al.Structure design of bucket-based structure for Xuwei breakwater[J].Port&Waterway Engineering,2013(10):89-94.

[4]高志伟，陈甦，李武，等.桶式基础结构土压力分布规律[J].中国港湾建设，2013（1）：18-21，55. GAO Zhi-wei,CHEN Su,LI Wu,et al.Pattern of distribution of soil pressure on bucket foundation[J].China Harbour Engineering, 2013(1):18-21，55.

Prefabricated techniques of bucket-based structure

GAO Zi-bing1,DING Hai-long1，HANG Jian-zhong2
（1.Jiangsu Branch of CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Lianyungang,Jiangsu 222044,China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

With more and more breakwaters are constructed in deep waters and open seas,the traditional riprap embankment and sand quilt dike will be replaced by the new bottomless bucket-based structure,which has the advantages of high efficiency,low cost,environment friendly,energy saving and novel structure.We introduced the prefabricated techniques of the new bucket-based structure of the east upright breakwater in Xuwei District,Lianyungang Port,and described the overall process of streamline prefabricated construction of bucket-based structure.It turns out the overall construction techniques are matured to meet the desired effects.

bucket-based structure;prefabricated;construction techniques

U655.54

B

2095-7874（2016）03-0064-05

10.7640/zggwjs201603014

2016-01-12

江苏省科技支撑计划项目（BE2013663）；江苏省交通运输科技项目（2013Y20）

高自兵（1983—），男，江苏兴化市人，工程师，从事港口与航道工程管理和技术管理、研究工作。E-mail：185223053@qq.com