大型浮坞门沉箱预制技术

吴宇恒，何朝菊

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510230）

引 言

大型浮坞门沉箱与普通沉箱不同，沉箱重达 2万 t，且自身具备起浮、横移、止水、吊装设备等多种功能，是国内超大型特殊功能沉箱。

1 工程概况

大型浮坞门沉箱是深中通道二次舾装区改造的重要组成部分，因原深坞坞口宽度无法满足深中通道沉管隧道管节安装船的正常出运通行，需将既有坞口61 m拓宽至85 m，废弃旧坞门，新建浮坞门。浮坞门主要功能是保障干坞蓄水、隧道管节横移和出运。

沉箱预制总体尺寸为：长83.0 m，宽25.2 m，高29.1 m，总共56个内仓格，仓格尺寸5.78 m×5.60 m。沉箱结构混凝土方量为8 650 m³，其中压重混凝土方量为620 m³，重约2.1万t。坞门沉箱结构型式见图1。

大型浮坞门沉箱预制具有以下特点：总体采用分层浇筑，各层分段浇筑，各道工序交叉施工，相互影响较大；现场采用钢筋绑扎浇筑施工，存在长期高空作业，危险性较高；模板型号、数量多，最重单件模板约15 t，对吊装设备选型要求较高，安装难度大；预埋件种类、数量多，且预埋安装精度要求高；沉箱两个岛体结构施工复杂，涉及模板转换和二次打灰；施工工期紧，海岛降雨和台风频繁，施工进度受天气影响较大。

图1 坞门沉箱结构

2 工程构成及主要内容

浮坞门沉箱工程主要包括预制场拓宽、沉箱预制和附属设施结构安装。

预制场地包括底胎拓宽总体结构尺寸 93 m×35 m×0.2 m；钢筋加工场地硬化1 500 m2；模板修整区场地硬化1 500 m2。

坞门沉箱预制从下至上水平总共分8层浇筑，第1层2.6 m，第2～5层4 m，第6层2.5 m，第7～8层高度4 m。其中坞门现浇压重素混凝土620 m³，沉箱混凝土总方量8 645 m³，钢筋总量2 489 t。

坞门沉箱附属设施包括阀门井、止水设施、爬梯、栏杆和人行桥等。

3 施工顺序及流程

根据施工工期要求，坞门沉箱总体配置底层模板2套，中层模板2套，上层模板改建中层模板。

沉箱施工顺序为：A1段→B1段→C1段→A2段→B2段→C2段→A8段→B8段→C8段。

3.1 坞门预制场地

1）场地拓宽整平和修复

既有坞门预制场地局部位置在前期使用过程有破坏，使用小型挖掘机和风镐配合进行局部破坏位置破除开挖，将拓宽区域表层松散土渣清除，直至露出坚硬岩面，然后采用碎石回填，并采用压路机进行碾压整平。既有坞门地坪端头凿毛后，在拓宽区域浇筑20 cm厚C20混凝土地坪，拓宽地坪高程和既有坞门地坪统一。

2）底模制作

新建沉箱预制底模刻20 cm宽，10 cm深凹槽，沿坞门长度方向布置，间距同舱格间距一致，确保坞内灌水后水可以进入沉箱底板下。同时，既有坞门预制台座凹槽经过淤泥堆积后，凹槽已不再具备灌水密实功能，将既有凹槽重新清理置换填沙。坞门沉箱底模全部完成后，槽内填沙，用水浇透使之密实，槽上铺宽25 cm，厚1 mm的铁皮，防止打振捣棒时将底模打穿。

地坪浇筑完成后，对场地进行测量放线，铺设隔离材料。为保证今后沉箱与混凝土胎座脱离，减少粘结力，隔离材料分5层：①纤维板；②牛皮纸；③油毛毡；④塑料薄膜；⑤牛皮纸。

3.2 钢筋工程

坞门沉箱钢筋分层绑扎，在钢筋预制加工区下料后，由履带吊直接将钢筋吊至分段绑扎位置。

沉箱底层和中上层具体钢筋绑扎流程如下：

1）底板钢筋绑扎：钢筋在加工场加工成半成品后，直接在底模上绑扎成型，绑扎前根据设计图纸要求先把底板钢筋的间距作好标志，确保其数量和间距准确。绑扎时保护层垫块要摆放好，垫块的强度要达到设计要求。成型后的钢筋笼应确保纵横钢筋平直顺畅。

2）中上层钢筋绑扎：沉箱上层钢筋绑扎待底层混凝土浇筑完成后，拆模养护后达到设计强度的75 %，再安装沉箱内外工作平台，然后将上层钢筋绑扎辅助架安装到位。利用履带吊将钢筋吊上工作平台，钢筋绑扎安装按先竖向及纵向钢筋绑扎后横向钢筋绑扎、先外壁钢筋绑扎后隔墙钢筋绑扎的原则进行。钢筋绑扎辅助架定位合格后绑接竖向钢筋、校正横向钢筋和转角钢筋，最后经验收合格后即吊出钢筋辅助架、安装内模板再安装外模板。

3.3 预埋件

1）预埋件的种类

坞门沉箱属移动拦水坝结构，具有拦水、止水、放水功能，同时具备起浮坐底、浮运移位等功能，因此坞门沉箱设计的预埋件繁多，并且要求定位准确、预埋牢固。

预埋件主要包括以下类型：①保护混凝土结构类：护边角钢、底部预埋钢板；②附属设施类：底部导向斜角预埋钢板、系船环、系船柱预埋件；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、栏杆预埋钢板；④止水类：施工段连接处的止水钢板、逆向止水预埋钢板、钢闸门止水预埋钢板；⑤设备类：悬臂吊基础预埋件、卷扬机基础预埋件、排水系统预埋件、灌水系统预埋件。

2）预埋件的安装

预埋件安装主要控制好两个方面：一是测量定位控制，二是固定方法正确牢靠，保证混凝土浇筑时预埋件不移位。

底部预埋钢板：坞门底部与坞底板接触位置、导向斜角位置布置有预埋钢板，绑扎底部钢筋前安装。根据坞门沉箱结构尺寸和图纸，在沉箱底模以外进行结构轴线定位。通过结构轴线现场拉线，对底部预埋钢板定位安装，在打灰前使用全站仪对预埋钢板位置进行复测，复测合格后，再进行焊接加固。

钢闸门钢板、逆向止水钢板：坞门沉箱包括钢闸门和逆向止水钢板。止水钢板要求钢板边线、板面平整度允许偏差在3 mm之内，是坞门预制预埋件里面最主要的结构，也是安装精度要求最高的。止水钢板初次安装后，采用全站仪第一次复测并调整钢板边线，提前在预埋钢板表面焊接螺栓，在装模后，用螺丝固定贴紧与模板，并按0.5 m高度间距焊接Ф25钢筋顶紧预埋件，保证止水钢板贴紧模板、表面平整。打灰前，使用全站仪再次对预埋件复测，复测合格后，才可进行浇筑。

其他附属设施钢板：坞门其他附属预埋件主要包括钢爬梯预埋件、人行桥预埋件、系船柱预埋件、悬臂吊基础预埋件、灌水系统预埋件等。以上预埋件均在钢筋绑扎后，根据图纸要求，采用全站仪进行预埋件安装位置放点，并采用Ф25钢筋顶紧预埋件与模板面上。

3.4 模板工程

1）模板的设计

根据施工需求，坞门沉箱模板下层设计2套，中层设计2套，上层采用中层模板改制。

下层模板：根据坞门浇筑施工需求，外模加工2套，模板高度2.62 m，每段设前壁外模和后壁外模各2件，侧壁外模板2件，外模总共16块。下层模板内模底托模板高度0.2 m，底托模板加工48套。其中内模采用组合钢模（带可调节钢支架）+底托，内模组合共 48套。内模板上设置预留坑与上层内工作平台匹配设计，用于上层内工作平台安装；外模上设置预埋鱼尾螺栓孔，用于上层外模、外工作平台固定；内胆与外模在顶部用M30拉杆对拉固定。底托模板在内胆模板支架、侧壁背架桁架对应位置设置限位板和预紧构件，用于内胆限位及固定，四角设置吊点。下层模板装配示意见图2。

图2 下层模板装配示意

中层模板：第2～5层中层为标准层，高度均为4.0 m，外模板高度为4.07 m（考虑5 cm搭接）。每段设前壁外模和后壁外模各2件，侧壁外模板2件，外模总共24块。内模采用组合钢模，内模由4片模板和井字架组成，模板靠每个方向用4根松紧器螺栓收支，井字架上分三层设置螺栓顶。内模高度和中层外模一致为 4.07 m，内模尺寸 5.78 m×5.6 m×4.07 m，共48套。外挂工作平台沿坞门沉箱外壁整圈设置，前后壁各1件，侧壁2件，共28块组成。中层模板装配示意见图3。

上层模板：第6层层高2.5 m，第7～8层层高4 m，上层模板设计提前考虑6～8层坞门沉箱薄壁和两端岛体结构，和中层模板共用一套。上层模板采用变换中层模板的转角形状，同时改变外模板长度，使坞门沉箱外墙形成逐级减薄的墙体，利用部分中层外模改制成坞门两端的岛体外模，既组成上层模板。

图3 中层模板装配示意

2）模板问题和改进优化

坞门沉箱模板采用分块运输，首次陆上车运和后期海上船运相结合。分块模板在预制现场拼装组合成内模和外模进行施工，模板拼装过程出现以下问题：①模板倒运过程，造成外模钢板面出现局部小范围变形，板面不平整，影响坞门预制质量，特别是对止水钢板平整度要求很高的结构部位。②内模组装数量多、尺寸要求高，现场作业条件不如模板加工厂，导致模板构件改建数量多、组装时间长、机械台班耗费量费大，进一步造成工期紧张。

首先对分段浇筑外侧模板长度优化。既有沉箱分段外侧模板长度仅比分段结构长度多 37.5 cm，端头上下两层错开接缝设置可选择断面少。新建沉箱采取分段（一、三段）外侧模板比分段结构长1.36 m，各层混凝土段与段之间采用收口钢筋网连接，上下层收口位置逐层交替错开1.2 m。

再对顶层模板安装优化。既有顶层模板设计第7层内平台上安装8层模板，考虑模板承重因素，需拆除7层内模4块侧面钢板、增加托梁、8层内模拆除3面钢板等工序，模板拆除和加装工序多，耗费人工和设备台班多。

图4 既有顶层模板安装示意

在保证模板承重安全可控前提下，考虑减少模板繁杂工序，取消7层内平台，在7层隔墙上增加支腿，安装第8层内平台、内模，进行顶部外墙体施工。减少模板多次安装和拆除，提高现场施工效率。

3）模板的安装

坞门模板装卸主要采用现场布置的2台150 t履带吊和2台180 t履带吊吊装。考虑坞门沉箱尺寸大，模板数量多，4台履带吊在沉箱两侧交叉布置。

下层模板安装：下层模板使用150 t履带吊进行吊装。当沉箱钢筋绑扎完毕后，先安装内模，后装外模，底托支撑在预制的混凝土支墩上。底层外模支撑在沉箱底座上，上部与底托内胆模板Ф30螺杆对拉，防止模板松动。模板安装完成后，进行测量复核模板角点和高程，如偏差超出规范要求，需调整模板至合格，再安装预埋螺栓和预留孔模板盒。

中层模板安装：中层模板使用180 t和150 t履带吊吊装。4台履带吊各负责一边，既方便场地布置，又保证安全吊装。完成钢筋绑扎安装并经验收合格后，吊出钢筋绑扎架，进行内模板安装，再安装外模。模板安装前，必须先清理干净，涂刷脱模剂。中层模板和工作平台固定需要在沉箱壁上预埋固定点。沉箱内壁采用预埋方孔，内模平台设置栓销，栓销插入方孔固定内模平台，内模通过内模平台固定。沉箱外壁预埋可拆卸的锥型螺母，作为外模和外模工作平台的固定点，锥型螺母长8 cm，用预埋螺丝固定于沉箱壁结构上，预埋螺丝拧入锥螺母4 cm固定锥型螺母，外接螺丝拧入锥螺母4 cm固定外模及外模平台。

模板复核角点和高程合格后，安装预埋螺栓和预留孔模板盒。预埋件较多，但作用较大，必须慎重处理，避免漏埋、少埋、错埋。

上层模板安装：由于沉箱施工高度增加，上层模板采用180t履带吊吊装。第6层外侧墙体浇筑高度2.5 m，内墙浇筑高度3.7 m，根据浇筑高度要求，外侧模板安装高度2.5 m，内模安装高度3.7 m，高差位置采用收口网进行封堵。第 7、8层外侧墙体逐层减薄收进17 cm，内墙高度阶梯型逐渐降低。根据结构尺寸要求，完成外模和内模安装，内墙高差采用木模安装。

3.5 混凝土工程

坞门沉箱总混凝土量约8 650 m3，采用C40混凝土。由于体型较大，高度分1到8层，各层分A、B、C三段浇筑，共浇筑24次。

沉箱浇筑最大方量为821 m3，中层浇筑方量约440 m3的情况最多，上层浇筑方量在200 m3以内。现场配备2个50 m³/h搅拌站（1个备用站），2台混凝土泵车（1台37 m，1台47 m），10 m3罐车8台。下层浇筑时间16 h以内，中层浇筑时间9 h以内，上层浇筑时间4 h以内。

坞门沉箱下层、中层、上层具体浇筑顺序：

1）下层浇筑顺序为先底板，后隔墙。

2）中层浇筑顺序根据仓格结构型式设置，由两端向中间，按照50 cm高度分层控制浇筑施工。

3）上层均按照A段→B段→C段浇筑施工。其中第八层涉及平台结构，需要进行二次浇筑。

4）具体浇筑过程注意事项

①混凝土浇筑按顺序分层布料，每层厚度以50 cm为宜，底板浇筑分5层布料，中上层浇筑分8层布料。

②为避免产生冷缝和施工缝，每2.5小时必须回头补灰振捣，即每层布料时间控制在2.5小时内，必须进行下次布料振捣。

③为保证止水效果，沉箱外侧层与层之间混凝土预埋止水钢板，采用U形止水钢板，宽度400 mm，各埋入上下层混凝土200 mm。

④单层混凝土段与段之间采用收口钢筋网连接，为避免产生通缝，A/B段收口位置逐层交替错开1.0 m。

4 结 语

大型浮坞门沉箱预制和一般沉箱结构不同，沉箱结构存在前后壁不对称、两端仓格与中间有高差、上层外侧墙体厚度减少等特点，需提前做好详细施工计划和关键技术准备，明确各层模板设计、混凝土浇筑工艺、吊装和浇筑设备选型工作。沉箱具备多次重复起浮和横移功能，施工过程重点做好箱体结构尺寸、止水钢板安装精度、起浮相关附属设施安装等关键部位质量控制，保证坞门沉箱满足设计多种特殊功能要求。通过后期大型坞门自身多次顺利完成起浮和横移，表明大型坞门起浮、横移、止水功能、附属结构功能等均满足设计要求，整体达到预期目标，供同类工程施工提供施工借鉴。