特大型沉箱预制施工工艺研究
张宇+刘鹏飞
摘 要：随着沿海城市交通事业的蓬勃发展，对基础建设不断提出新要求。沉箱的重量随着施工工艺实际情况和需要而不断增大，目前国内预制沉箱的重量从几百吨逐渐发展至数千吨甚至上万吨。沉箱重量的提高有利于大型基础结构的稳定，但其预制施工又成为了一个新的难题。本文结合大连南部滨海大道工程主桥基础锚碇大沉箱的施工实例，分析了超大型沉箱预制中的难点及关键点，尤其是面对北方寒冷气候所实施的冬季施工质量保证措施，为今后大型构件预制提供丰富的借鉴。
关键词：特大型沉箱；预制；冬季施工
中图分类号：U443.1 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）03-0041-03
1 项目概况及沉箱要求
大连南部滨海大道跨海大桥，即大连星海湾大桥，为中国首座海上地锚式悬索跨海大桥。全长约6公里，主桥820米，其中主桥主跨460米，两侧边跨各180米，主桥为双塔三跨地锚式悬索桥。桥塔采用“门”式框架混凝土结构，桥塔高达112.31m，对下部锚碇结构提出了新的要求。后经过设计反复验算，锚碇结构采用重力式沉箱基础。
本工程共需预制大沉箱两个，沉箱尺寸为69m×44m×17m，是当时国内最大的沉箱，共设150个舱格，舱格尺寸为4.26m×4.04m。沉箱施工使用两种高性能混凝土，抗冻等级达到F350。顶口以下5m范围内处于水位变动区和浪溅区，强度设计为C45，其余部位为C35。单个沉箱混凝土方量约10400m3，钢筋用量约1128.23t，总重约26000t。沉箱效果图如下：
2 预制将或面对困难
2.1 工期紧、工作量大
大沉箱预制混凝土总方量约20800m3，钢筋总量约2250t，单个沉箱150个舱格，仅模板配备就多达2800t，工作量十分庞大。而按照施工进度计划，预制工作需在5个月内完成，工期全程跨越冬季，其中还包括中远船坞15天放水时间及春节假期，施工强度可想而知。
2.2 技术难度大，质量要求高
本工程结构的设计基准期为100年，这对混凝土耐久性提出较高的要求。由于大连地处北方，混凝土的抗冻性是确保耐久性的重要指标。
锚碇沉箱底板厚1m，单次浇筑方量达2154m3，大体积混凝土防裂是本次沉箱预制施工质量控制重点和难点，项目部依托沉箱数模、物模试验实施有针对性的技术措施，保证沉箱预制质量。
2.3 混凝土冬季施工
本工程工期全程跨越冬季，所有前期准备工作及现场施工控制全部按冬季施工要求进行。因此，必须采取大量的切实可行的措施，加大投入，方可确保工程冬季施工期间的各项指标受控。
3 超大型沉箱预制施工工艺及难点控制
针对超大型沉箱预制将或遇到的难题，项目组进行了有效的控制和解决，最终顺利完成了超大型沉箱的预制施工。本文现结合工程实例，将预制工艺及控制方法进行介绍。
3.1 预制场地选择
沉箱设计尺寸较大，常规预制场无法满足沉箱预制需要，因此选择旅顺中远2#船坞作为沉箱预制场地。船坞位于大连市旅顺开发区羊头洼，船坞尺度为550m×68m×12.96m，坞门槛顶标高为-8.67m，船坞底标高-9.46。
选择的船坞与水域衔接，出运条件方便；船坞建设规模较大，满足预制需求；且具备较好的稳定性和承载力，是预制超大型沉箱的理想场地。
3.2 预制工艺及施工方法
3.2.1 沉箱施工段划分
沉箱高69m，平面宽度达44m，底板厚度1m，外壁厚度0.45m，隔墙厚度0.3m。考虑实际工程进度需求、混凝土浇筑的连续性、模板稳定性等因素对沉箱预制进行施工段划分。在首层施工时，中间预留1.5m宽闭合块后浇带，使用微膨胀混凝土浇筑。
3.2.2 沉箱施工流程图
3.2.3 钢筋工程
沉箱预制施工，单个沉箱需耗钢筋1128.23t，总共有5种规格，最粗规格达Φ25。钢筋的加工的规范和要求严格按照《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）和《水运工程混凝土施工规范》（JTS202-2011）执行，本文不再赘述。
钢筋的绑扎分为三个方面工艺：
（1）首层钢筋绑扎。在底模板支撑完成之后，根据设计图纸就钢筋位置进行放线标记。首层钢筋根据放线位置进行绑扎，为了防止钢筋过重，而导致保护层变化，需要在每个内芯下设置八个架立筋。下层钢筋需要一次绑扎成型，底板钢筋绑扎完成后，测量放出隔墙位置并向上绑扎隔墙钢筋，绑扎时严格控制网眼尺寸，在有预埋件的位置做避让。
（2）上层（2～4层）钢筋绑扎。内芯支立完成后开始绑扎上层钢筋。横隔墙方向采用吊装钢筋网片的工艺绑扎钢筋，纵隔墙方向采用吊装竖向筋网片，水平筋利用12m长托盘进行穿插绑扎。
（3）闭合块钢筋。为保证闭合块后浇带与已浇筑混凝土的连接强度，在接缝处隔墙水平筋内侧预埋钢筋，保证抗拉性能。闭合块钢筋设置为双排Φ12的接茬钢筋，间距20cm，长度1m，伸入两侧混凝土墙各50cm。
3.2.4 模板工程
沉箱整体高度达17m，分成四层进行预制。对预制工程最大的考验就是模板安装，既要保证工程质量，同时又要确保施工安全。
3.2.4.1 模板配备
根据工期要求及沉箱预制工艺确定模板配备数量，工程中共配备各种型号模版672套，总计重量超过2800T。
3.2.4.2 模板加工、拼装
由于模板尺寸跨度较大，为了保证模板刚度，板面全部采用大片钢板制作，涉及到的异型板主要是底层芯模加强角及压浆板、底层外模趾部模板。拼装工作在加工平臺上进行，采用焊接形式，保证密闭和整体抗弯。
3.2.4.3 模板安装
首层模板施工工艺：模板加工拼装→测量放线→内芯模板支立→外片模板支立→模板验收→混凝土浇筑→保温养护→模板拆除
模板安装前对平台进行清理，在底胎上做好各种尺寸标记，包括：前、后壁，侧壁，隔墙，趾部位置线。底板及墙体首层钢筋绑扎完成后，支立芯模，内芯下部必须用专用混凝土垫块垫在钢筋上，芯模之间采用丝顶及螺栓固定。芯模安装完成进行外模安装。外模体积较大，为了预防混凝土浇筑过程中，模板移位，所以要确保所有模板的准确性。第一片外模安装时，使用垂球确保纵断面尺寸及规范，在用螺栓连接内外模板，并紧固螺栓。设置完成第一片外模之后，之后的模板参照首片模板位置进行安放，同时使用定位仪器进行检测校对。底层模板安装完成。
混凝土浇筑完成之后，并且经过规定的养护期，确保强度之后，进行拆模。拆模方法由外向内。先抽出穿芯板木楔，然后卸下螺栓，但每片至少有6根保险螺栓（上下各3根）保留。以先支立的后拆，后支立的先拆为原则，将模板拆除堆放至临时存放场地，刮灰刷油，准备下一个循环。
上层模板施工工艺：操作平台安装→测量放模板底标高线→混凝土接茬面凿毛→内芯模板跳舱安装→钢筋网片组装→剩余内芯模板安装→外片模板安装→混凝土浇筑→保温养护→模板拆除。
首层模板拆除后，在已经完成的下层混凝土上安装上部操作平台。操作平台完成后，人工和机械和通过操作平台完成上部施工。按照规范要求，对已经完成的混凝土进行遭毛清洗处理。其他施工工藝同首层模板安装拆卸工艺。
3.2.5 混凝土工程
为了保证计划进度，工程施工横跨冬季，在混凝土施工介绍中，本文重点突出冬季混凝土施工的质量保证措施。
3.2.5.1 混凝土拌制
混凝土拌制前，应对入场材料进行检测，并且土工布覆盖，尽量保证材料干燥，防止结冰，水泥在需放置暖棚储存。拌制混凝土采用加热水的方法，水温不大于60℃，若达不到热工计算的要求，则采用骨料加热法，骨料的加热温度不得超过40℃，具体温度值由热工计算确定。
搅拌前，骨料必须清洁，不得含有冰、雪等冻结物及易冻裂的矿物质，含泥量不得超过规定值，掺含钾、钠离子早强型防冻剂时，混凝土中不得混有活性骨料。外加剂采用无盐类防冻剂，大体积混凝土加用引气剂或引气减水剂，配置防冻剂溶液要有专人负责，严格控制防冻剂等外加剂的掺量。外加剂必须使用符合设计规范规定，并经公司中心试验室的同意，并符合《混凝土外加剂应用技术规范》的规定，方准使用。
拌制采用封闭的拌合站。拌合站设有带保温层的水箱2个，容量在70T左右，混凝土拌合水温度应控制在50℃。控制混凝土出搅拌机的温度不低于10℃。
3.2.5.2 混凝土运输和浇筑
尽量缩短在混凝土的运输时间，在运输罐车罐外部加设棉被、无纺布等保温材料；采用泵送方式进行浇筑，泵车灰管缠绕棉被等隔温层。如果气温低于0 0℃，可能会导致混凝土失温加快，则需要用蒸汽对模板和钢筋做加热处理，保确保凝土入模温度不低于5℃。
3.2.5.3 混凝土养护
沉箱拆模后立即用塑料布覆盖，在冬季养护采用“布设蒸汽管道+搭设暖棚”方法保证养护期间的温度。
蒸汽管道布设环绕在凝土图内侧，如需穿过混凝土，可采用金属管预埋方式，但必须经过设计确定。沉箱外部则需要把蒸汽管道直接固定在外模桁架上面。
暖棚搭设在沉箱外部，确保浇筑完成的混凝土均能包裹于暖棚之内。暖棚的搭设要保证其安全性和稳定性。
暖棚的侧面骨架可由外模桁架担当，无需专门再进行搭设。暖棚保温层采用无纺布与外界隔离。
4 结束语
本文在跨海桥梁蓬勃发展的基础上，以大连南部滨海大道工程为例，对大型沉箱的预制技术做了详细的叙述，尤其说明了超大模板的安装过程及技术难点，为以后特大型沉箱的施工积累有效的经验。
参考文献：
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