大型預制沉箱施工工藝

1、大型預制 沉箱施工工藝陳永謙張玉勇胡良猛一工程概況：工程簡介廣州港南沙港區(qū)二期工程位于廣州市南沙龍穴島，建設規(guī)模為6個碼頭泊位，碼頭岸線長2100米。碼頭泊位采用重力式沉箱結構。 該工程的建 設將使廣州港區(qū)格局發(fā)生質的變化，形成以南沙港區(qū)為龍頭，以新沙、黃浦 港為輔助的廣州港區(qū)新格局，對廣州建設現代化國際強港具有重大意義。我局施工的的5#、6#碼頭為兩個510萬噸級碼頭。碼頭岸線長度700m。 碼頭前沿設計底標高為-17m。碼頭面高程為+5.4m：壁岸結構采用重力式沉 箱結構方案，沉箱長17.84m,寬15m,高18.9m,單個沉箱重2237t,為華 南地區(qū)最大的沉箱結構。沉箱下部為拋石基床，

2、沉箱間設置混合倒濾井，后 側為拋石小棱體和倒濾層，棱體后回填、吹填砂。自然條件本工程位于珠江口伶仃洋喇叭彎彎頂， 廣州市番禺區(qū)龍穴島圍墾區(qū)東南 部，緊臨南沙港區(qū)一期工程下游，經緯度為 113 40 E、22 40 N附近。本地區(qū)潮流屬不規(guī)則半日潮流，每日出現兩次高潮和兩次低潮。南沙港 區(qū)所在的海區(qū)漲落潮基本為與海岸線平行的往復流，且靠近岸變得流速小于 靠近伶仃西航道的流速。港址處缺少實測潮流資料，據 1992年7月2-4日的 潮流觀測資料，龍穴島外水深5米漲潮平均流速為0.51m/s,落潮平均流速為 0.25m/s,漲潮平均流向330 ,落潮平均流向133 ,漲潮最大流速為 1.15m/s ,

3、落潮最大流速為0.73m/s 。岸壁區(qū)設計流速取值0.43m/s, 潮流呈往復流性質，流向大致順著水道（平行于碼頭軸線）。沉箱結構簡介5#、6瘠白位工程的預制沉箱共計36件，每件沉箱長17.84米，寬 15米，高18.9米，內有12個空格，外墻厚380mm和350mm,內墻厚 300和200mm, 一端帶有長1000mm前趾，底板厚650mm,加強角尺 寸為200mm*200mm,混凝土標號為C40,單件沉箱方量為895m3,重 量為2237t,混凝土總方量量為32220m3。（如下圖1）平面圖沉箱預制施工工藝:.模板工藝底胎模制作：考慮到運用氣囊進行沉箱的頂升和出運工作，在現已改造好預制場地

4、的整板基礎上鋪設雙肢28梢鋼，兩側分別焊接一根18梢鋼作 為支座，18梢鋼上滿鋪100mm厚木方，梢鋼長為沉箱底寬，為15米，支座 凈間距為1.9米對拉絲桿連接。底模鋪設用水準儀抄平后，并在底胎模上鋪 一層油毛氈。（見下圖）2282 28,底胎模結構示意圖（2）底板模板工藝底板側模分4片側模和12個芯模，全部采用定型桁架鋼模板，以12梢鋼為豎背楞和橫背楞，用10梢鋼作桁架和斜支撐。面板采用6mm鋼板制作，面板后設有加勁肋，采用 5雌鐵與面板焊接成整側模下口采用海綿條進行止?jié){，。模板上、下部位全部用對拉絲桿調整加固，在模板上端向下150mm處預埋圓臺螺母和螺桿作為下次墻身側模支撐及 下口止?jié){使用

5、。上口對拘絲樸用白蟾母掰忸晨二仃|:ffl?預埋絲桿示意圖（4）底板芯模的支撐是在底胎模上利用鋼筋混凝土墊塊進行支撐，墊塊上下兩頭為C40硅制成，中間用0 28螺紋鋼筋支撐。墊塊安裝用水準儀抄平。墻身模板工藝底板側模分4片側模和12個芯模，全部采用定型桁架鋼模板，以12梢 鋼為豎背楞和橫背楞，用10梢鋼作桁架和斜支撐。面板采用6mm鋼板制作， 面板后設有加勁肋，采用5雌鐵與面板焊接成整體。墻身模板結構示意圖（6）側模底口用預埋在墻身里的圓臺螺母進行支撐，止?jié){采用在墻身上貼上海綿條。同樣在墻身模板上口留有圓臺螺母做好下一步的墻身施工準備。在 第一次墻身拆模板后將底板的圓臺螺母用扳手取出，將圓臺缺

6、口用C40混凝4個推土進行修補。芯模四周用法蘭盤和調整螺栓調整平整度和垂直度，在墻身預埋 拉盒用做上層內模的支撐點，混凝土澆注完拆除推拉盒在墻內留有縱深 10cm 的缺口。墻身芯模底部有插銷式梢鋼，可以插入缺口中支撐起墻身芯模自重及施工荷載。墻身芯模支立示意圖（7）2、鋼筋成型工藝：底板鋼筋直接在底胎模上進行綁扎。每層墻身鋼筋在固定的綁扎區(qū)內綁 扎，形成整體后用龍門吊吊放進行安裝，考慮到每次澆筑沉箱的高度，制作 一個4.5m高的鋼筋綁扎、吊運支架。在此介紹一下鋼筋幫扎架的基本結構情 況（如下圖8、9）。左圖為12吊點示意圖，右圖為結構示意圖。A212點吊平面視綁扎架圖（8）0112#曹鋼對扣1

7、4工字鋼128曹鋼對扣J10f岡板14工字鋼28工字鋼22曹鋼對扣28曹鋼對扣22曹鋼對扣J-L子鋼22曹鋼對扣1363546004435460012M扣支腿0 6 3122曹鋼對扣2122槽鋼對21484A14工字鋼 14工字鋼14工字鋼一 “，一.，!18622槽鋼對扣16428槽鋼23岡板連接2騎筋 2逢桿22槽鋼河印鋼沉箱鋼筋1868022槽鋼對扣u 14工字鋼14工字策8槽財產口 22槽鋼對扣14工字鋼bbA-A : B B 剖面圖（9）整個鋼筋綁扎架的結構與沉箱鋼筋端面圖相符合，由于整個鋼筋基本處于均布狀態(tài)，每層鋼筋的重量約為 23噸，均布于整個綁扎架，考慮到整體綁 架的結構受力，

8、降低綁扎架的抗彎力矩，整個幫扎架采用12點吊超靜定平衡 結構，根據實際情況和龍門吊的吊運高度最大限度的增加吊點與綁扎架面之 間的高度，增加吊索于綁扎架之間的夾角，進一步減少降低其彎矩的量。以 上兩點大大以降低綁扎架的彎曲變形的產生，確保了整個鋼筋籠的整體性。鋼筋制作完畢，長料通過龍門吊運送到綁扎場地（短料人工運送）。待綁扎架就位到綁扎場地進行鋼筋綁扎，由于分層生產在綁扎架上事先做好鋼筋 數量和上下層高低筋搭接位置的標記，以便搭接位置和搭接長度及數量滿足 規(guī)范要求。鋼筋綁扎完好后用夾具將縱向鋼筋夾在綁扎架上，以保鋼筋籠順 利吊起和整個鋼筋籠的整體性和穩(wěn)定性！整個綁扎架的斷面尺寸與沉箱構造 筋相符

9、保證了沉箱的鋼筋保護層的尺寸滿足設計要求。通過龍門吊將帶有鋼筋籠的綁扎架吊起，調運至沉箱生產場地進行鋼筋搭接綁扎，搭接的長度依照規(guī)范要求為 35d。綁扎完畢吊出綁扎架進入下一 個鋼筋籠綁扎循環(huán)。三、主要工藝流程主要工藝流程圖（10）主要工藝流程如上圖10,完成整個工藝流程確保工期和進度，要求制作爬梯10#曹鋼立柱*4推拉槽鋼俯視圖墻身外模板2套內模板一套，底板一套。兩個沉箱作為一個流程施工。澆注 完2個底板后，拆除內模，吊入12個內綁扎平臺，內綁扎平臺下部焊接推拉 盒，安放在底板預留備墻身內模支撐用的缺口中做為支撐。側視圖 內平臺結構簡圖（11）吊運、安裝墻身第一層鋼筋籠，內平臺和底板外模板用

10、做搭接綁扎施工 使用。綁扎、驗收完畢，拆除內平臺外底板模板，安裝外墻身模板，外模板 安裝主要依靠事先預留在下層的圓臺螺母，通過圓臺螺母絲桿的支撐用螺帽 上緊支撐。外模四角用螺絲和對拉絲上緊。內模主要依靠預留在下層的缺口， 在內模上的推拉盒將其推入缺口中，再依靠內模上的法蘭螺絲與底層的墻壁 頂緊的摩擦力和推拉盒的支撐力來完成內模支撐。整個沉箱模板安放好以后通過經緯儀或吊線來調整整個模板的垂直度。 在內模和外模之間通過固定間距的對拉螺絲上緊，以保證各個墻壁的間距和 整個模板的整體性。檢查合格后進行澆注工作。與此同時進行第二個沉箱的第一層墻身的鋼筋籠的安裝、綁扎和內平臺及底板外模板的拆除工作。安裝第

11、二套墻身模板，待前一個沉箱內模拆除吊入此沉箱進行安裝、澆注等工作。再澆注過程中完成前一個沉箱的下一層墻 身的鋼筋籠安裝、綁扎驗收等工作。依照此循環(huán)來完成整個沉箱的澆注。在整個澆注過程依靠一臺37米的泵車來完成。因考慮到沉箱的面積 大，澆注的整體時間較長，對澆注的工藝采取了由中心向四周，由內而 外的澆注工藝。即先澆注沉箱的內部的12個網格的中間兩個格子的7道 墻，澆注一定的高度，依靠混凝土塌落和振搗流淌延伸到四周的格子里 面。待混凝土延伸快至外墻時轉變澆注順序，開始從外墻身進行循環(huán)澆 注每層下料約50CM,同樣依靠混凝土的塌落和振島流淌向內部 12個格 子的墻身延伸，這樣大大減少了層于層之間的時

12、間間隔，使混凝土的外 觀質量有了保證降低了因時間間隔長造成的色差現象的產生。四、沉箱出運整個沉箱構件預制完、整體達到強度后方以開始進行沉箱出運，沉箱預 制在我廠施工場地的3區(qū)、4區(qū)和5區(qū)進行，4區(qū)還作為出運通道，整個出運 過程的工藝流程如下：縱向氣囊安放、頂升沉箱一沉箱用墊木支撐、氣囊放氣一底胎模拆 除一縱向氣囊安放、頂升沉箱 一卷揚機牽引沉箱至出運通道 一沉箱用 墊木支撐、氣囊放氣 -橫向氣囊安放、頂升沉箱 一卷揚機牽引至出運碼 頭一裝船。底胎模拆除將膠囊均勻布置在底胎模10cm木底模下面的間隙內，對膠囊沖氣，沖 氣后的膠囊將整個沉箱構件連同木底模一起頂起，頂起后將梢鋼全部抽出并 在沉箱底部

13、的四個邊上放置雙層 200*200木彷，對膠囊慢慢放氣到一定高度 后由底邊的支撐塊受力支撐沉箱。隨后將氣囊內放氣將氣囊上邊的10cm木模板抽出，完成底胎模的拆除工作。沉箱運輸底胎模拆除后，同時對所有氣囊進行沖氣，捆綁沉箱，依靠卷揚機牽引沉 箱底部氣囊滾動將沉箱牽引至出運通道，到達出運通道。開始進行氣囊轉向 放置，同樣在沉箱下部放置支撐墊木、放氣、抽出氣囊，再轉向放置氣囊、 充氣取走墊塊，通過卷揚機牽引至碼頭前沿直至順利裝船。沉箱移動圖片利用氣囊運輸沉箱上船五.沉箱安裝施工工藝現場根據實際情況，分別采取了三種不同的安裝工藝，都取得了成功. 一般原則安裝前對基床的驗收非常重要。特別是有無回淤情況，

14、對潛水員能明顯 探摸到的浮淤，必須用清淤船進行清淤。如果是輕微的浮淤，用水下高壓水 槍沖洗即可。所有的沉箱安裝都要在落潮時開始，在低平潮時使沉箱落底，盡量降低 潮流對沉箱安裝的影響。沉箱安裝就位完成后，要一直加水到所有的倉格滿 水。一般經過兩個潮水周期后，可以穩(wěn)定。如果發(fā)現沉箱位移，偏差超過了 允許值，就要重新抽水使沉箱起浮，重新安裝。由于基床的設計傾斜度為1.5%,所以經過了一兩個潮水周期后，基本上 所有的沉箱都有位移，一般向下滑動（向岸側）10-15cm。找到規(guī)律后，一般 安裝時就要考慮到一定的提前量（12cm左右）安裝定位采用GPS即時定位。粗定位采用目測定位，通過已安裝沉箱作 為參考使

15、沉箱基本就位。在沉箱底部距離基床面 30cm時，停止加水下沉，用 GPS在待安沉箱頂部進行精確定位，然后快速加水，使沉箱在最短的時間內 落底。.安裝工藝定位船安裝第一只沉箱安裝時，通常情況下是粗安，待第二只沉箱安裝完成后，利 用第二只沉箱作為依托，將第一只沉箱趁低潮抽水起浮后，用滑輪或手拉葫 蘆進行調整，精確安裝。但這種方法不適用本工程。原因是一期工程予留的 沉箱向海側位移30cm,也就是說第一只沉箱與予留沉箱有 30cm的錯牙（見 下圖）。如果按照常規(guī)工藝，等第二只沉箱安裝完成后，再返調第一只沉箱， 沉箱予留的間距只有8cm,通過8cm的間距來調整30cm的錯牙，難度相當大?？紤]到現場有8m

16、3的抓斗挖泥船可以利用，挖泥船的兩只前錨為 5T,兩 只后錨為7T,抓力可以滿足船帶動沉箱進行微調的要求。首先，挖泥船靠近 儲存場，將待安沉箱固定在8m3的抓斗挖泥船一側船舷，通過絞錨達到安裝 位置，當開始落潮且接近平潮時沉箱加水下沉（加水的時間需要計算，加水30cm第一只沉箱安裝示意圖-I完成應是平潮）。當沉箱底部距離基床30cm時停止加水，通過對挖泥船錨繩 的收放對沉箱進行精確定位，定位完成后，挖泥船的四根錨繩全部收緊，快 速加水使沉箱下沉坐底。該方案的關鍵在于：一、定位船的錨機要足夠大，在最大潮流速時保證 不走錨；二、一定選擇在平湖時沉箱坐底，否則不能保證安裝的精確度；三、 盡量選擇風平

17、浪靜的天氣，減少波浪對沉箱的晃動。500T起重船安裝當半潛駁下潛位置距離安裝位置比較近，起重船不需起錨即可通過絞錨 移位到安裝位置時，可以直接采用起重船進行安裝。由于半潛駁“工2”以及“重任1602”的下潛深度達不到沉箱起浮的要 求（最大潛深沉箱吃水為9m,沉箱加平衡壓倉水后自動起浮要求吃水 11.6m）, 需要500T起重船配合起吊沉箱出駁。沉箱出駁后半潛駁上浮，起重船通過絞 錨移位到安裝位置，開始向沉箱中加水使沉箱下沉。沉箱位置的微調通過下圖的10T手拉葫蘆1、2和纜繩1、2共同完成。已安沉箱待安沉箱/N注:為10用拉葫蘆 助鋼絲纜繩起重船安裝沉箱示意圖用起重船安裝有個最大的優(yōu)點是：如果沉

18、箱落底后發(fā)現安裝的偏差較大， 可以馬上起吊（此時水位仍未淹沒沉箱），重新定位安裝。但是起重船安裝有 個缺點，那就是占用的水域面積太大（200m*300m,嚴重影響旁邊其他工序施工，當施工水域船只密集時，不建議采用此種安裝方法。拖輪拖帶安裝本工程的大部分沉箱是采用拖輪拖帶到安裝位置安裝的，主要有以下兩種情況:半潛駁下潛位置距離安裝位置比較遠，用起重船協助沉箱出駁后,無法一次移位到指定地點安裝;從沉箱儲存場拖帶沉箱到安裝地點。拖輪拖帶方案近距離拖帶方案有兩種，一是雙拖輪夾拖；二是一艘拖輪主拖（傍雙拖輪拖帶沉箱示意圖注:號纜為主拖纜.號纜為轉向纜拖），沉箱后面用一艘錨艇頂推（校正方向）見下圖。注:號

19、纜為主拖纜.單拖輪拖帶沉箱示意圖號纜為轉向纜需要注意的是，在沉箱拖帶過程中，根據拖帶的方向，選擇漲潮或落潮時候拖帶，目的是盡量順潮流前進，避開逆潮流前進，否則阻力太大，前進 困難（沉箱的迎水面面積太大，象一堵墻）。拖輪全速前進，拖帶纜繩受力大, 可能會造成纜繩斷裂，導致沉箱失控的危險情況。如果逆潮流航行，要盡量選擇潮差最小的時候（潮流速最?。?。另外，需要充分考慮到風力影響，一般 海上風力大于6級，就不宜進行拖帶及安裝作業(yè)。用拖輪拖帶沉箱一定要充分考慮到各種不利因素，作好搶險預案。比如， 施工現場附近應有備用拖輪或錨艇，防止一艘拖輪失去動力后，有馬上有新 的動力補充；拖輪上的拖帶纜繩應備至少雙份

20、，防止拖帶纜繩意外斷裂，馬 上有新的纜繩補充。安裝方案沉箱從半潛駁卸駁后，拖輪靠近沉箱，由在沉箱作業(yè)平臺的操作工人協 助，系好拖帶纜繩。然后拖帶到安裝位置。將待安沉箱與已安裝的沉箱用交 叉纜繩系緊，拖輪解纜離開。然后向沉箱中加水下沉，通過手拉葫蘆對沉箱 進行調整。見下圖。沉箱安裝示意圖注:為10伴拉葫蘆用于調整沉箱前后錯牙用于調整沉箱間距封口沉箱的安裝工藝現場條件根據業(yè)主的統一安排，預留2只沉箱的位置不安裝，作為后方拋砂的船只 通道，等待拋砂基本完成后，進行封口。根據前期沉箱安裝的控制，最后一 只封口沉箱留有26cm的間隙（設計為8+8=16cn）。其余所有的沉箱都已經安 裝完畢，形成了一個封閉的港灣。待安裝的沉箱就以浮游狀態(tài)儲存在港灣中（為了避風浪，保護沉箱），用纜繩帶緊，靠在已安裝的沉箱內側。沉箱吃水 13.5m （比浮游穩(wěn)定的吃水多1.9m）,主要考慮到港灣中無浪，對穩(wěn)定的影響 首要是風，所以增加吃水以減少水上暴露的面積。沉箱安裝有相當大的難度。首先，封口的季節(jié)是冬季（1月份），海面上一 直有風浪，浪高0.4m以上。沉箱在風浪的影響下，姿態(tài)不穩(wěn)定，如果沉箱不能 保證以垂直的姿態(tài)，就很難進入到預留的口門中。其次，沉箱進入口門