浅谈大型沉箱预制与质量控制
摘要：沉箱预制是一个主要分项工程，其预制质量直接影响码头的整体质量。本文结合湄洲湾沉箱码头工程的实践，对大型沉箱预制方案、施工中存在问题及解决措施、质量控制等进行探讨.
关键词：沉箱预制监理
沉箱预制是沉箱码头墙身结构分部工程的一个主要分项工程，其预制质量直接影响到码头的整体质量和单位工程的质量评定等级。随着水运事业的发展、深水泊位建造日趋增多，沉箱预制逐渐向高大发展。因此，如何做好大型沉箱预制、加强质量控制监理就显得尤为重要。本文结合沉箱重力式码头工程的施工监理实践，对大型沉箱预制、施工中存在问题及解决措施、质量控制监理等浅谈自己的看法。
1 概况
湄洲湾码头工程泊位长304m，陆域纵深310m，码头面标高+8.20m，码头前沿水深-13.75m，满足停靠3.5万t级集装箱船和5万t级散货船的要求。码头结构型式为沉 箱重力式结构，如图1所示。
沉箱分K1和K2两种型式，K1型尺寸为7.2m×7.2m×15.75m，K2型尺寸为7.2m×7.2m×12.20m。两种型式基本相同，均为带底板、前趾结构，纵横隔墙将沉箱分为4个腔，吊孔离底板9m，共52块。K1型48块，每块重量为478t，砼量191m3，钢筋28.6t。
2 预制方案简介
2．1 沉箱施工工艺流程
根据沉箱的高度高、壁薄、钢筋密度大、砼量大等特点，为保证砼振捣质量及沉箱外观尺寸，在现场分3层预制。K1型3.75m、6m、6m;K2型3.75m、6m、2.45m。
施工工艺流程如下：
底模施工→ 绑扎钢筋→ 支模板并加固→ 浇砼→ 拆模→ 养护。
施工工艺流程如下：
底模施工→ 绑扎钢筋→ 支模板并加固→ 浇砼→ 拆模→ 养护。
2．2 模板设计
K1、K2型沉箱最高为15.75m，底板厚0.5m，吊孔离底板9m，底板砼30m3,往上海1.0高砼量10.5m3。考虑浇筑强度决定砼与模板分层：
第一层：砼3. 75地模0.10m高，配外模板3.85高，内模3.25m高；
第二、三层：砼6.00高，配外模板6.00m高，内模6. 00m高。
单块模板最重4 .75t.考虑流水作业模板的周转，第一层模板制作二套，第二层二套，第三层一套。模板采用定型组合钢模板，在施工现场组合拼装成大块模板，并在外侧纵横面架设纵横向肋，用φ16对拉螺栓加固，为方便螺栓回收利用预埋φ18硬塑管，轨道式塔吊吊装和拆模板。
第一层：砼3. 75地模0.10m高，配外模板3.85高，内模3.25m高；
第二、三层：砼6.00高，配外模板6.00m高，内模6. 00m高。
单块模板最重4 .75t.考虑流水作业模板的周转，第一层模板制作二套，第二层二套，第三层一套。模板采用定型组合钢模板，在施工现场组合拼装成大块模板，并在外侧纵横面架设纵横向肋，用φ16对拉螺栓加固，为方便螺栓回收利用预埋φ18硬塑管，轨道式塔吊吊装和拆模板。
2. 3 钢筋加工
钢筋按施工图中尺寸、型式在加工车间（现场）加工，并进行编号存放，编号应与施工图中尺寸编号一致，便于监理和质检员检查，然后运至现场进行绑扎。
2．4 砼拌制
砼拌制采用一台50m3/h强制式搅拌楼搅拌，砂、石料、水均由电子计量，由一台60m3/h拖泵输送。
2.5 分层预制的依据
《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）规定："沉箱的混凝土宜一次浇筑完成。对于需分层浇筑的大型沉箱，其施工缝不宜设在水位变动区（即设计高水位减1.0m至设计低水位减1.0m之间）和底板与立墙的连接处。"该规定说明沉箱是可以分层预制施工的。
2.6 分层高度的确定
第一层底板以上高 3.75m，考虑3个方面：
（1）《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268）规定施工缝位置"与底板相连的墙体，其水平施工缝宜留置在距底板大于1.0m高的位置。"
（2）结构图中吊孔中心位置在距底板9.0m处，如果第一层太低，则第二层便须增高，给砼入仓、振捣增加难度。
（3）一次60多m3砼的浇筑量其劳动强度比较适中，第二节6.0m高施工后，施工缝正好在吊孔以上0.75m处，满足吊孔结构受力要求。而且自底板以上每上升1.0m，砼量增加10.5m3左右，这种薄壁结构浇筑60多m3砼一般所需的时间约为6～7h，操作人员可达到满负荷工作。
3 施工中存在的问题及解决措施
（1）拆除第一块沉箱第一层模板后，发现沉箱前趾斜面气泡太多，并且有部分砂线。
原因分析：前趾斜面模板全封闭，砼振捣因难，振捣不密实，气泡未排出。
整改措施：
① 将前趾斜面模板开4个空窗口，便于砼振捣；
② 用降低水灰比，减少砼坍落度克服水线等缺陷；
③ 强调模板涂脱模时要均匀，拆除后对模板表面进行清理；
④ 顶面处砼采用二次振捣，要在砼初凝前再振捣一次，克服表面松顶、粘皮的现象。
原因分析：前趾斜面模板全封闭，砼振捣因难，振捣不密实，气泡未排出。
整改措施：
① 将前趾斜面模板开4个空窗口，便于砼振捣；
② 用降低水灰比，减少砼坍落度克服水线等缺陷；
③ 强调模板涂脱模时要均匀，拆除后对模板表面进行清理；
④ 顶面处砼采用二次振捣，要在砼初凝前再振捣一次，克服表面松顶、粘皮的现象。
（2）第一、二块沉箱底部有部分麻面、漏浆现象。
原因分析：底模地脚螺栓产生偏移，出现跑模现象。
整改措施：
①固地脚螺栓，每30cm长打一个地脚螺栓，加密一排撑杆；
②在距模板底10cm左右，增加一排地脚螺栓，增加一排撑杆；
③底层砼浇筑完毕后，在浇筑墙身砼时适当控制砼浇筑速度，每隔15min泵送一次砼，加强砼振捣，在砼面超过85cm以后，再按正常进行浇筑；
⑤ 浇筑砼中，必须在模板工值班，随时检查模板支撑情况防止漏浆现象。
整改措施：
①固地脚螺栓，每30cm长打一个地脚螺栓，加密一排撑杆；
②在距模板底10cm左右，增加一排地脚螺栓，增加一排撑杆；
③底层砼浇筑完毕后，在浇筑墙身砼时适当控制砼浇筑速度，每隔15min泵送一次砼，加强砼振捣，在砼面超过85cm以后，再按正常进行浇筑；
⑤ 浇筑砼中，必须在模板工值班，随时检查模板支撑情况防止漏浆现象。
（3） 第一、二块沉箱表面气泡较多。
原因分析：砼分层下料不均匀，振捣不密实，振捣时间不够，气泡未排出，停在模板表面形成。
整改措施：
① 每侧下料点分4处下料，分层厚度控制在40cm以内；
② 在振捣分间距振捣，每隔30cm振捣一次，棒头插入下层砼10cm，振捣时间控制在15s左右，并用手电筒仔细观察砼振捣时表面气泡出现的情况，适当调整振捣时间，至排除气泡为止；
③ 在刷脱模剂时脱模剂要刷均匀。
原因分析：砼分层下料不均匀，振捣不密实，振捣时间不够，气泡未排出，停在模板表面形成。
整改措施：
① 每侧下料点分4处下料，分层厚度控制在40cm以内；
② 在振捣分间距振捣，每隔30cm振捣一次，棒头插入下层砼10cm，振捣时间控制在15s左右，并用手电筒仔细观察砼振捣时表面气泡出现的情况，适当调整振捣时间，至排除气泡为止；
③ 在刷脱模剂时脱模剂要刷均匀。
（4）在预制初期，因粘聚力较大，沉箱起吊时不同程度上破坏了底模。
原因分析：
①底模上涂刷的脱涂剂主要成分是矿蜡、滑石粉和柴油。这种脱模剂涂刷方便，不污染钢筋和砼，在内外模板上效果较好，但在底模上，涂刷后先要绑扎钢筋和立模，间隔时间长，涂刷不均或较薄，则效果较差；
②外模与底模间的缝隙是用海绵堵塞止浆。当贴不紧时砼流入间隔，沉箱与底模侧壁粘结在一起。
整改措施：
①采用黄机油作底模脱模剂，然后铺一层砂，在砂上铺编织布作隔离。沉箱起吊后，应立即撕掉编织布，以保证沉箱底面与块石基床的摩擦系数；
②底模是在原有盐业码头砼面层上，凿毛后用红砖砌成方框，水泥砂浆抹平，然后浇10cm厚砼压光抹平形成的。底模四周增加预埋槽钢和螺栓加固。
原因分析：
①底模上涂刷的脱涂剂主要成分是矿蜡、滑石粉和柴油。这种脱模剂涂刷方便，不污染钢筋和砼，在内外模板上效果较好，但在底模上，涂刷后先要绑扎钢筋和立模，间隔时间长，涂刷不均或较薄，则效果较差；
②外模与底模间的缝隙是用海绵堵塞止浆。当贴不紧时砼流入间隔，沉箱与底模侧壁粘结在一起。
整改措施：
①采用黄机油作底模脱模剂，然后铺一层砂，在砂上铺编织布作隔离。沉箱起吊后，应立即撕掉编织布，以保证沉箱底面与块石基床的摩擦系数；
②底模是在原有盐业码头砼面层上，凿毛后用红砖砌成方框，水泥砂浆抹平，然后浇10cm厚砼压光抹平形成的。底模四周增加预埋槽钢和螺栓加固。
（5）受施工场地限制，沉箱一半在水下储存，一半直接吊运安装。正常情况下2～3d预制一层，养护14d后就要起吊。
措施：为了满足起吊时对强度的要求，采用具有减水性质的泵送剂，以提高砼的早期强度，在预制初期，选用强度较稳定的砼配合比，试验了不同龄期的砼试块抗压强度（与沉箱同条件养护），以确保起吊日期的强度。从积累3d砼龄期的砼试块抗压强度来看，基本上达到设计强度的70%。砼的28d抗压强度远远高于设计强度C30Mpa。
措施：为了满足起吊时对强度的要求，采用具有减水性质的泵送剂，以提高砼的早期强度，在预制初期，选用强度较稳定的砼配合比，试验了不同龄期的砼试块抗压强度（与沉箱同条件养护），以确保起吊日期的强度。从积累3d砼龄期的砼试块抗压强度来看，基本上达到设计强度的70%。砼的28d抗压强度远远高于设计强度C30Mpa。
(6)砼倾落高度超过了规范要求的2m
措施；
① 为防止砼离析，考虑沉箱壁厚较薄，拉盘与对拉螺杆多，设溜槽、串筒困难，选用软管下到模板内进行浇筑。
② 通过掺加适量的粉煤灰来改善砼的和易性，浇筑砼分层厚度控制在40cm内（允许厚度50cm），用插入式振动棒振捣，插入下层5cm以上，保证上下层砼结合成整体。
措施；
① 为防止砼离析，考虑沉箱壁厚较薄，拉盘与对拉螺杆多，设溜槽、串筒困难，选用软管下到模板内进行浇筑。
② 通过掺加适量的粉煤灰来改善砼的和易性，浇筑砼分层厚度控制在40cm内（允许厚度50cm），用插入式振动棒振捣，插入下层5cm以上，保证上下层砼结合成整体。
4 质量控制
在预制52个沉箱过程中，监理自始至终研究施工方案，严格把好原材料、工序质量关，做典型施工。在施工初期中出现问题认真对待，分析原因，及时要求整改。监理除在浇砼前，对模板、钢筋、支架的稳定性、牢固性、预埋件位置准确性进行检查外，着重抓好以下几个要点的检查和控制：
（1）对模板设计进行认真审查，除对平整度、缝隙处理、上下层错牙等审查外，特别注重对模板的刚度和整体稳定性进行复查，并提出审查意见，监督实施，以保证沉箱的外形尺寸控制在允许范围内，为确安装缝宽不超出允许值提供必要的条件。
（2）沉箱分3层预制，钢筋分3次绑扎，这涉及到接头的处理。规范规定受拉区钢筋接头可以采用绑扎形式，也可以采用焊接形式。为了使质量更优良，对于纵横隔墙和左右侧壁，按规范要求钢筋进行绑扎，而对于前后壁有吊孔的两侧，钢筋接头全部采用焊接形式。
（3）保证施工缝质量：
①施工缝顶面凿毛处理和增插短筋，接缝处采用高一强度等级的砼与下层砼面结合，提高其抗拉强度；
②顶层砼减少粉煤灰，降低水灰比，减少坍落度，采用二次振捣，克服砼表面松顶现象；
③施工缝处上下层模板之间用泡沫板止浆。
①施工缝顶面凿毛处理和增插短筋，接缝处采用高一强度等级的砼与下层砼面结合，提高其抗拉强度；
②顶层砼减少粉煤灰，降低水灰比，减少坍落度，采用二次振捣，克服砼表面松顶现象；
③施工缝处上下层模板之间用泡沫板止浆。
（4）因沉箱壁薄、钢筋密度大，因此应按规范控制石子粒径和水灰比。在砼中添加泵送剂，改善砼的流动性，外加剂依配合比规定由专人用固定容器配加，搅拌时间不少于1min。严格砼倾落高度，分层厚度，振捣间距，振捣时间，保证上下层砼结合成整体，定区定人振捣，谨防漏振，加强旁站监理。
5 体会与整体浇筑相比，分层浇筑的优点如下：
（1）砼振捣质量有保证。采用8m长振捣棒，棒头可以直接从模板顶端伸入到砼底部。同时，人也可以直接看到砼振捣的程度，不会造成漏振质量事故。
（2）钢筋绑扎位置精确度高，纵向钢筋不会变形。采用绑扎或焊接接头尺管会浪费一定数量的钢筋，但根据规范施工，不会影响结构质量。
（3）可以进行流水作业，一次性投入模板等周转材料少，工程进度可以提高。
（4）工人劳动强度适中，可以避免由于人的体力劳动强度过大而造成的人为安全、质量事故。
施工实践说明，本工程沉箱分层预制进度快，质量好，优良率达98%，获二航局优质砼奖，并树为我省同类预制构件的样板，受到省、市级各有关部门一致赞扬。
