透空式防波堤底板混凝土施工及模板计算

摘要：本文结合某项目透空式防波堤工程底墩台板低标高、受水位影响大，结构质量要求高等特点，进行模板设计，提出施工的可行方案，可供类似工程项目借鉴。

关键词：透空式　低标高　模板设计

1　工程概况

海安新港防波堤工程是海安新港一期工程的主要单位工程之一，根据设计要求采用高桩墩台透空式防波堤结构。该结构形式是首次在华南地区应用于工程实例，在国内工程中也比较少见，其工程施工经验对类似工程具有良好的借鉴作用。

防波堤总长350m，宽8m。标准段每段长28m，总长308m，堤头段长15m，堤根段长27m。结构采用高桩承台双挡浪板型式。基桩均为600×600mm预应力钢筋混凝土方桩，斜度为4：1，每个排架设两对叉桩。标准段排架间距5m；堤头段、堤根段排架间距4m，整个防波堤上部结构分两部分，下部为两层钢筋混凝土墩台，上部为消浪结构和面层。下墩台宽6000mm，厚500mm，底标高+1.5m。上墩台宽8000mm，厚700mm，顶标高+2.7m。

海安的潮汐为不规则日潮混合潮，在半个太阴中每天出现一个高潮和一个低潮的现象少于7天，其余天数为不规则半天周朝，潮差不等。平均潮差达到1.8m。涨、退潮水流急，高潮位维持的时间比较长。现场设计高水位+2.45m，设计低水位+0.65m。

2　工程特点

(1)离岸远，对工程施工，特别是材料运输造成很大影响。防波堤距离陆地岸线达450m，所有材料只能通过东侧堤的施工通道运输到现场，给施工材料的供应造成很大压力。

(2)水域浅、施工船机多，难以采取水上搅拌船等设备。在施工区域同时还进行水下挖泥、方桩施打、方块安装等项目的施工，施工船机多，港外水域水位比较浅，难以采取水上搅拌船等设备。

(3)墩台标高低，施工受潮水制约。由于墩台设计底标高在潮水变动区，同时海安为不规则日潮混合潮，潮水很不规则，每天低于+1.5m的潮水时间不超过6个小时，且多数在夜间，给施工时间带来了很大的制约。

(4)工作面小、工作量大、施工强度高。墩台宽度为6m，工作面狭小，同时上部还有外露钢筋，无法快速形成有效工作面。下墩台每个标准段的模板安装为202m2，钢筋绑扎量为22t，混凝土浇注为84m3。如何尽量减少潮水影响，成为最大的考验。

综合以上几点，墩台的模板设计是整个项目成败的关键。模板设计的重点为底模板的结构形式。模板必须结合结构特点、现场施工水位进行设计。模板的强度、刚度在满足设计强度和刚度要求的同时，模板设计要求做到结构简单通用、容易选材、装拆方便等，即达到安全、简单、经济、易于施工的目的。

3　墩台施工总体思路

根据结构的特点和现场施工条件，墩台施工主要分成三大部分：现浇下墩台、挡浪板安装及现浇上墩台、现浇防浪胸墙及面层等。其中底墩台施工是整个上部结构施工成败的关键。

(1)现浇下墩台：根据现场施工条件的分析，下墩台施工采用单段墩台整体安装模板、一次性绑扎钢筋、分层浇注混凝土、分步拆除模板的施工方案。

综合下墩台钢筋混凝土及模板本身重量、施工荷载、波浪影响等因素的影响，初步的施工思路为：采用“吊筋”作为模板承重结构，底模板骨架、钢筋、混凝土一次性安装，底模板交叉两次安装的工艺施工，尽量减少水下作业和波浪破坏影响。模板骨架应能从防波堤断面方向拆除，底模板应小片安装，大片拆除，尽量少用机械。侧模板整片安装及拆除，加快周转。

(2)挡浪板安装及现浇上墩台：挡浪板采用预制混凝土构件，安装采用1000t驳船从岸上运至安装现场，由200t起重船安装到下墩台上面。安装过程将预留钢筋对接起来，由挡浪板将上墩台围成封闭空间，帮扎钢筋后，现浇上墩台混凝土。

(3)现浇防浪胸墙及面层：上墩台施工完成后，先现浇前后防浪胸墙及中隔墙，然后处理反滤结构，再回填、充实堤芯砂，最后进行面层结构现浇。前后防浪胸墙采用定型钢模板，混凝土一次浇注成型。堤芯砂用小型车辆回填，高压水枪充实。面板一次浇注成型。

4　底板模板设计方案

由于本工程结构类似高桩码头结构，参考高桩墩台模板的设计方案并进行优化设计。

总体施工方案考虑：先安装模板骨架，再间隔安装底模板，再帮扎底墩台钢筋，然后安装剩余底模板及侧模板，最后浇注混凝土。具体情况见图2。

根据结构情况及受力分析，计算出模板结构。模板先采用两根[14#制作下横梁，做为模板的主要受力结构。下横梁直接安装在方桩上，采用对穿螺杆在排架的两个外侧夹紧在桩上，然后焊接在反吊在桩顶上的“吊筋”上。“吊筋”做为受力钢筋，采用φ16圆钢制作。在下横梁上安装“纵梁”。纵梁采用[14#槽钢制作。按照1000mm一根的间距沿纵轴线安装。再安装100mm×100mm木枋做为上横梁，木枋间距取600～800mm，具体根据方桩位置调整。最后铺设20mm夹板做为模板底板，承受现浇混凝土及施工荷载。安装完底模板后安装侧模板。侧模板采用定型钢模板和木模板结合的形式进行安装。具体结构形式见图3－6。

以上模板设计方案为按照结构计算过程中安全情况下的布置情况，计算过程中涉及到荷载计算过程调整结构布置及取值重估过程不进行重复说明。

5　底板模板结构计算

5.1荷载取值(表1)

5.2荷载计算

根据施工实际情况，实际荷载组合为1+2+3+5。根据材料的规格情况，取两个排架之间的荷载进行验算。两个排架间的总荷载为630KN。

5.3底模板验算

底模板采用25mm的夹板来制作。夹板的规格采用1220mm×2440mm。下横梁间距为600mm，按照两跨连续梁进行受力分析计算。受力示意图如下：

模板材料力学指标：

5.4上横梁验算

上横梁采用100mm×100mm×4000mm木枋，按照600mm间距进行安装。由于木枋受力计算比较简单，基本按照底板的计算方式进行核算。具体的计算过程不重复写明。

5.5上纵梁验算

根据受力情况和施工方便考虑，上纵梁(反吊梁)采用[14#槽钢双拼组合梁。考虑叉桩的支撑作用，取双拼槽钢之间的距离为4800cm。荷载分布见下图，具体计算如下：

弯矩计算图示：

6　施工重点控制工序

(1)在破完桩头后将方桩的胶囊孔用水泥沙浆进行封堵。为保证封堵的效果，先用夹板根据胶囊孔的大小加工后安装在胶囊孔下面，再封堵胶囊孔。

(2)“横梁”模板安装：先用对穿螺杆将两根[14#夹紧一个排架的方桩，然后与桩顶的φ18圆钢吊筋焊接在一起，成为受力主体。吊筋焊接时应保证焊缝的牢固和饱满，不能出现“假焊”或“过焊”，影响模板受力。

(3)混凝土浇注前应将钢筋、方桩嵌入部位进行清理。包括钢筋除锈、方桩附着的海生物等采用灰铲、钢丝刷等进行清理，确保混凝土与方桩、钢筋等的黏结力达到设计和规范要求。

(4)完成每一段底板混凝土浇注后，应尽快组织挡浪板和上层墩台施工，或者在钢筋上刷上一层水泥灰，防止钢筋受海浪腐蚀，影响混凝土质量和结构的耐久性。

(5)由于工序多，工作面狭小，人员施工集中，一定要抓紧施工计划安排，严密组织，形成有效流水施工，减少窝工。

(6)施工过程严格按照工程管理程序，落实安全措施。做好施工安全教育和警示工作，避免发生安全事故。

7　结论

(1)根据以上计算结果进行现场施工，从工程施工实际情况检验，混凝土外观质量变形与计算结果基本吻合，说明计算过程基本合理，结果可信，施工方案可行，可供类似工程借鉴。

(2)施工过程的质量控制，特别是模板安装质量控制是重点。在进行混凝土浇注前必须严格对模板的安装质量进行仔细检查，确保模板承重结构安装牢靠，本项目的成功实施与过程中的质量监控有密切关系。

(3)必须重点关注施工水位变化，在涨潮过程应准备好下一工序的所有材料、机具、人员，并有一定的富余量，在潮水退到施工水位下马上组织施工，人员、机械集中投入，确保在一个潮水位内完成尽量多的工作。如不能确保一个潮水位内完成一个结构段的某个分项施工，则不进行施工，否则将容易使已完成一半的工作受到波浪破坏，造成重复工作和返工，影响质量和施工进度。

(4)本单位工程的成功实施，为本项目的其它单位工程施工提供了良好的防风浪遮蔽条件，为现场其它施工船舶的安全施工提供了便利条件。工程施工后港区内风浪、暗涌条件明显改善，为现场施工船舶防避台风影响提供了比较好的临时避风环境。