水运工程大型沉箱施工模板设计实例分析
王谦+袁妮妮
摘 要：众所周知，要想使沉箱预制的质量得到保证，最重要的一个前提就是制作沉箱模板，下面该篇文章主要与具体的实例相结合，进而详细描述了沉箱预制环节设计模板的过程，并对其中存在的问题展开了相应的探究和处理。
关键词：大型沉箱模板；施工技术；探究
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0061-02
在现代社会下，港口建设可谓是发展得越来越迅速，由于深水泊位的相继出现致使沉箱预制发展更加地大型化和重型化，而分层预制是相对来说比较新鲜的一种预制工艺，其具备的特点有模型的重量偏小、施工起来简单方便、工程进展较快等，下面主要针对沉箱模板的设计和参数、模板构造的设计计算以及其中存在的不足之处展开了简要的分析。
1 工程情况和工艺的选择
1.1 工程情况
首先以罗屿9号跟10号泊位为例，这两个地方的工程结构都属于重力式的沉箱结构，其中9号泊位建设的是25万吨级铁矿石接卸码头1座，并以30万吨级船舶的水工结构为准进行设计，而10号泊位则建设的是10万吨级散货码头1座，且以15万吨级船舶的水工结构为准进行设计。在这项项目当中所含有的沉箱一共分为三种型号，分别是甲型、乙型和甲1型，甲1型和甲型的沉箱在构造上基本一致，设计模板时通常围绕甲型和乙型来进行衡量与考虑，沉箱的尺寸大小规格划分依次是：当甲型和甲1型的数量达到28件时，其沉箱规格是18.08*21.4*25.9，隔舱净宽为4.10，净长为4.35，沉箱的重量是4643t；而乙型的数量为18件时，沉箱规格是17.86*16.8*21.1，隔舱净宽为4.1，净长为4.35，沉箱重量是2860t。
1.2 工艺的选择
沉箱预计选择分层方式进行预制，每个型号的沉箱在分层高度上都存在一定的差异，具体情况如下：当甲型和甲1型的高度达25.9时，其分层数为6，底部高度为2.4，标准层高度是4.7，标准层的层数则是5；而乙型的高度达21.1时，其分层数是5，底部高度是2.3，标准层的高度是4.7，标准层的层数是4。从实际施工情况和分层的高度入手进行分析，为方便在施工环节内顺利拆装模板并有效控制模板的拼缝，使沉箱表面上的质量得到一定的保证，通常情况下沉箱模板所采取的都是将大型钢板当做版面，并把钢桁架和钢围令当做模板的骨架，从外模进行拼装，芯模整体上进行吊装。
2 设计模板的结构
2.1 相关规范
（1）《建筑施工模板跟安全技术规范》；
（2）《水运工程混凝土施工规范》。
2.2 参照的手册
（1）《模板工程现场施工的实用手册》；
（2）《建筑工程模板的施工手册》。
2.3 设计模板结构
2.3.1 模板的构造
模板的结构选择型钢作为骨架，通过焊接形成钢桁架立柱，横向方面依然将桁架当做围囹采用大型模板工艺，分节制作外模板，大多数情况下每一件的重量最好控制在10吨，这样做的目的是方便进行模板吊装。
2.3.2 起重设备
选择2台300t-m的塔吊。
2.3.3 模板材料的选择跟参数情况
首先，是模板的材料与布置。面板要选择Q345b的钢板，厚度要在5mm，其余材料都选择Q235b的钢材。横肋材料选择8槽钢，最大的间距设置为480mm。竖向小肋的材料选择-6×55的扁钢，最大间距要设定成600mm。斜撑材料选择L63×40×5，腹杆材料选择8槽钢，其间距掌握在460mm。竖向围囹桁架选择8槽钢，间距设置在1500mm。至于模板的上端要选择M30对穿螺栓，它们之间的距离跟桁架的间距相同。底部的模板则选择底扒顶撑模板，封顶方位的模板下面选择M30螺栓，并用预埋于沉箱里的圆台螺母加以固定。
其次，是砼浇注的参数。砼浇注工艺：将坍落度掌控在160mm到180mm之间，选择软管直接入仓，现场拌和站根据一小时四十五立方米的供砼能力进行计算：Vmax=45/60.16=0.75m（其中60.16m3是1m的混凝土方量），浇筑的速度根据一小时上升0.75m砼来计算，并将振捣棒插入其中进行捣实。
3 设计模板的主要构造及相关计算
由于乙型沉箱的箱格大小跟甲型和甲1型沉箱都是一样的，所以乙型沉箱的模板等甲型跟甲1型沉箱预制结束以后以甲型模板为准稍微进行调整就可以，所以关于乙型沉箱构造就不做详细的计算。另外甲型沉箱其底端模板的高度比标准层要小，而且横肋和桁架之间的距离也比较相似，所以下面所有的计算都以甲型沉箱标准层的模板为准进行。
3.1 验算模板的侧压力
首先，根据《建筑规范》里提到的有关条例进行计算，同时取较小的值进行：
γc是混凝土的重力密度；t0是新浇筑混凝土初凝的时间；β1是外加剂影响修正系数，有缓凝作用的外加剂我们选取1.2，没有的话则选取1.0；β2是混凝土坍落度的影响修正系数，当坍落度小于30时，我们选取0.85，當坍落度在50到90之间时，我们选择1.0，当坍落度保持在110到150之间时，我们选取1.15；V代表的是砼浇注的速度，我们这里选择0.75m/h；H代表的是测压力的影响高度。
其次，根据《水运施工规范》，我们选择插入式振捣器，计算混凝土模板的测压力方式是；其中，Kt代表的是温度校正系数，其具体取值情况如表1所示。
V代表的是砼浇注的速度，这里我们选取0.75m/s；Ks代表的是外加剂波动的修正系数，当坍落度大于80的时候，我们选取2.0，当坍落度小于60的时候，我们选取1.0，由此可知，我们这里应该选取2.0。
振捣混凝土对垂直型模板造成的荷载Pmax2=4KN/m2；
倾倒混凝土造成的水平动力荷载为Pmax3=2KN/M2；
所以，混凝土的侧压力是Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43KN/m2；
最后，新浇混凝土其侧压力的标准值应该选择0.043N/mm2。
3.2 验算
钢抗拉许用强度为215N/mm2；弹性模量E为2.06×105N/mm2。
（1）计算钢面板：选择面板区格内一面筒支、三面嵌固最不利于受力的情況下进行计算。Lx/Ly=355/480=0.74，经过查表可知，Kmxo是-0.075，Kmyo是-0.057，挠度系统KW是0.00219。选1mm的宽版作为计算单元，按照《水运施工规范》内的分项系数，我们可将计算模板侧压力值设计为：
其中，Max是板面最大计算弯矩的设计值，γx是截面的塑性发展系数，Wx是弯矩平面中净截面的抵抗矩，?max是版面的最大正应力。
（2）验算挠度：
其中F代表的是新浇混凝土侧压力的一个标准值，B0代表的是板刚度，；其中E是钢材弹性模量，h是钢板的厚度；V是钢板泊松系数，K1是挠度计算系数，不同的板面其承载力各不相同；而Vmax代表的是最大挠度。
3.3 计算横肋
横肋主要指的是一个连续梁，通常被支撑于竖向主梁上。首先是荷载：Q=F*h在该项公式中，F代表的是模板面侧压力，在计算强度的时候，它的取值会是倾倒混凝土的承载设计值跟侧压力设计值的总和；在计算刚度的时候，它会取新浇注混凝土侧压力的一个标准值，h代表的是横肋跟横肋之间的间距，通常用毫米来表示。那么本文中的Q=0.053*480=25.44N/mm。
总而言之，通过上述方案可成功将沉箱安装完毕，这表明该套模板在选择材料上和设计构造上均为材料周转和预制进程大大节省了成本，而且还使质量得到了一定的保障，由此可见本文提到的施工方式是有效的，可是沉箱的高度是25.9m，隐含着很大的安全问题，只有将推拉盒推拉彻底，才会确保足够安全，对与之相似的工程来说，这是一个值得参考和借鉴的问题。
参考文献：
[1] 陈希.大型沉箱模板的施工技术研究[J].企业技术开发，2015，34（18）：26-28.
[2] 陈舜.浅谈大型沉箱预制技术[J].中国水运（下半月刊），2011，11（01）：235-237+239.
摘 要：众所周知，要想使沉箱预制的质量得到保证，最重要的一个前提就是制作沉箱模板，下面该篇文章主要与具体的实例相结合，进而详细描述了沉箱预制环节设计模板的过程，并对其中存在的问题展开了相应的探究和处理。
关键词：大型沉箱模板；施工技术；探究
中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）3-0061-02
在现代社会下，港口建设可谓是发展得越来越迅速，由于深水泊位的相继出现致使沉箱预制发展更加地大型化和重型化，而分层预制是相对来说比较新鲜的一种预制工艺，其具备的特点有模型的重量偏小、施工起来简单方便、工程进展较快等，下面主要针对沉箱模板的设计和参数、模板构造的设计计算以及其中存在的不足之处展开了简要的分析。
1 工程情况和工艺的选择
1.1 工程情况
首先以罗屿9号跟10号泊位为例，这两个地方的工程结构都属于重力式的沉箱结构，其中9号泊位建设的是25万吨级铁矿石接卸码头1座，并以30万吨级船舶的水工结构为准进行设计，而10号泊位则建设的是10万吨级散货码头1座，且以15万吨级船舶的水工结构为准进行设计。在这项项目当中所含有的沉箱一共分为三种型号，分别是甲型、乙型和甲1型，甲1型和甲型的沉箱在构造上基本一致，设计模板时通常围绕甲型和乙型来进行衡量与考虑，沉箱的尺寸大小规格划分依次是：当甲型和甲1型的数量达到28件时，其沉箱规格是18.08*21.4*25.9，隔舱净宽为4.10，净长为4.35，沉箱的重量是4643t；而乙型的数量为18件时，沉箱规格是17.86*16.8*21.1，隔舱净宽为4.1，净长为4.35，沉箱重量是2860t。
1.2 工艺的选择
沉箱预计选择分层方式进行预制，每个型号的沉箱在分层高度上都存在一定的差异，具体情况如下：当甲型和甲1型的高度达25.9时，其分层数为6，底部高度为2.4，标准层高度是4.7，标准层的层数则是5；而乙型的高度达21.1时，其分层数是5，底部高度是2.3，标准层的高度是4.7，标准层的层数是4。从实际施工情况和分层的高度入手进行分析，为方便在施工环节内顺利拆装模板并有效控制模板的拼缝，使沉箱表面上的质量得到一定的保证，通常情况下沉箱模板所采取的都是将大型钢板当做版面，并把钢桁架和钢围令当做模板的骨架，从外模进行拼装，芯模整体上进行吊装。
2 设计模板的结构
2.1 相关规范
（1）《建筑施工模板跟安全技术规范》；
（2）《水运工程混凝土施工规范》。
2.2 参照的手册
（1）《模板工程现场施工的实用手册》；
（2）《建筑工程模板的施工手册》。
2.3 设计模板结构
2.3.1 模板的构造
模板的结构选择型钢作为骨架，通过焊接形成钢桁架立柱，横向方面依然将桁架当做围囹采用大型模板工艺，分节制作外模板，大多数情况下每一件的重量最好控制在10吨，这样做的目的是方便进行模板吊装。
2.3.2 起重设备
选择2台300t-m的塔吊。
2.3.3 模板材料的选择跟参数情况
首先，是模板的材料与布置。面板要选择Q345b的钢板，厚度要在5mm，其余材料都选择Q235b的钢材。横肋材料选择8槽钢，最大的间距设置为480mm。竖向小肋的材料选择-6×55的扁钢，最大间距要设定成600mm。斜撑材料选择L63×40×5，腹杆材料选择8槽钢，其间距掌握在460mm。竖向围囹桁架选择8槽钢，间距设置在1500mm。至于模板的上端要选择M30对穿螺栓，它们之间的距离跟桁架的间距相同。底部的模板则选择底扒顶撑模板，封顶方位的模板下面选择M30螺栓，并用预埋于沉箱里的圆台螺母加以固定。
其次，是砼浇注的参数。砼浇注工艺：将坍落度掌控在160mm到180mm之间，选择软管直接入仓，现场拌和站根据一小时四十五立方米的供砼能力进行计算：Vmax=45/60.16=0.75m（其中60.16m3是1m的混凝土方量），浇筑的速度根据一小时上升0.75m砼来计算，并将振捣棒插入其中进行捣实。
3 设计模板的主要构造及相关计算
由于乙型沉箱的箱格大小跟甲型和甲1型沉箱都是一样的，所以乙型沉箱的模板等甲型跟甲1型沉箱预制结束以后以甲型模板为准稍微进行调整就可以，所以关于乙型沉箱构造就不做详细的计算。另外甲型沉箱其底端模板的高度比标准层要小，而且横肋和桁架之间的距离也比较相似，所以下面所有的计算都以甲型沉箱标准层的模板为准进行。
3.1 验算模板的侧压力
首先，根据《建筑规范》里提到的有关条例进行计算，同时取较小的值进行：
γc是混凝土的重力密度；t0是新浇筑混凝土初凝的时间；β1是外加剂影响修正系数，有缓凝作用的外加剂我们选取1.2，没有的话则选取1.0；β2是混凝土坍落度的影响修正系数，当坍落度小于30时，我们选取0.85，當坍落度在50到90之间时，我们选择1.0，当坍落度保持在110到150之间时，我们选取1.15；V代表的是砼浇注的速度，我们这里选择0.75m/h；H代表的是测压力的影响高度。
其次，根据《水运施工规范》，我们选择插入式振捣器，计算混凝土模板的测压力方式是；其中，Kt代表的是温度校正系数，其具体取值情况如表1所示。
V代表的是砼浇注的速度，这里我们选取0.75m/s；Ks代表的是外加剂波动的修正系数，当坍落度大于80的时候，我们选取2.0，当坍落度小于60的时候，我们选取1.0，由此可知，我们这里应该选取2.0。
振捣混凝土对垂直型模板造成的荷载Pmax2=4KN/m2；
倾倒混凝土造成的水平动力荷载为Pmax3=2KN/M2；
所以，混凝土的侧压力是Pmax=Pmax1+Pmax2+Pmax3=43KN/m2；
最后，新浇混凝土其侧压力的标准值应该选择0.043N/mm2。
3.2 验算
钢抗拉许用强度为215N/mm2；弹性模量E为2.06×105N/mm2。
（1）计算钢面板：选择面板区格内一面筒支、三面嵌固最不利于受力的情況下进行计算。Lx/Ly=355/480=0.74，经过查表可知，Kmxo是-0.075，Kmyo是-0.057，挠度系统KW是0.00219。选1mm的宽版作为计算单元，按照《水运施工规范》内的分项系数，我们可将计算模板侧压力值设计为：
其中，Max是板面最大计算弯矩的设计值，γx是截面的塑性发展系数，Wx是弯矩平面中净截面的抵抗矩，?max是版面的最大正应力。
（2）验算挠度：
其中F代表的是新浇混凝土侧压力的一个标准值，B0代表的是板刚度，；其中E是钢材弹性模量，h是钢板的厚度；V是钢板泊松系数，K1是挠度计算系数，不同的板面其承载力各不相同；而Vmax代表的是最大挠度。
3.3 计算横肋
横肋主要指的是一个连续梁，通常被支撑于竖向主梁上。首先是荷载：Q=F*h在该项公式中，F代表的是模板面侧压力，在计算强度的时候，它的取值会是倾倒混凝土的承载设计值跟侧压力设计值的总和；在计算刚度的时候，它会取新浇注混凝土侧压力的一个标准值，h代表的是横肋跟横肋之间的间距，通常用毫米来表示。那么本文中的Q=0.053*480=25.44N/mm。
总而言之，通过上述方案可成功将沉箱安装完毕，这表明该套模板在选择材料上和设计构造上均为材料周转和预制进程大大节省了成本，而且还使质量得到了一定的保障，由此可见本文提到的施工方式是有效的，可是沉箱的高度是25.9m，隐含着很大的安全问题，只有将推拉盒推拉彻底，才会确保足够安全，对与之相似的工程来说，这是一个值得参考和借鉴的问题。
参考文献：
[1] 陈希.大型沉箱模板的施工技术研究[J].企业技术开发，2015，34（18）：26-28.
[2] 陈舜.浅谈大型沉箱预制技术[J].中国水运（下半月刊），2011，11（01）：235-237+239.
