李一勇，張小波，張全林，孫俊豐，王春冉*

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

隨著國家提出2030 年碳達(dá)峰，2060 年碳中和的目標(biāo)，建筑領(lǐng)域是我國節(jié)能減排的三大重要領(lǐng)域中關(guān)鍵一環(huán)，減碳是建筑領(lǐng)域碳排放達(dá)峰的關(guān)鍵。裝配式建筑則具有節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材的顯著特點(diǎn)，同時(shí)縮短建造工期，提升工程質(zhì)量，加快推進(jìn)以“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、信息化管理和智能化應(yīng)用”為特征的建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，有利于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低資源能源消耗等，有利于促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展。

目前裝配式建筑在房屋建筑項(xiàng)目施工中已經(jīng)大范圍應(yīng)用，水運(yùn)工程特別是在高大沉箱預(yù)制中采用裝配式尚無系統(tǒng)的技術(shù)研究。本文對裝配式沉箱的設(shè)計(jì)、施工進(jìn)行試驗(yàn)探究，從裝配式沉箱分塊預(yù)制、鋼筋連接工藝、構(gòu)件吊裝工藝、墻板接縫處理方式以及裝配式沉箱的結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能等6 個(gè)方面，展望該技術(shù)在水運(yùn)工程領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

1 試驗(yàn)概況

模型試驗(yàn)結(jié)合中交一航局北部灣預(yù)制場橫縱移軌道間距（橫移軌距10 m，縱移軌距8 m），設(shè)計(jì)裝配式沉箱的整體尺寸為11.15 m×9.15 m×3.5 m，倉格數(shù)量4 個(gè)，底板厚度300 mm，外墻厚度300 mm，隔墻厚度250 mm。經(jīng)浮游穩(wěn)定計(jì)算，以空箱吃水等于穩(wěn)定吃水為條件，確定沉箱高度為3.5 m?；炷翉?qiáng)度等級為C40，底板、外墻及隔墻主筋保護(hù)層均為40 mm。裝配式沉箱結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 裝配式沉箱結(jié)構(gòu)圖（mm）Fig.1 Structural diagram of prefabricated caisson（mm）

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

通過本次模型試驗(yàn)，主要掌握以下4 個(gè)方面的關(guān)鍵數(shù)據(jù)：

1） 設(shè)計(jì)沉箱構(gòu)件分塊預(yù)制尺寸、預(yù)留濕接縫的尺寸規(guī)格。

2） 構(gòu)件接縫位置鋼筋連接形式。

3） 構(gòu)件安裝過程中精準(zhǔn)定位。

4） 接縫止水和防滲性能。

3 尺寸設(shè)計(jì)試驗(yàn)

模型試驗(yàn)按照近節(jié)點(diǎn)位置負(fù)彎矩最小以及便于施工的原則進(jìn)行分塊設(shè)計(jì)[1]，經(jīng)方案論證，確定沉箱分2 層施工，底段高1.1 m，整體現(xiàn)澆施工；二段高2.4 m，外墻及隔墻采用預(yù)制墻板整體拼裝，接縫后澆的方式施工。沉箱預(yù)制構(gòu)件共8 塊，外墻板4 塊，隔墻板4 塊，安裝縫采用后澆形式。預(yù)制板編號及規(guī)格見表1。

表1 裝配式沉箱預(yù)制板編號及規(guī)格Table 1 Number and specification of prefabricated caisson slabs

構(gòu)件接縫設(shè)水平接縫1 處，豎向接縫9 處。沉箱預(yù)制塊、豎向接縫編號及位置如圖2 所示。接縫長度均按照鋼筋連接長度相關(guān)規(guī)范要求設(shè)計(jì)：

圖2 裝配式沉箱預(yù)制塊分塊形式圖（mm）Fig.2 Division form diagram of prefabricated caisson blocks

其中①②③接縫采用鋼筋單面焊接連接，①接縫寬度1 940 mm，②③接縫寬度820 mm。

④⑤接縫采用鋼筋搭接綁扎連接，接縫寬度1 060 mm。

⑥⑦接縫采用鋼筋全灌漿套筒連接，接縫寬度640 mm。

⑧⑨接縫采用鋼筋冷擠壓套筒連接，接縫寬度350 mm。

4 鋼筋連接試驗(yàn)

鋼筋連接采用單面焊接、綁扎搭接、全灌漿套筒連接、冷擠壓套筒連接4 種方式進(jìn)行比對試驗(yàn)。

4.1 鋼筋單面焊接

圖2 中①、②、③接縫使用單面焊接連接工藝，在鋼筋綁扎階段需要錯(cuò)位布置。根據(jù)JGJ 18—2012《鋼筋焊接及驗(yàn)收規(guī)程》[2]規(guī)定，現(xiàn)場隨機(jī)截取3 組鋼筋焊接接頭進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 鋼筋單面搭接焊焊接接頭檢測結(jié)果Table 2 Inspection results of single-side lap welding joint of reinforcement

試驗(yàn)表明，經(jīng)單面焊接的鋼筋接頭質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但是如果接頭較多時(shí)，焊接作業(yè)耗時(shí)較長。

4.2 鋼筋綁扎搭接

④、⑤接縫預(yù)留鋼筋為HRB400E?16 mm，使用綁扎搭接連接。搭接長度為960 mm，經(jīng)過現(xiàn)場測量，鋼筋綁扎符合GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中技術(shù)要求[3]，鋼筋搭接見圖3。

圖3 鋼筋搭接形式圖（mm）Fig.3 Diagram of reinforcement lap form（mm）

試驗(yàn)表明，經(jīng)綁扎搭接的鋼筋接頭質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場綁扎方便快捷。

4.3 鋼筋全灌漿套筒連接

預(yù)制構(gòu)件的水平接縫和⑥、⑦接縫采用全灌漿套筒進(jìn)行鋼筋連接[4]，鋼筋直徑分16 mm、20 mm兩種，套筒接頭按I 級接頭設(shè)計(jì)[5]，接縫結(jié)構(gòu)如圖4 和圖5 所示。

圖4 全灌漿套筒水平接縫結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure diagram of horizontal joint of fully grouted sleeve

圖5 全灌漿套筒豎向接縫結(jié)構(gòu)圖（mm）Fig.5 Structure diagram of vertical joint of fully grouted sleeve（mm）

現(xiàn)場隨機(jī)截取3 組鋼筋全灌漿套筒接頭進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表3 所示。

表3 鋼筋全灌漿套筒連接接頭檢測結(jié)果Table 3 Inspection results of reinforcement fully grouted sleeve connection joint

試驗(yàn)表明，經(jīng)灌漿套筒工藝連接的鋼筋接頭質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)場灌漿施工方便快捷。

4.4 鋼筋冷擠壓套筒連接

⑧、⑨接縫鋼筋為HRB400E?20 mm，設(shè)計(jì)使用冷擠壓套筒按照I 級接頭進(jìn)行接頭連接[6]，現(xiàn)場隨機(jī)截取2 組鋼筋擠壓接頭進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表4。

表4 鋼筋冷擠壓套筒連接接頭檢測結(jié)果Table 4 Inspection results of reinforcement cold extrusion sleeve connection joint

試驗(yàn)表明，經(jīng)現(xiàn)場冷擠壓套筒工藝連接的鋼筋接頭質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是在現(xiàn)場連接過程中發(fā)現(xiàn)，存在鋼筋冷擠壓空間不足無法進(jìn)行擠壓的情況，且對鋼筋精度要求較高，工人在高處手持式冷擠壓設(shè)備作業(yè)時(shí)需要2 人相互配合，操作不便，壓痕不均勻，容易造成套筒損壞，當(dāng)接頭較多時(shí)，工效極低。

5 構(gòu)件精準(zhǔn)定位試驗(yàn)

5.1 鋼筋定位

本次試驗(yàn)?zāi)Ｐ弯摻疃ㄎ徊捎脛判怨羌芸刂?，勁性骨架采用專用模具加工，?jīng)驗(yàn)收，骨架限位尺寸偏差1 mm，符合套筒連接精度要求。沉箱底板鋼筋定位綁扎效果見圖6。

圖6 沉箱底板鋼筋定位綁扎效果圖Fig.6 Effect of positioning and binding reinforcement for caisson bottom plate

5.2 全灌漿套筒定位

全灌漿套筒采用雙定位鋼板進(jìn)行定位，鋼筋和套筒連接處使用橡膠塞封堵，套筒和模板接觸位置采用橡膠塞止?jié){，注漿孔采用PVC 管接長至混凝土表面以上100 mm 處。經(jīng)驗(yàn)收，套筒定位偏差1 mm，滿足安裝精度要求。套筒定位見圖7。

圖7 套筒定位Fig.7 Sleeve positioning

5.3 沉箱模型拼裝

預(yù)制墻段構(gòu)件采用吊車進(jìn)行組裝，吊裝就位前安裝限位架（見圖8），實(shí)現(xiàn)預(yù)制板精準(zhǔn)入槽，預(yù)制板兩側(cè)帶有甩筋的墻板位置臨時(shí)焊接擋板限位。

圖8 構(gòu)件安裝限位架Fig.8 Component installation limit frame

構(gòu)件安裝能夠順利完成，但是鋼筋綁扎和全灌漿套筒安裝過程中雖采取了定位措施，在混凝土澆筑完成后鋼筋和全灌漿套筒位置還存在較大誤差。安裝過程中，經(jīng)過多次調(diào)整耗費(fèi)大量時(shí)間。由于個(gè)別鋼筋位置不準(zhǔn)，安裝形成錯(cuò)位，墻體之間出現(xiàn)了較大的錯(cuò)臺。

6 接縫止水和防滲性能試驗(yàn)

6.1 水平接縫試驗(yàn)

預(yù)制墻板安裝完成后，水平接縫采用座漿砂漿封堵，與全灌漿套筒同步進(jìn)行接縫灌漿施工。一次注漿縫長4 m 左右，所有灌漿套筒串聯(lián)設(shè)置，此方案采用注漿工藝除極個(gè)別出漿孔未有漿液流出外，其余接縫水平接縫灌漿飽滿。

6.2 豎向接縫試驗(yàn)

對豎向接縫，采用混凝土后澆施工。通過舊混凝土接茬鑿毛處理，新舊混凝土的粘結(jié)效果良好。

6.3 止水試驗(yàn)

濕接縫施工完成后，在所有接縫位置處涂刷30 cm 寬，1 mm 厚水泥基滲透結(jié)晶防水涂料。14 d 后進(jìn)行了壓水試驗(yàn)，見圖9。

圖9 沉箱模型壓水試驗(yàn)Fig.9 Water pressure test of caisson model

試驗(yàn)表明：沉箱模型出現(xiàn)了多處滲漏點(diǎn)，滲漏點(diǎn)集中在預(yù)埋螺栓孔位置和水平接縫位置，說明目前采用的接縫施工工藝還存在漏水問題，后續(xù)需要對封堵材料和工藝進(jìn)行深入研究確定。

7 結(jié)語

通過此次模型試驗(yàn)，對裝配式沉箱關(guān)鍵技術(shù)工藝進(jìn)行了試驗(yàn)探究，裝配式方案總體可行。水平接縫套筒連接工藝操作簡單，施工速度快捷；對比濕接縫各種鋼筋連接形式，采用灌漿套筒連接或搭接綁扎連接形式易于操作。

通過此次創(chuàng)新應(yīng)用裝配式理念，改變傳統(tǒng)水工領(lǐng)域沉箱生產(chǎn)工藝，在預(yù)制裝配式沉箱的設(shè)計(jì)、制作與施工中為貫徹標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工方面積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為鞏固公司傳統(tǒng)主業(yè)的市場地位，進(jìn)一步提升公司水運(yùn)工程的行業(yè)領(lǐng)先地位，為公司可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

隨著裝配式施工技術(shù)的不斷探索與應(yīng)用，特別是我國在綠色節(jié)能理念和“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的大背景下，裝配式技術(shù)能夠充分體現(xiàn)綠色低碳環(huán)保的理念，是建筑綠色發(fā)展推行的必然趨勢。雖然目前試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€有許多的問題亟待解決，但從長遠(yuǎn)角度來看，其環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)使其有著廣泛的應(yīng)用前景。通過不斷探索，不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)施工工藝，加快裝配式沉箱的發(fā)展，為水運(yùn)工程綠色發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

由于本次僅為驗(yàn)證性試驗(yàn)，若在工程建設(shè)中應(yīng)用還需繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)建議如下：

1） 優(yōu)化構(gòu)件分塊形式，可考慮按倉格進(jìn)行分倉，降低濕接縫數(shù)量，提升裝配速度。

2） 本次試驗(yàn)主要目的在于驗(yàn)證沉箱裝配式構(gòu)件連接工藝，分析工效，操作平臺布設(shè)、構(gòu)件耐久性研究將進(jìn)行后續(xù)研究開發(fā)。

3） 本次試驗(yàn)?zāi)０宄A(yù)制件底胎模板外，其余模板均采用木模板進(jìn)行施工，考慮工廠化生產(chǎn)，模板需按裝配式生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4） 預(yù)制板姿態(tài)轉(zhuǎn)換體系僅適用于本方案設(shè)計(jì)，若使用工廠化生產(chǎn)，可研究采用活頁式可翻轉(zhuǎn)側(cè)模實(shí)現(xiàn)。