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大型沉箱工业化预制关键技术.pdf
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1、中国港湾建设China Harbour Engineering摘要:对大型沉箱分段预制过程中的钢筋装配安装、沉箱预制智能养护、电驱顶运一体台车移运大型沉箱3方面的技术进行了阐述,形成大型沉箱预制标准化成套新技术,推动沉箱重力式码头数字化技术不断发展,对今后类似工程具有借鉴意义。关键词:沉箱钢筋分段预制;装配安装;智能养护;电驱顶运一体台车;台车移运中图分类号:U655.4;U655.34;U656.111文献标志码:A文章编号:2095-7874(2023)09-0001-06doi:10.7640/zggwjs202309001大型沉箱工业化预制关键技术潘伟1,谢连仲2*,张全林2,张乃受1
2、,王书庆2(1.中交第一航务工程局有限公司,天津300461;2.中交一航局第五工程有限公司,河北秦皇岛066002)Research on key technologies for industrial prefabricationof large caissonsPAN Wei1,XIE Lian-zhong2*,ZHANG Quan-lin2,ZHANG Nai-shou1,WANG Shu-qing2(1.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China;2.No.5 Engineering Co.,Ltd.of C
3、CCC First HarborEngineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066002,China)Abstract:In this paper,three aspects of technology in the process of segmental prefabrication of large caisson were describes,such as reinforcement assembly and installation,intelligent maintenance of caisson prefabrication,and larg
4、e caisson transportby electric drive roof carriage integrated trolley.A complete set of standardized new technology for large caisson prefabricationhas been formed,which promotes the continuous development of digital technology of caisson gravity wharf,and has referencesignificance for similar proje
5、cts in the future.Key words:segmental precast of caisson reinforcement;assembly and installation;intelligent maintenance;electric driveroof carriage integrated trolley;trolley transport第43卷第9期2023年9月Vol.43No.9Sep.2023收稿日期:2023-06-23修回日期:2023-07-04作者简介:潘伟(1967),男,辽宁大连人,硕士,正高级工程师,总工程师,港航工程专业。*通讯作者:谢连仲
6、,E-mail:0引言沉箱重力式结构是我国港口工程建设中采用最早、应用最广泛的码头结构形式之一1,随着深水港口码头及跨海通道的建设发展,沉箱重力式结构迎来了空前良好的发展机遇,沉箱结构向大型、超大型发展,建筑市场向标准化、数字化转型,面对当前安全管理形势严峻、建筑劳务市场萎缩、用工成本增大的行业现状,传统沉箱预制工艺已与当前发展趋势不匹配。传统预制工艺采用钢筋分片组装、人工洒水养护、步履式台车或气囊出运工艺,存在人工需求数量大、起重设备工序交叉作业时间长、高空穿筋危险性大、人工养护质量保证率低、沉箱移运安全风险高等问题。为适应港口水工建筑物“大型化、深水化、外海化”的发展趋势2,沉箱预制工艺由
7、传统的人工机械时代向“机械化、自动化”升级转型势在必行。1依托工程钦州港大榄坪港区大榄坪南作业区9号、10号泊位工程是广西北部湾智慧港口建设的标志性工程,项目建成后,将是全球第一个采用垂直岸线布置的堆场双侧作业“U”形工艺方案,全国第中国港湾建设2023年第9期一个海铁联运自动化集装箱码头。工程共预制沉箱33座,分4种型号,单座最重3 610 t。依托本项目针对传统工艺存在的问题进行技术攻关。沉箱施工参数见表1。2数字化预制场设计详细研判项目建设工期、自然条件、工序特点,经充分计算、讨论、验证,确定沉箱预制钢筋装设采用装配安装工艺、养护采用智能养护系统、移运采用电驱顶运一体台车工艺。结合一航局
8、市场开发战略布局,设计建设一座辐射北部湾、乃至大湾区的标准化、数字化预制场。2.1预制场平面布局预制场规划采用“三区分离”布置,设置预制区、生产辅助区、码头护岸区及办公生活区4个功能区。预制场效果图见图1。2.2预制区设计思路1)预制台座按2条流水线布置,共布置6个台座;考虑各种尺寸形式的沉箱构件,均布横移轨道,拓展预制能力,可预制万吨级构件。2)预制、纵移分区布置,互不影响,提升构件出运调配转换能力。3)设置独立的钢筋绑扎台座,进行钢筋整体预绑扎成型,消除设备交叉影响,确保工序流转顺畅。4)预制平台、横纵移轨道梁、门机轨道等基础及结构模块化设计,受力明确,结构优省。2.3生产辅助区设计思路1
9、)钢筋加工车间、钢结构加工车间集中布置,设计封闭厂房,消除天气影响。2)配置钢筋数控加工联动生产线,提升钢筋加工质量,降低施工成本。3)建设标准化拌和站1座,采用2伊HZS120型双机布置,配设中国交建混凝土监控系统,规范混凝土搅拌过程,提升混凝土拌和质量。混凝土年生产能力可达30万m3。2.4码头护岸区设计思路1)根据地勘情况,采用高桩码头形式3,PHC桩+锁口钢管桩基础,整体式板块结构,增加了出运板块整体性,提高了码头护岸承载力及临空面抗剪能力。2)组合式半潜驳基础,可适应不同吃水深度半潜驳,提升了出运能力。2.5办公生活区设计思路采用集装箱装配式活动房,节能环保,周转率高;花园式布局,建
10、设绿色办公环境。3沉箱钢筋分段预制装配安装技术研究沉箱钢筋分段预制整体装配安装首先要解决的问题是:如何确保每根竖向钢筋准确搭接;如何消除吊装过程钢筋变形;如何实现钢筋整体精准就位。3.1钢筋整体尺寸控制根据沉箱钢筋尺寸、分段高度及钢筋间距,设计加工整体绑扎架,按照使用功能,分内架、外架、调平层及吊装架4部分。内外架主要作为钢筋整体绑扎施工操作平台;调平层主要用来调整钢筋底口处于同一水平面上,间距竖筋底口限位及尺寸控制;吊装架作为竖向钢筋顶口排距及间距限位依托,控制顶口尺寸。3.1.1内外架设计根据沉箱分段高度,确定内外架平台层数,本工程按2层设计,内架采用传统钢筋绑扎内芯图1预制场效果图Fig
11、.1Effect picture of the precast yard参数沉箱型号尺寸14.9 m伊15.8m伊18.1 m23.92 m伊15.8 m伊21 m23.92 m伊15.8 m伊21 m23.92 m伊15.8 m伊21 m沉箱分段/m 3+3伊4.5+1.53+4伊4.53+4伊4.53+4伊4.5仓格数量/个9151515内芯仓格尺寸4.26 m伊4.5 m4.26 m伊4.5 m4.26 m伊4.5 m4.26 m伊4.5 m钢筋保护层外墙外侧50 mm,外墙内侧、隔墙、底板40 mm混凝土方量/m37941 3851 3851 385钢筋重量/t128.3215.221
12、5.2214.3总重量/t1 9853 4603 4603 438备注与8号泊位衔接沉箱有2个护舷预留缺口有1个护舷预留缺口有排水箱涵预留缺口数量/座116142A1型A2型A3型A4型表1沉箱结构参数表Table 1Construction parameters of caissons2窑窑2023年第9期结构,外架设计为“门”字形,采用3 mm厚钢板及槽钢加工。内外架尺寸按照沉箱结构形式,分别与仓格轮廓、外墙间预留200 mm宽施工空间后确定。钢筋分段预制台座内外架效果图见图2。3.1.2调平层设计调平层由2根槽钢与3 mm厚钢板加工组成,根据绑扎架位置地面测量高差,现场铺设焊接。按照钢筋
13、排距、竖筋间距在调平层顶面固定限位孔,考虑上下层钢筋搭接错位,限位孔设计为“8”字形双孔形式。考虑钢筋吊装起升便利,水平筋间距限位设计为“旋转式限位立柱”,固定于调平层上。3.1.3钢筋装配安装架设计吊装架采用矩形截面,按照沉箱平面形式设计为整体框架结构,其主梁宽度为墙体钢筋网片内侧净距,于主梁底口设置“3”字形竖筋间距限位,钢筋绑扎紧贴吊装架主梁进行,对钢筋整体尺寸、墙体网片间距及竖向钢筋间距进行了刚性约束,确保了竖向钢筋间距及整体钢筋尺寸的精准度。吊装架平面图如图3所示。装配安装架底部设置16根支腿,其中4根定位支腿采用150 mm伊150 mm伊10 mm(壁厚)方管加工,其余采用100
14、 mm伊100 mm伊6 mm(壁厚)方管加工。架顶部设置16个吊点,由20 mm厚钢板加工。按沉箱的分段情况,单段钢筋荷载为38 t;设计吊装架的重量为19 t,模拟施工工况,采用MIDAS/Civil软件进行吊装架强度、挠度及稳定性验算4,其主梁建立梁单元模型,钢丝绳建立索单元模型,经计算,确定主梁分别采用啄=12 mm和啄=14 mm厚Q235钢板加工焊接,梁高度为350mm;吊装配置8根抗拉应力为1 770 MPa,规格为6伊37S,直径为准38 mm的钢丝绳进行作业。钢筋装配安装架MIDAS模型及受力模型见图4。3.2钢筋吊装变形控制消除吊装过程钢筋笼变形,其本质就是使起吊力全部为竖
15、向力,将集中力转化为均布荷载。按钢筋结构尺寸设计加工吊装架,充分发挥矩形断面钢构性能,将门式起重机至吊装架间斜向钢丝绳拉力转化为竖向力;设计夹具式锁紧装置,利用螺栓锁紧力,改变传统钢丝绳连接方式,将竖向钢筋夹紧在吊装架主梁上,使得全部竖向钢筋参与吊装受力,将起吊集中力转化为均布荷载。钢筋装配安装架施工效果图见图5。3.3钢筋就位安装控制采用三级定位控制工艺,提前在已浇筑沉箱四角安装仓格内芯模板,作为吊装就位一级粗定图2钢筋分段预制台座内外架效果图Fig.2Effect picture of the interior and exterior frame ofthe rebar segment
16、prefabricated pedestal图3钢筋装配安装架平面示意图Fig.3Plane diagram of the rebar assembly andinstallation frame横向主梁纵向主梁外墙主梁图5钢筋装配安装架施工效果图Fig.5Effect picture of rebar assembly and installationframe construction图4钢筋装配安装架MIDAS模型及受力模型Fig.4MIDAS model and force model of rebar assemblyand installation frame潘伟,等:大型沉箱工业
17、化预制关键技术3中国港湾建设2023年第9期位措施;在已浇筑沉箱外墙上测放定位立柱中心,利用吊装架上4根定位立柱,进行二级细定位;将已浇沉箱顶口接茬钢筋内合为隼状,利用纵横墙24个交叉点,充分发挥榫卯被动精定位原理,使得全部下层隼装钢筋全部进入吊装段钢筋内,实现三级被动约束精准定位。钢筋装配安装定位示意图见图6。3.4钢筋装配安装施工工艺钢筋采用数控钢筋加工联动生产线结合“一航BIM翻样软件”进行半成品制作,整体绑扎架上预绑扎程序,MG50 t+50 t-45 m门式起重机吊装就位工艺。工艺流程图见图7。3.5实施效果依托钦州港大榄坪南9号、10号泊位工程程序预制,大型沉箱钢筋分段预制装配安装
18、技术累计应用151次,经验证,钢筋间距偏差最大5 mm,装配安装后钢筋保护层厚度合格率均能达到91%以上,满足规范要求5。钢筋作业时间由原来17 h缩短至2.5 h,安装过程中无钢筋变形,不存在吊人高空穿筋作业现象。4沉箱智能养护技术研究沉箱因其构件尺寸大,高度高,实现全方位养护难度较大,尤其是仓格及顶段养护一直以来都是沉箱养护的薄弱环节。研发沉箱智能养护技术,其一要解决养护设施的载体,其二要完善智能养护控制系统。4.1养护设施载体设计结合沉箱工序流转快、施工作业面受限的施工特点,将沉箱养护载体分为外墙养护载体和顶段及仓格养护载体。4.1.1外墙养护载体沉箱外墙养护利用外墙操作平台,按1.5
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