海島地區跨海橋梁工程施工難點分析與對策
——以平潭公鐵兩用大橋施工為例

李籌勝 陳云洲 陳汭 陳潔 丁振宙

(南京市河海大學 江蘇南京 210000)

1 工程概況

1.1 項目簡介

福州至平潭鐵路北接合福和向蒲鐵路，再自福州站引出，經鼓山、福州南、長樂、松下至平潭島，線路全長88.433km。劃分為4個標段，中鐵大橋局施工范圍為3標段。

中鐵大橋局施工標段——平潭海峽公鐵兩用大橋,從海門隧道出口下海，依次途經人嶼島，跨越元洪航道和鼓嶼門水道，再通過長嶼島和小練島、跨越大小練島水道抵達大練島，全長11.15km。

1.2 橋式布置

平潭海峽公鐵兩用大橋，跨越元洪航道、鼓嶼門航道、大小練島航道3條航道，航道橋均采用鋼桁混合梁斜拉橋結構，其他區域如深水高墩區采用跨度80(88)m簡支鋼桁梁、淺水及陸地高墩區采用跨度48m預應力混凝土梁、島上低墩區采用跨度40m預應力混凝土梁,全橋共168孔。

1.3 航道橋主塔

元洪航道橋、鼓嶼門水道橋和大小練島水道橋的主塔均為鋼筋混凝土結構，塔高分別為200m，158m和152m。

1.4 航道橋主墩承臺

航道橋主塔墩基礎，采用直徑4.0m、4.5m大直徑鉆孔樁，具體布置如圖1所示[1]。

圖1 航道橋主墩承臺布置圖

1.5 橋梁基礎

全橋共169個墩，水中墩130個(占總墩數77%),主要采用樁基礎，鉆孔樁總數為1895根，其中4.5m樁50根，4m樁144根，3m樁418根，2.2m樁257根，2m樁954根，1.5m樁72根[1]。

2 施工難點分析

2.1 氣象環境惡劣

工程區域為典型的海洋性季風氣候，風向季節性變化明顯，且穩定，年最大風頻是NNE和NE向，均為26%，次大風為SW向(9%)。大風日數主要集中在10月～次年2月，占全年的50%左右。根據工程區域附近自動氣象站與平潭氣象站同期觀測的對比結果，對平潭不同重現期10min平均最大風速進行修正，得出橋址工程區域年平均風速6.9m/s，百年重現期10min平均最大風速44.8m/s，參考數據如表1所示。

表1 氣象部門橋址處風力統計資料

全年6級以上大風及天數達到310天左右，7級以上大風及天數200天左右，施工過程中的抗風問題突出。提高施工效率和降低安全風險難度大。

2.2 水文條件惡劣

經計算分析，橋址區平均海平面為+0.25m，長嶼島以北海域100年一遇H1%波高為9.69m，周期10.8s，浪向為E和ENE向；10年一遇H5%波高為6.35m。長嶼島以南海域100年一遇H1%波高為3.09m，周期10.8s，浪向為E和ENE向；10年一遇H5%波高為2.38m。人嶼島至長嶼島間海域100年一遇設計流速為2.66m/s，20年一遇流速2.52m/s，流向為42°和222°。長嶼島至小練島間海域100年一遇設計流速為3.09m/s，20年一遇流速2.95m/s，流向為51°和231°。小練島至大練島間海域100年一遇設計流速為2.23m/s，20年一遇流速2.09m/s，流向為70°和250°。

全橋長11149.7m，97%處于海域中海況環境惡劣、風暴潮，及經常出現的潮流強度大、波浪力大，海上施工結構及設施、定位系統的設計與施工難度大。

2.3 地質情況復雜

(1)海床面多為傾斜光板巖或淺薄覆蓋層，鉆孔樁鋼護筒插打困難，易造成護筒底口卷邊、凹陷，回轉鉆機開孔困難,橋址區內的基巖以花崗巖、流紋巖和火山角礫巖為主，巖石強度高達213MPa。

(2)橋位孤石密布,直徑從2m到10多米不等，埋置深度從海床表面到海床以下20m左右，從而為埋設大直徑鋼護筒帶來困難。

(3)海床巖面傾斜大，強度高，大直徑鉆孔樁同一孔位范圍巖面高差可達3m～4m，巖層橫斷面軟硬不均，造成鉆孔時偏鉆斜孔。

(4)全風化巖或砂礫狀強風化巖遇水后快速失去強度，地層不穩定，易造成塌孔、漏漿等，引發護筒掉落傾斜，處理困難，鉆孔工效低[1]。

2.4 總工程量大、有效作業時間短、施工工效低

根據現場實際情況統計，2014年～2016年5月共計29個月(882天)中，7級及以上大風天數占87%，8級及以上大風天數占67%，涌浪2.5m以上天數49%，實際施工天數282d，僅占總天數32%，表2為設計氣象資料與實際資料對比數據。

表2 設計調查氣象資料與現場實際統計對照

總工期66個月。FPZQ-3標計劃開工日期2013年11月1日，計劃竣工日期2019年4月30日。其中，平潭海峽公鐵兩用大橋總工期54個月，2018年4月30日完成，2018年5月1日進入鋪軌、四電工程施工、聯調聯試等后續工作，工程總數量大，工程數量如表3所示[1]。

2.5 橋址附近施工用地資源匱乏

由于福建沿海地區山多地狹，平原土地資源匱乏，導致橋位處碼頭和周邊場地嚴重限制，施工材料運輸儲存、施工場地布置困難，致使施工場地布置分散零碎，不利于集中生產管理，鋼結構加工場地布置如表4所示。

3 對策與措施

3.1 針對施工環境惡劣的對策

(1)增加施工機械，租借當地的海上作業船只，表5為租借各打樁船參數。

表3 主體工程及大臨工程工程數量表

表4 平潭橋鋼結構加工場地布置表

表5 各打樁船參數表

(2)雙線施工

平潭海峽公鐵兩用大橋起于長樂市松下鎮，從松下港規劃的山前作業區與牛頭灣作業區之間入海，經人嶼島，跨越松下港區進港航道(即元洪航道)和鼓嶼門水道，再依次通過長嶼島和小練島、跨越大小練島水道抵達大練島，再跨越北東口水道上平潭島，大橋全長約16.338km。而施工作業時間短，為了工程高效有序的進行故而在每兩島之間采用雙線施工技術以確保工程按時完成。對于雙線施工，以西礁(小練島西側，福州方向)-大練島橋段為例，施工以東礁(小練島東側，平潭方向)為中間點，向西礁與大練島方向施工，同時西礁與大練島向東礁方向施工，大大縮短工期。

(3)提高海上施工最大風力限制

根據《建設工程施工現場安全防護、場容衛生及消防保衛標準》(DB11/945-2012)規定，陸地施工條件為風力小于六級方能進行施工作業[2]，對于海上施工，考慮到海洋這一特殊的施工環境，為了確保海面施工作業的進行，將施工風力條件限制提升到八級，為此加強起重等設備的強度，完善安全措施和管理制度，同時編制防臺應急預案，并按規定演練。對于移動模架現澆施工，遇8級以上風力時，停止混凝土澆筑。

3.2 針對橋址附近施工用地資源匱乏的對策

3.2.1加設海上生產生活區

(1)生活區布置

根據項目沿線地形地貌概況，在橋梁起點位置附近(松下鎮下水洋)設項目經理部主辦公生活區。由于起點位置地形起伏較大，部分場地需進行大量的挖、填方及場地整平工作。長嶼島、小練島設分辦公生活區。

(2)生產區布置

根據橋梁主體結構形式和施工方法，分別在松下鎮下水洋、長嶼島、小練島上設置混凝土攪拌站、鋼結構、鋼筋加工車間，公路混凝土橋面板及鐵路道砟槽板預制場設置在長嶼島、小練島上。主航道橋斜拉橋鋼桁梁和80m、88m鋼桁結合梁在制造廠采用節段或整孔制造，海運至架設位置。

(3)施工船舶避風錨地

施工水域由于強風和熱帶氣旋影響較為頻繁，生產調度室安排專人定時收聽氣象臺氣象預報，根據氣象臺提供的預報風力、船舶抗風等級、風期長短等信息，在附近水域面選擇合適的避風錨地避風。

a)完善生活區、生產區各排水系統，保持各排水系統通暢。

b)各種施工船舶應根據氣象臺的預報風力、風期長短以及本船舶的抗風能力加固錨纜，綁扎易動構件，檢查船上救生設備，選派專業人員晝夜值班。

c)架梁吊機移至索塔處或就地錨固；

d)利用減振動繩，控制斜拉索振動；

(4)混凝土攪拌站配置

項目部分別在長樂岸、人嶼島、海中平臺、長嶼島、小練島和大練島上布置6座混凝土工廠，同時配置2艘海上混凝土工作船，進行混凝土施工供應。混凝土攪拌站、生活區、生產區布置圖如圖2所示。

圖2 海上混凝土攪拌站、生活區、生產區布置圖

4 結語

通過平潭公鐵兩用跨海大橋的例子可以看出，跨海大橋或是其他海上大型工程存在許多影響工程施工的因素，對此相應的應對措施應從經濟效益出發，文中所舉的平潭公鐵兩用跨海大橋是利用海域周邊資源以減少預算，該工程的成功也為未來跨海大橋的建設提供了可借鑒的經驗。