超大規模海上施工平臺施工設計

喬長慶

（中鐵十五局集團第二工程有限公司 上海 201714）

1 工程概況

杭州灣地區環線并行線G92N寧波段濱海樞紐互通采用變形苜蓿葉形（單環式）與甬舟高速正交互通，占海域面積約408 707 m2。建成后將成為亞洲最大的海上互通立交樞紐工程。濱海互通由總長2 390 m的主線高架橋和A～H共計8條匝道橋構成，均位于海中，其中主線下穿A、D、G、F匝道，上跨金塘跨海大橋（甬舟高速），形成上中下三層復雜立交結構。匝道橋基礎采用鉆孔樁＋矩形柱式墩＋系梁，上部結構均為鋼－混凝土組合梁結構形式。本工程地質和水文情況復雜，氣象條件惡劣，工期緊，具有橋梁工程規模大、建設條件復雜、技術難度大和建設風險高的特點［1－3］。

2 海上施工平臺設計思路

本工程海上施工平臺按照滿足功能需求、動態布置的原則［4－5］，項目部依托公司科技中心專家、項目技術骨干、外聘專家和技術咨詢單位組成科研團隊進行科技攻關。首先進行施工的功能需求分析，根據現有技術信息，明確施工技術路線，依據功能需求確定臨時設施，組織物流交通線路，初步實現與技術路線相符合的海上橋梁施工平臺功能需求；然后進行施工平臺規劃設計，在滿足功能要求的前提下，確定海上施工平臺各項技術參數、設備型號、作業平臺位置等。通過技術論證確定設計方向，聯合技術攻關團隊進行技術攻關，并進行專項設計及受力驗算，確保結構可靠。施工階段，在節約成本及滿足工期的前提下，分階段分區域進行。對施工平臺進行動態監控，并根據施工情況，及時拆除不需要的棧橋，見圖1。

圖1 海上施工平臺設計思路

3 海上施工總體技術路線及平臺分區

3.1 施工技術總體路線

特殊的結構和施工條件決定了本工程的施工過程設計需統籌兼備、綜合布設、平臺共用、安拆有序［6］。濱海互通按照由淺及深、從下到上、分區域分階段原則組織施工。首先沿設計線路搭設海上施工棧橋，然后依托棧橋搭設施工作業平臺，完成基礎及下部構造施工。樁基采用反循環鉆施工，鋼筋籠在鋼筋加工場制作后運至施工現場。承臺采用托梁套箱法施工，選擇低水位時間，在鋼護筒外壁焊接牛腿，搭設承重梁，吊裝預制混凝土底模，澆筑預制底板濕接縫混凝土，拼裝鋼套箱，底板止水后完成鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工。墩柱采用大型整體鋼模板，一次澆筑成型。墩柱鋼筋結構較大，吊裝運輸變形大，采用初步加工成型＋海上平臺整形后再吊裝施工的方法。上部構造安裝施工時，互通區內先場外組合，后通過船舶運輸至卸貨碼頭，采用提梁機、架橋機架設，部分區域無法使用架橋機架設的可依托重型棧橋，履帶吊架梁。

3.2 海上施工平臺交通物流分析

海上施工物流交通依托海上運輸平臺連接施工作業平臺實現。混凝土拌和站、鋼筋加工場、鋼梁加工場、卸貨碼頭、存梁平臺、提梁站等生產設施和工點通過棧橋、車輛和船舶相互聯系，共同形成一個完整的交通物流網絡，為施工順利進行提供基礎物質保證。根據主體結構施工特點，可分為兩個階段，見圖2。

圖2 各施工階段交通網絡

在基礎及下部構造施工階段，以拌和站、鋼筋加工場為交通中心，岸上人員、機械設備、鋼筋加工場的成品鋼筋、拌和站中的混凝土，需沿互通區支棧橋通向互通區，依托主線棧橋、匝道棧橋運輸至各個施工作業平臺，形成以建筑材料至施工點、施工點位置根據進度情況進行調整的放射型交通樹狀網絡。

在上部構造施工階段，特別是梁體安裝施工階段，以卸貨碼頭為中心，根據梁體架設要求，結合現場的條件，以梁體運輸路線和架設路線主干的擴張型交通流為主。梁體通過船只運輸至卸貨平臺，然后通過提梁站、架橋機架設至設計位置。另一個路線為通過卸貨平臺，依靠現有棧橋，運輸至架梁區，通過履帶吊吊裝至設計位置。

3.3 海上施工平臺分區位置

根據交通物流分析，對拌和站、鋼筋加工場、卸貨平臺、提梁站在充分考慮征地、滿足海事部門要求的前提下，結合施工技術難度、成本等因素，首先確定施工棧橋的走向；然后根據物流情況，初步沿匝道線路方向將施工運輸平臺線路繪制于施工平面布置圖上；最后根據每段棧橋的使用功能（是否過履帶吊、是否過運梁車、是否用履帶吊吊裝鋼梁），確定具體樁號。通過功能需求確定棧橋受力情況進而進行分段定位。

4 海上平臺施工設計

從施工控制和成本節約等角度考慮，海上施工平臺采用模塊化設計，以提高海上施工平臺材料周轉率，達到快速設計、便捷施工、節約成本的目的［7－8］。

4.1 海上運輸平臺的施工設計

濱海互通主要通過搭設鋼棧橋作為物流交通干道，用來連接場站和各個施工點。棧橋邊線與匝道橋箱梁投影邊線相距2 m，鋼棧橋設計寬度為9.0 m，標準跨長12 m，每3～5跨設置制動墩，設伸縮縫1 道。根據施工需要按荷載 100 t、150 t、200 t調整分配梁、貝雷片間距進行斷面布置，見圖3。不同斷面結合地質條件、受力特點確定樁長。

圖3 海上運輸平臺（棧橋）斷面

4.2 海上作業平臺的施工設計

海上作業平臺為樁基、墩臺施工提供作業面。濱海互通匝道作業平臺結構類型較多，根據橋梁設計特點，分為單獨作業平臺和作業平臺＋支棧橋兩種結構類型。

在施工棧橋空間滿足的情況下，依托施工棧橋連接施工作業平臺，部分機械短時間可在施工棧橋上進行作業。若達不到要求，則采用作業平臺＋支棧橋類型，施工機械可以在支棧橋上作業并長時間停放，不干擾棧橋交通。平臺橋面采用 12a型鋼＋10 mm花紋板的組合橋面體系，主體結構為貝雷梁＋鋼管樁結構形式。

4.3 海上卸貨碼頭的施工設計

為架設2.4萬t鋼混組合梁設卸貨平臺1座，位于甬舟高速以南約355 m處、主線B128～B129墩之間。卸貨碼頭由2個工作平臺、1個存梁平臺和靠船樁組成，見圖4。U型港池長約78 m，寬約18 m，兩側為臨時卸貨平臺，采用2臺100 t跨港池龍門吊卸貨，兩側卸貨平臺上各設有1條龍門吊軌道，軌距32 m。

圖4 海上卸貨平臺（碼頭）布置

臨時卸貨平臺采用鋼結構，樁基采用φ800鋼管樁，樁上設雙榀 40a型鋼作為橫梁，縱梁采用HN650型鋼及 14a分配梁，上鋪10 mm厚花紋鋼板。卸貨平臺側面設鋼管樁輪胎護舷。卸貨平臺可兼作橋墩鉆孔平臺。

4.4 海上提梁站的施工設計

在F0～F2和E14～E16墩跨處各設1處提梁站，提梁站采用跨墩龍門吊形式，由具有專業資質單位進行設計，型號為DTJ90×2提梁站。一組提梁站設置兩個跨墩龍門吊機，全橋共2個。每組提梁站的龍門吊機跨距按24 m考慮，橫橋向跨越棧橋和起始橋跨。龍門吊機具體結構及布置見圖5。

圖5 海上提梁站設計斷面（單位：m）

5 海上施工平臺受力驗算及分析

整體受力計算分正常工作階段及非工作階段兩種情況考慮。不同階段考慮兩種荷載組合形式，即標準組合和基本組合［9－10］。荷載組合形式：

標準組合計算結果用來評價剛度指標，基本組合計算結果用來評價結構強度指標。在施工過程中正常工作狀態主要考慮的荷載有：恒載、履帶吊自重＋吊重、水流力、風荷載；在非正常工作狀態下作業平臺上人員及車輛設備均需撤離，計算時只考慮風荷載與水流力作用。

采用有限元軟件進行仿真模擬，計算得出的各構件最大軸力、最大彎矩、撓度均滿足設計及規范要求，見圖6。依據《碼頭結構設計規范》《公路橋涵地基及基礎設計規范》驗算鋼管樁基礎嵌固深度、入土深度及整體穩定性［11］。

圖6 海上施工平臺仿真計算模型

6 海上施工平臺施工與監測

海上平臺在施工前，編制專項施工方案并上報進行評審，同時利用BIM技術進行濱海互通施工過程模擬，并邀請專家對施工模擬過程進行綜合評價。

鋼棧橋、作業平臺采用“釣魚法”施工，見圖7。施工過程中，嚴密監測棧橋格構柱相對沉降、橋面撓度、裂縫情況，定期檢查鋼管樁的腐蝕情況。如出現裂縫過大、撓度過大等異常情況，應立即停止使用。棧橋由專人管理，控制人員及車輛出入［12］。

圖7 海上施工平臺鳥瞰圖

7 結束語

（1）本濱海互通項目受海況、設計、海事等影響，異常復雜，施工難度大，其施工技術路線的確定，對施工平臺設計起決定性作用。施工難度和施工條件的限制，決定了其施工技術路線需要和多方溝通，不斷論證、不斷完善。

（2）按照功能復合、動態布置原則，嚴格執行施工技術路線，選定臨時設施，以海上物流交通組織為中心進行平面布置，通過不同施工階段的交通物流分析，對其功能進行分區，根據受力特點，確定常規棧橋、重型棧橋具體段落和位置，為濱海互通施工設計做好準備。

（3）濱海互通施工平臺設計涉及船舶碼頭、起重設備和海洋環境保護等專業性較強的知識。通過團隊科研攻關，確保了其功能的實用性、設計的專業性、結構的可靠性。

（4）本工程結合不同施工階段的平臺功能需求，對海上施工平臺進行系統化、模塊化設計，提高了材料的周轉率和施工速度，確保了杭甬復線高速濱海互通超大規模施工平臺順利施工。