裝配式跨海橋梁大型墩臺預制新技術

張臣 高慶利 王海波 白虹 文健勇 董松松 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

廈門第二東通道是交通部批復的省市級重點工程。其中跨海段橋梁共預制墩臺35座，兩節(jié)式22座，三節(jié)式13座，共83件。預制墩臺包括海工高性能混凝土4.98×104m3，高性能環(huán)氧鋼筋1.05×104t，φ75mm預應力精軋螺紋鋼1375t，預制場內(nèi)立式分節(jié)匹配預制。構件單件最高26.1m，單件最重2620t，臺車+頂推移運至出運碼頭，3000t半潛駁船海上運輸，4000t浮吊船海上安裝。充分體現(xiàn)工廠化、機械化、標準化和裝配化的施工理念。

2.墩臺預制特點

（1）墩臺耐久性要求高，抗裂難度大。本工程按100年使用年限設計，預制墩臺采用海工高性能混凝土，耐久性要求高。預制墩臺的承臺、蓋梁均為大體積實心混凝土結構，單次澆筑混凝土最大量1050m3，混凝土抗裂難度大。抗氯離子滲透、鋼筋保護層厚度、構件表面硅烷浸漬和景觀涂裝質(zhì)量要求高。

（2）墩臺結構復雜、施工難度大。承臺及蓋梁鋼筋密集、預埋件多、構造復雜。承臺后澆孔預留甩筋，對接鋼筋水平匹配同心度要求高，對鋼筋安裝精度及后澆孔內(nèi)芯圓模板設計要求高。蓋梁體積大、鋼筋密集，還有橫向預應力鋼絞線，施工難度大。

（3）預制墩臺高度高，匹配預制精度要求高。預制墩臺最高21.6m，要求小于豎向垂直度滿足H/3000且不大于20mm的控制標準。分節(jié)式墩臺拼縫處要求匹配預制，以保證干接縫及剪力鍵槽口的緊密接觸、上下節(jié)墩身順直，實現(xiàn)這一要求有很高難度。蓋梁為相交斜截面，結構尺寸多樣，精度要求高，相應模板設計與施工難度很大。

3.關鍵技術

3.1 高性能雙層環(huán)氧鋼筋涂層噴涂與加工一體化工藝

預制墩臺采用高性能環(huán)氧鋼筋，雙層環(huán)氧涂層質(zhì)量管控是重點之一。墩臺預制場建設環(huán)氧鋼筋加工及噴涂車間一座，平面尺寸144m×34.5m，占地面積5000m2，引進了國內(nèi)先進的環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線和鋼筋加工生產(chǎn)線各一條。

與以往環(huán)氧鋼筋噴涂和加工的方式不同，以前港珠澳大橋施工時從廠家采購成品環(huán)氧鋼筋運輸至車間內(nèi)再加工，本項目對環(huán)氧鋼筋工藝進行優(yōu)化，將環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線和鋼筋加工規(guī)劃在同一場地，環(huán)氧鋼筋噴涂及加工采用以下兩種方法：①對于需要彎曲鋼筋，通過環(huán)氧噴涂（拋丸除銹→加熱噴涂→過水冷卻→檢測打包）后，將環(huán)氧鋼筋轉(zhuǎn)移至鋼筋加工生產(chǎn)線上再加工（鋸切→墩粗→滾絲→打磨→彎曲），實現(xiàn)環(huán)氧鋼筋噴涂和加工一體化施工，體現(xiàn)了自動化和機械化，具有避免環(huán)氧鋼筋運輸導致的涂層破壞、減少運輸費用、提高工效等優(yōu)點；②對于直徑小于φ28mm和不彎曲鋼筋，采用先加工后環(huán)氧噴涂的形式，相比方法一能避免環(huán)氧鋼筋加工導致的涂層破壞，利于質(zhì)量控制、減少涂層修補量等優(yōu)點。

主要施工要點有以下幾方面：

①拋丸除銹處理：檢測鋼筋拋丸后的清潔度及錨紋深度應符合要求。

②鋼筋環(huán)氧噴涂：檢查粉末質(zhì)量、控制加熱溫度、觀察噴槍等過程監(jiān)控。

③環(huán)氧鋼筋冷卻：采用過水冷卻工藝將原有的噴水冷卻改為全入水冷卻。

④環(huán)氧涂層檢測：現(xiàn)場進行抽檢涂層漏點和涂層厚度，并展開其他理化試驗，主要檢測涂層附著性、連續(xù)性、可彎性、粘結強度、抗沖擊性等指標。

⑤鋸切、墩粗、滾絲、打磨、彎折：預制場鋼筋車間內(nèi)購買國內(nèi)先進的鋼筋加工生產(chǎn)線一條。為防止鋼筋加工過程中造成表面涂層破損，現(xiàn)場對鋼筋加工設備進行防護改造，通過加墊尼龍板的方式減少環(huán)氧鋼筋與鋼結構間的剛性接觸。分別選用塑料、尼龍、聚氨酯及橡膠制品等作為緩沖材料，以達到較好的防護效果。

⑥補漆：采用專用溶劑環(huán)氧涂料和固化劑人工補涂涂層破損部位，出廠前全數(shù)檢查。

⑦儲存及倒運：環(huán)氧鋼筋絲頭長度標識刻度、佩戴保護帽，鋼筋半成品存放區(qū)設計專用存放架，與環(huán)氧鋼筋接觸處粘貼尼龍板，起到保護涂層的作用。

3.2 后澆孔鋼筋精確固定與模板快速支拆工藝

承臺預留后澆孔直徑3.4 m，側(cè)壁帶凹凸剪力鍵，水平鋼筋直徑28mm和40mm，分為12層。后澆孔內(nèi)部鋼筋需穿過圓形模板孔利用套筒進行鋼筋的同心對接，單個承臺后澆孔穿筋孔3000個，連接套筒6700個，同心對接量大，精度要求高，孔內(nèi)鋼筋橫縱交錯，還需避免與承臺內(nèi)吊點管等預埋件沖突，施工精度要求高，難度大。

后澆孔板面在相應位置開圓形牙口（穿筋孔），根據(jù)孔位放樣，采用等離子切割模板面開牙口，設計專用錐形橡膠圈，固定臥入混凝土內(nèi)部鋼筋，實現(xiàn)鋼筋連接精確定位。

后澆孔圓形模板分4片，中間井字架支撐，設計機械開合系統(tǒng)，擰緊模板支撐桿緊張器，將兩小片模板沿井字架向孔內(nèi)橫移，再將另外兩大片模板向孔內(nèi)橫移，最后將四片模板及井字架一起吊出后澆孔，實現(xiàn)模板快速支拆的同時保證模板安裝的精度。

3.3 大體積混凝土澆筑抗裂措施

承臺和蓋梁均屬復雜結構大體積混凝土施工，通過調(diào)整墩身接縫位置、優(yōu)化混凝土配比、增加制冰制冷水系統(tǒng)和預埋冷卻水管等措施，能控制預制構件裂縫。

大體積混凝土開裂原因有兩方面：一是墩臺混凝土結構厚大，混凝土內(nèi)表溫差過大，從而引起自約束開裂，自約束開裂主要發(fā)生在承臺和蓋梁；二是部分墩身混凝土分段澆筑，澆筑時間間隔長，墩身分段接縫澆筑約束，澆筑混凝土約束收縮，受約束混凝土收縮量超過了混凝土的極限拉伸，從而導致混凝土結構外約束開裂。

混凝土抗裂主要施工措施有：①降低混凝土入模溫度。混凝土入模溫度最高不要高于28℃。在砂石料倉及料斗上方設置遮蔭棚，避免陽光直射。拌合站增設成套制冰制冷系統(tǒng)，降低拌合水溫度，加入冰削降低砂石料溫度，從而實現(xiàn)控制混凝土出機溫度；②降低混凝土內(nèi)部最高溫度。降低混凝土內(nèi)部最高溫度主要有降低水泥用量等優(yōu)化混凝土配配合比和承臺和蓋梁內(nèi)埋設冷卻水管兩種方法。具體來說，為降低水化熱，嚴控水泥中C3A含量，同時滿足混凝土耐久性和良好的工作性，摻入高質(zhì)量礦粉和粉煤灰取代部分水泥，降低混凝土水化熱。同時，承臺和蓋梁內(nèi)預埋冷卻水管采用外徑40mm、壁厚2.0mm的黑鐵管。經(jīng)仿真計算，冷卻水管水平及豎向間距控制在0.8m，滿足控制自約束裂縫要求。此外，通水時控制冷卻水與混凝土內(nèi)部最高溫度之差小于25℃，埋設測溫導線并APP監(jiān)測混凝土溫度，預埋冷卻水管與外置專用冷卻水塔連接，對輸出水進行降溫，控制降溫速度不大于2℃/d。

3.4 貝雷梁桁架拼裝式大型鋼模板工藝

為保證預制墩臺預制豎向精度要求，設計要求豎向垂直度滿足H/3000，模板設計優(yōu)化并結合貝雷梁桁架工藝。

通過模板加工工藝采用板面銑邊、模板栓接及定位銷工藝、設置高精度模板調(diào)整支架等設計理念，保證模板拼縫緊密和模板安裝豎向垂直度。以往貝雷架多用于現(xiàn)澆箱梁底模，現(xiàn)應用于預制蓋梁立向模板，充分考慮預制蓋梁結構尺寸多樣且皆為斜截面、精度要求高等特性，異形蓋梁模板只需加工模板板面，桁架采用貝雷架拼裝結構，在滿足受力情況下只需在不同尺寸模板增加或減少貝雷架數(shù)量即可，滿足不同蓋梁模板桁架轉(zhuǎn)換，貝雷梁可多項目周轉(zhuǎn)使用，減少了成本投入，充分體現(xiàn)了貝雷架應用的通用性和周轉(zhuǎn)性。

4.結語

廈門第二東通道工程A3標段墩臺預制在采用部分港珠澳大橋墩臺預制成熟工藝技術的基礎上進行了優(yōu)化和創(chuàng)新，首次應用了環(huán)氧鋼筋噴涂和加工一體化施工模式，采用承臺后澆孔鋼筋精確定位與模板快速支拆工藝、大體積海工耐久性混凝土防裂技術和貝雷梁桁架拼裝式大型鋼模板成套施工技術，在提高預制構件質(zhì)量、履約創(chuàng)效、工藝創(chuàng)新等方面起到了重要作用，在同類型工程中具有較高的推廣價值和應用前景。