淺海區大型橋墩規模化施工關鍵技術

周 雨

（廣東華路交通科技有限公司,廣東 廣州 510420）

0 引言

隨著經濟發展，城市間交通量迅速增加，為緩解交通擁堵，各跨江跨海特大橋梁逐漸加快建設。要踐行綠色及可持續發展理念，推動工廠化生產、裝配化施工，提升工程質量，縮短施工工期。淺海區跨海大橋因其線路長、體量大、運輸困難等因素，導致其裝配化施工難度較大，該工程將根據項目特點，提出建造方式創新，實現規模化施工。

1 工程概況

深中通道是繼港珠澳大橋之后，我國的又一世界級跨海通道集群工程，深中通道地處珠江中游核心區域，位于虎門大橋與港珠澳大橋之間，連接深圳與中山市、江門市等地，全長約24 km，由橋、島、隧、水下互通組成[1]。深中通道淺灘區非通航孔橋89×60 m橋梁下部構造，全長5 344 m，墩身為整體式墩，墩形為大懸臂板式墩，橋墩均位于水中，基礎采用整體式承臺、群樁基礎。墩身高11.4～33.9 m，平面尺寸為[4 m（順橋向）×12.062 m（橫橋向）]～[3.33 m（順橋向）×8 m（橫橋向）]，四周倒角從0.503 m變換到0.333 m，如圖1所示。施工海域常水位+0.52 m，海床標高-1.5～+0.4 m，潮汐類型屬于不規則半日潮，平均潮差在0.85～1.70 m。

圖1 矩形墩身立面圖

2 施工方案及難點

深中通道淺灘區施工線路長、工程量大、進度緊，在保證質量安全情況下，提高工效是關鍵的。在大型運輸船和浮吊無法就位施工情況下，復雜的鋼筋工程采用預制吊裝施工，在鋼筋加工場胎架工廠化生產，制造成型后用專用運輸車通過棧橋運至現場，由履帶吊整體吊裝，采用錐套進行連接。墩身模板采用專業廠家定制大型鋼模板，可快速安裝。混凝土由混凝土配送中心生產低水化熱、低溫海工混凝土，現場采用自研發節水冷卻系統，確保墩身大體積混凝土施工質量。主要施工難點如下：

①淺海區無法使用大型水上運輸吊裝設備，施工材料、鋼筋部品、混凝土運輸全部通過棧橋，交通管制難度大；②墩身鋼筋部品高且重，普通平板車無法滿足運輸要求，需定制軸寬重心低的專用運輸車，③鋼筋部品制造精度高，運輸、吊裝過程中允許變形小；④海上施工線路長，大量冷卻淡水供應困難；⑤施工所在地外部環境風大、溫度高，高空作業風險較高[2-3]。

3 施工關鍵技術

3.1 鋼筋部品裝配化施工

3.1.1 鋼筋部品加工

該工程墩身截面較復雜，墩身為六邊菱形，下底口到上頂口逐漸變小，每間隔28 cm，箍筋截面尺寸就變化1 cm。利用BIM模型技術結合數控加工設備實現鋼筋數值化下料，精度可控制在2 mm以內。鋼筋部品安裝采用胎架加工，胎架為墩身主筋精確定位的具有一定剛度、強度的鋼質架立結構[4]。根據墩身上大下小特點，將墩身按6 m一節分為不同類加工胎架，墩身部品鋼筋綁扎采用立式綁扎，胎架最高7 m。作業平臺通過錨栓固定于地面上，底部定位架焊接于作業平臺底部，頂部定位架栓接于作業平臺頂部；防護欄桿為40×3方鋼管制作，兩個作業平臺之間設置活動搭板，用于傾斜面鋼筋綁扎，如圖2所示。

圖2 墩身鋼筋部品工廠化制造

3.1.2 鋼筋部品運輸

墩身鋼筋在鋼筋加工場綁扎完成后，拆除胎架，用裝車吊架吊出鋼筋籠并裝車。鋼筋部品采用專用運輸車運輸，可實現12×4.5×6 m的鋼筋骨架運輸，最大載重能力30 t（鋼筋部品最大單件重量26 t），如圖3所示。鋼筋部品整體運輸采用專用運輸車，運輸底座由30+280×8 mm鋼板組拼方鋼與內徑Ф50套筒焊接而成，固定于運輸車頂部，在運輸車兩側設置吊耳，拉設纜風，保證墩身鋼筋節段運輸過程的穩定，不發生大變形。

圖3 墩身鋼筋部品專運輸船

3.1.3 鋼筋部品安裝

墩身鋼筋籠運送至現場后，用135 t履帶吊通過安裝吊架起吊安裝，吊具采用型鋼焊接而成，上部設置4個吊耳，使用12 t卸扣和Ф36鋼絲繩吊裝；下部設置45 cm間距吊耳，每個吊耳配置1.5 t導鏈起吊部品鋼筋，確保鋼筋起吊過程不產生變形。

鋼筋部品對接是該工程關鍵步驟，因鋼筋部品制造精度和整體剛度較小，運行和吊裝過程存在變形等等因素都會影響安裝[4]。在安裝前，先在下面節鋼筋四個角點處放置4個喇叭口狀的固定工具進行定位引導下放，然后將部品鋼筋角點處鋼筋進行對接，對接完成后采用纜風繩進行固定，固定后使用錐套對鋼筋進行鎖緊連接，如圖4、5所示。錐套接頭是采用外表面為錐面、帶有三角內齒的多片鎖片將被連接的兩根鋼筋包裹住，用液壓鉗沿鋼筋軸線向內擠壓套在鎖片外側的兩個錐套，使鎖片三角內齒與鋼筋嚙合而實現鋼筋連接的接頭[5]。該套連接設備也是深中通道研發專利，其容錯性高，鋼筋對接時鋼筋間隙容許2 cm，鋼筋軸線偏差容許一倍鋼筋直徑，為部品對接提供很大方便。

圖4 墩身鋼筋部品安裝

圖5 錐套鎖緊連接

3.2 混凝土模塊化施工

3.2.1 模板整體安裝

模板的分節充分考慮每節墩身施工高度，分塊考慮建筑美觀盡可能大塊，兼顧快速方便。模板分節以3 m模板高度為標準節，并配置調節模板；墩身模板使用前先預拼裝，拼裝完成通過檢驗后運至施工現場使用。鋼筋及預埋件布設完成后，將預拼好的模板整體吊裝進入，就位后落在下層未拆模板頂口，再通過沖釘輔助，擰緊角拉桿和對拉桿，模板就完成。檢查保護層厚度，由測量隊測量模板頂底面角點位置，對模板進行調整，在保證保護層厚度的前提下確保模板安裝位置在設計偏差范圍內。最后擰緊螺栓，對模板進行加固，準備進行混凝土澆筑。

考慮到墩身較高和爬梯安裝方便，采用定型爬梯，爬梯與墩身自墩身調節段拉桿孔位置開始每隔6 m加一道連接撐桿進行固定，拼裝高度視墩身高度確定。安裝撐桿時，為避免預埋件破壞墩身外觀，利用拉桿孔通過螺栓將雙拼槽鋼用精軋螺紋鋼固定，將施工爬梯通過撐桿與槽鋼連接，形成一個整體。

3.2.2 混凝土模塊化施工

非通航孔橋墩身為大體積混凝土結構，標準節最大澆筑方量約為283.5 m3，一次澆筑成型，混凝土輸送中心混凝土生產量為130 m3/h，泵車澆筑速率為30 m3/h，澆筑時間約10 h。拌和站距離最遠54#墩身將近6 km，距離最近143#墩身將近1 km，混凝土運輸澆筑為棧橋交通管制帶來較大難題，同時海上施工將為大體積混凝土溫控帶來較大困難。

（1）混凝土運輸制度化。棧橋是海上施工關鍵線路，任何堵塞將會對施工造成影響，特別是對混凝土連續施工造成很大質量隱患，所以棧橋寬度將決定后續交通管制難度。深中通道淺灘區主棧橋結合成本、交通管制、材料堆放考慮，選擇最優棧橋寬度9 m，后續通過等級交通管制制度，大體積混凝土澆筑為最高級通行等級，確保混凝土施工連續性。

（2）混凝土冷卻設備模塊化。因大體積混凝土前期釋放熱量大，需要大量冷卻淡水，但海上淡水供應困難，無法滿足要求。該項目采用現場大型廢除鋼護筒研發節水冷卻系統，即采用兩直徑3.3 m鋼護筒制造進水箱和出水箱，各水箱中架設自循環系統，使水箱水溫上下均勻一致，兩水箱之間通過水管連接，進水箱為加冰制冷箱，高效冷卻回流熱水，出水箱為冷水儲存箱。安裝分水器，將各層各套水管集中分出，分水器設置相應數量的獨立水閥以控制各套水管冷卻水流量，并設置一定數量的減壓閥以控制通水速率，如圖6所示。

圖6 冷卻水罐和分水器

（3）大體積混凝土保溫體系化。因海上風較大，墩身混凝土外側熱量通過鋼模板很容易散失掉，根據“內降外保”溫控原則，該項目在設計模板時就將豎肋設置為工字形，方便后續插入保溫板，此層保溫措施在外部環境溫度10～20 ℃時使用，當外部溫度降至10 ℃以下時，采取增加外包裹棉被以及頂部采用篷布包裹措施，如圖7所示。廣東氣溫在10 ℃以下的天數很少，大部分時間鋼模板嵌保溫板措施可以滿足保溫要求。

圖7 墩身保溫系統

3.3 成品養護

海上養生淡水供應困難，無法實現長時間大規模噴水養生，以及考慮翻模施工需保留底下模板作支撐要求，結合有限元模型分析，墩身前5天混凝土膨脹，內表溫差產生拉應力容易造成混凝土表面開裂，5天后為混凝土收縮，應力將由表面向內部發展。根據以上特征該工程采用5 d帶模養生+2 d噴水濕潤養生，墩身澆筑完成后需帶模養護5 d方可進行拆模，同時拆模必須滿足外部環境與混凝土表面溫差小于15 ℃要求。冬季一般選擇一天中較高溫度的時段拆模，拆模后迅速灑水養生。經拆模觀測混凝土表面色澤均勻，未發現有害裂紋，混凝土強度達到設計要求。

4 結語

深中通道淺灘區非通航孔橋墩身采用鋼筋部品+定型模板快速安裝澆筑工藝，較傳統現場綁扎現澆工藝整體工效提高35%，并且大大縮短海上高空作業時間。同時通過節水冷卻系統和5+2帶模灑水養護工藝解決了海上大體積混凝土溫控和養生問題，在保證施工質量和安全前提下，實現淺海區大型墩柱規模化施工。