水中花瓶墩施工難點(diǎn)及技術(shù)

林 凱，曹劍平，王乃雙

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的跨越式發(fā)展，橋梁發(fā)展向海而興已成趨勢，杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋、深中通道等都是海中橋梁建設(shè)典范。當(dāng)前水中橋墩[1]多采用“施工平臺-模板一體化”的施工方法，即鋼筋進(jìn)行懸空安裝，將施工平臺焊接于墩身模板之上，操作人員站立于墩身模板平臺上施工。此施工方法的最大缺點(diǎn)是鋼筋頂部無支撐約束，鋼筋晃動大，澆筑混凝土過程中，操作人員站在模板平臺上，一旦出現(xiàn)模板脹模或拉桿斷裂均容易導(dǎo)致人員傷亡。本文以在建工程龍門大橋?yàn)橐劳校ㄟ^優(yōu)化花瓶墩施工平臺設(shè)計，提出了切實(shí)可行的安全施工技術(shù)措施，為水中橋梁橋墩施工發(fā)展提供參考借鑒。

1 工程概況

龍門大橋是目前廣西規(guī)劃建設(shè)的最長跨海大橋，主橋?yàn)榭鐝? 098 m的單跨吊鋼箱梁懸索橋，也是廣西最大的跨徑橋梁。龍門大橋引橋分東、西引橋，均為預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋，引橋橋墩均采用實(shí)心墩，橋墩順橋向?qū)挾确譃?.0 m、2.5 m、3.0 m3種。橫橋向橋墩外形為花瓶墩，以墩頂以下6 m作為分界。如圖1所示。

圖1 引橋橋墩設(shè)計圖(cm)

水中承臺頂標(biāo)高基本為0，20年一遇最低潮位H=-2.52 m時，承臺浸入水中0.5 m；橋位歷史最高水位+3.98 m，常規(guī)高潮位時承臺全淹。如圖2所示。

圖2 承臺標(biāo)高確定原則示意圖(cm)

2 海中花瓶墩施工難點(diǎn)

(1)海水漲潮將淹沒墩身起步段，需解決墩身起步段在無水狀態(tài)下的鋼筋安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)難題。

(2)裝配式梯籠平臺整體美觀，安全性好，但其構(gòu)件多為角鋼、螺栓，不耐腐蝕。一天中，受海水漲落潮影響，承臺頂部有將近一半時間被海水浸泡，因此需解決裝配式梯籠平臺泡水耐久性難題。

(3)為滿足模板安裝、人員站位空間，裝配式梯籠平臺橫向?qū)挾刃璐笥诔信_寬度，即裝配式梯籠平臺投影面積部分位于水中，需解決裝配式梯籠平臺支撐難題。

(4)花瓶墩的橫向?qū)挾炔粩嘧兓僮魅藛T需近墩施工，翻模施工也需要一定的凈寬，橫向平臺需具備調(diào)節(jié)功能。

(5)花瓶墩為變截面，常規(guī)翻模工藝只適用于等截面，為提高模板周轉(zhuǎn)率，需優(yōu)化墩身模板的分段、分塊設(shè)計。

(6)花瓶墩鋼筋不豎直，安裝過程受地心引力影響，晃動較大，頂部懸挑支撐較難，鋼筋間距和保護(hù)層難以控制。

3 花瓶墩施工技術(shù)

3.1 鋼圍堰止水帷幕設(shè)置

淺水區(qū)域，在承臺周邊插打封閉的鋼板樁，在鋼板樁內(nèi)壁安裝工鋼圍檁和鋼管內(nèi)支撐，清淤并澆筑封底混凝土，等封底混凝土齡期>5 d后，抽干圍堰內(nèi)水，澆筑調(diào)平層混凝土，形成內(nèi)部無水的鋼板樁圍堰；深水區(qū)域，利用樁基鋼護(hù)筒作為支點(diǎn)，安裝鋼底板、鋼側(cè)板、鋼圍檁和鋼管內(nèi)支撐，下放鋼吊箱，澆筑封底混凝土，等封底混凝土齡期>5 d后，抽干圍堰內(nèi)水，澆筑調(diào)平層混凝土，形成內(nèi)部無水的鋼吊箱圍堰。

水中承臺在鋼圍堰中施工。承臺澆筑前，在承臺頂面預(yù)埋墩身起步段鋼筋和8塊800 mm×800 mm×10 mm的鋼板。預(yù)埋鋼板底部焊接錨筋，為鋼板提供抗拔力。

3.2 耐腐蝕“板凳墩”設(shè)置

為確保鋼材周轉(zhuǎn)使用，對鋼板、鋼管、型鋼都做防腐涂裝處理。

3.3 裝配式梯籠平臺設(shè)計及安裝

裝配式腳手架全部由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件拼裝而成，主要構(gòu)件有可調(diào)底座、調(diào)節(jié)底框、底框、頂框、立柱框、安全網(wǎng)、加強(qiáng)立桿、加強(qiáng)斜桿、樓梯、樓梯扶手等，外側(cè)有獨(dú)立圍護(hù)體系。

為方便吊裝及人員通行，裝配式梯籠平臺模塊劃分尺寸為：高度2 m，橫向?qū)? m，縱向?qū)?.2 m，模塊內(nèi)桿件以及相鄰模塊都通過螺栓連接。變寬區(qū)域通過可調(diào)踏板調(diào)節(jié)。人員上下通過設(shè)置“之”字形斜梯實(shí)現(xiàn)。

在陸地或鋼平臺上通過汽車吊將散件拼裝成裝配式梯籠平臺模塊，平板車運(yùn)輸一個個裝配式梯籠平臺模塊到現(xiàn)場，再通過汽車吊將其逐個安裝至墩位。每次安裝高度與鋼筋安裝高度基本齊平。裝配式梯籠平臺搭設(shè)流程如圖3所示。

圖3 裝配式梯籠平臺搭設(shè)流程圖

3.4 裝配式梯籠平臺各構(gòu)件的作用描述

(1)可調(diào)底座：用于調(diào)節(jié)整體水平的調(diào)節(jié)構(gòu)件。

(2)調(diào)節(jié)底框：主要受力構(gòu)件，安裝在可調(diào)底座上，用于承托單元節(jié)保護(hù)架的主要承重構(gòu)件。

(3)底框：主要受力構(gòu)件，連接立柱框和樓梯的構(gòu)件，用于施工通道、操作平臺的橋板。

(4)頂框：主要受力構(gòu)件，連接立柱框和樓梯的構(gòu)件，用于整體吊裝。

(5)立柱框：承受垂直方向荷載的主要構(gòu)件，連接底框和頂框之間的構(gòu)件。

(6)安全網(wǎng)：安裝在腳手架外側(cè)的防護(hù)安全構(gòu)件。

(7)加強(qiáng)立桿：安裝在單元節(jié)內(nèi)側(cè)用于單元節(jié)整體搭設(shè)，起固定作用。

(8)加強(qiáng)斜桿：安裝在單元節(jié)外側(cè)用于單元節(jié)整體搭設(shè)，起固定作用。

(9)樓梯：安裝在上下平臺之間，供施工人員上下通行的構(gòu)件。

(10)樓梯扶手：安裝在樓梯左側(cè)，供施工人員上下通行起保護(hù)作用的構(gòu)件。

3.5 裝配式梯籠平臺特點(diǎn)(見圖4)

(1)安全可靠、承載力強(qiáng)：橫桿接頭與立桿接觸面大，插銷具有自鎖功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)通道的整體穩(wěn)定性。

(2)高效率、高性能：適應(yīng)于海上等空間有限的施工場地，方便施工，與傳統(tǒng)爬梯相比，施工人員上下更省力。另外，單件重量≤40 kg，大大提高了裝拆效率。

(3)安裝簡單、方便搭設(shè)：橫撐的設(shè)置，減少了樓梯安裝的工序，只需要將樓梯放置在橫撐內(nèi)即可安全通行。

圖4 裝配式梯籠平臺示意圖(cm)

(4)高效益、低成本：構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化，便于運(yùn)輸和管理；裝配式結(jié)構(gòu)無零散易丟失構(gòu)件，損耗低。每次裝拆成本是其他爬梯類型的1/2，可整體吊裝，大大提高了施工效率，提高了重復(fù)使用率，綜合效益顯著。

3.6 花瓶墩模板經(jīng)濟(jì)性設(shè)計

根據(jù)花瓶墩幾何規(guī)律，如圖5所示(以左幅68號墩和左幅69號墩為例)，模板[2]采取經(jīng)濟(jì)性分塊設(shè)計：

(1)B1類型模板為平面模板，高度為200 cm，寬度為300 cm，引橋多個墩間或單個墩內(nèi)均可周轉(zhuǎn)使用。

(2)A1～An類型模板為帶倒角異形模板，高度為200 cm，寬度變寬，引橋多墩間可周轉(zhuǎn)使用。

(3)起步段模板為變高、變寬模板，只能一次性使用。

(4)墩帽模板分3塊，高度為623 cm，引橋多個墩間可周轉(zhuǎn)使用。

圖5 左幅68號墩和左幅69號墩花瓶墩模板分塊設(shè)計示意圖(cm)

3.7 花瓶墩關(guān)鍵施工技術(shù)要點(diǎn)

(1)墩身起步段在鋼吊箱圍堰內(nèi)施工，起步段墩身模板不能拆除，其可作為第二節(jié)墩身模板的連接、支撐點(diǎn)，可減少模板漏漿、混凝土成品錯臺。同理，第n節(jié)墩身頂部模板作為第n+1節(jié)墩身模板的連接、支撐點(diǎn)，此即為翻模[3]施工的關(guān)鍵施工技術(shù)要點(diǎn)。

(2)墩身起步段完成后，安裝第一輪裝配式梯籠平臺；第n節(jié)墩身完成后，安裝第n+1輪裝配式梯籠平臺；每次安裝的裝配式梯籠平臺頂面標(biāo)高需大于鋼筋頂面標(biāo)高，方便人員上下及鋼筋安裝。

(3)鋼筋采取散件單根安裝，先安裝主筋，再安裝外側(cè)水平箍筋，最后安裝鋼筋籠內(nèi)縱橫向水平構(gòu)造筋。豎向主筋采取直螺紋套筒連接，水平筋采取搭接焊連接，接頭錯開均≥50%。主筋通過角鋼梳子板定位間距，保護(hù)層通過圓形墊塊和焊接的鋼筋頭限位[4]。

(4)模板外側(cè)設(shè)置水平雙拼[14槽鋼背楞，雙拼[14槽鋼豎向間距為750 mm。通過雙拼[14槽鋼背楞設(shè)置φ30 mm精軋螺紋對拉拉桿，拉桿豎向間距為750 mm，橫向間距為1 100 mm。模板、背楞、拉桿共同承受混凝土澆筑過程的不均勻荷載。

(5)墩身頂部中間設(shè)置下料串筒，串筒底部距離上一節(jié)墩身混凝土頂部≤2 m。混凝土澆筑采取汽車泵泵送，工人分層振搗，分層高度控制在30～50 cm。

(6)在裝配式梯籠平臺頂部放水桶并接管至墩頂，墩頂混凝土采取滴灌養(yǎng)生；拆模后，由于翻模施工的需要，最頂層一節(jié)模板未拆除，在最頂層一節(jié)模板下沿四周纏繞橡膠管，橡膠管壁內(nèi)側(cè)開大量φ2 mm小孔，管內(nèi)壓水實(shí)現(xiàn)整個墩身周邊噴淋養(yǎng)護(hù)。墩頂?shù)喂囵B(yǎng)生、墩周邊噴淋養(yǎng)護(hù)，以此達(dá)到墩身養(yǎng)護(hù)到位，養(yǎng)護(hù)周期≥7 d。

4 結(jié)語

基于全落地裝配式梯籠平臺的水中花瓶墩施工技術(shù)為龍門大橋項(xiàng)目解決了大量施工技術(shù)難題，其安全性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性顯著。

(1)耐腐蝕“板凳墩”的設(shè)置，既解決了裝配式梯籠平臺易腐蝕問題，也滿足了裝配式梯籠平臺支撐點(diǎn)加寬的需求。

(2)橫向可調(diào)踏板為變寬花瓶墩施工提供了便利。

(3)裝配式梯籠平臺圍繞墩身一周，強(qiáng)度大、穩(wěn)定性好，可為花瓶墩斜向鋼筋散件安裝過程提供支撐，減少鋼筋斜向懸臂施工難度，提高施工效率，安全可靠。

(4)花瓶墩模板經(jīng)濟(jì)性設(shè)計實(shí)現(xiàn)了異形模板的高周轉(zhuǎn)率，大大降低了施工成本。