海花島跨海橋梁1#橋閘工程施工技術研究

張照華，毛定華，王耀增，蔣寒樂

(1.恒大?；◢u有限公司，海南 儋州 571741；2.啟東市水利市政工程有限公司，江蘇 啟東 226200)

1 工程概況

1.1 設計概況

?；◢u建設4座連島跨海橋梁和水閘，以滿足交通、通航、防潮、排澇、防臺、防災減災的需要。其中1#跨海橋閘工程采用“橋+閘+橋”的總體布置方案，將水閘隱藏在兩幅橋梁中間，橋梁結構總長478m，接岸總長580m，水閘29孔，單孔最大凈寬18m，孔口總凈寬354m，是目前國內最大的跨海橋閘工程[1]。

主線橋梁采用現澆預應力混凝土箱梁結構，橋墩采用實體墩，最大墩高19.113m，基礎采用灌注樁，箱梁外側設計鋼結構裝飾網架，橋梁兩端接線護岸設計為直立式沉箱結構。水閘工程采用鋼筋混凝土現澆結構，閘門采用上下雙扉擋潮鋼閘門，上扉門為平面滑塊支承鋼閘門，下扉門為平面滾輪支承鋼閘門。橋閘斷面如圖1所示。

圖1 橋閘斷面圖

1.2 水文地質

水文情況為：平均高潮位1.68m(黃海高程)，平均低潮位-0.39m；最高潮位2.65m，最低潮位-1.08m；平均海平面0.50m，平均潮差1.74m。

2 工程主要難點

如此大型的橋閘結合工程世界罕見，沒有先例可以參考，且不同于常規海上橋梁施工之處在于修建354m水閘工程無法水下作業，需要干地施工；工程所處位置水深、浪急，海底水文地質條件復雜；閘門設備安裝工程精度要求高，上下雙扉閘門啟閉須避免空間上的碰撞；工期極為緊迫。

為解決這些主要難點，需要研究的技術有：要解決海中潮汐、風浪作用下，深厚強透水拋石圍堰(大于20m)的止水防滲問題；要解決復雜地質、透水條件下鉆孔灌注樁的成孔問題；要解決堅硬珊瑚巖、凝灰巖夾層條件下橋梁承臺開挖的基坑支護問題；要解決高大橋墩的施工進度問題；為保證閘門能正常啟閉，要解決高大水閘閘墩垂直度、門槽軌道預埋件定位精度的問題。

總體施工部署為：采用在海中整體圍堰的方式進行橋閘施工，利用原有堤壩作為外海側圍堰，新建內海側圍堰。圍堰完成后抽水、填土整理場地，形成施工平臺，施工平臺標高-3m。利用施工平臺完成樁基礎、承臺、墩柱、消力池、閘室施工。

采用大噸位履帶吊機在箱梁外吊裝鋼閘門。利用消力池結構為基礎搭設箱梁支架，完成現澆箱梁施工并做好裝飾網架預埋件。分單元整體吊裝鋼結構裝飾網架，完成橋梁造型施工。

3 施工技術研究

3.1 拋石圍堰止水施工

外海側利用原有堤壩作為圍堰，原有堤壩長約1km，堤頂高程7.0m，在海上拋石堆填而成，拋石堤加海底珊瑚碎屑層等強透水層總厚度達20m。堤壩中心線位置設計雙排高壓旋噴止水帷幕，在深水、海浪作用、超厚大空隙透水層條件下，高壓旋噴止水帷幕成樁難、施工質量不可靠、止水效果差。后采用低壓注漿工藝，在雙排高壓旋噴樁間注漿補強止水帷幕[2]，施工完成后止水效果仍然差，圍堰內達不到抽水降水的條件。

在分析圖紙及施工條件后，決定先施工水閘工程防沖刷咬合樁作為拋石堤壩止水帷幕，提高咬合樁樁頂標高至平均高潮位。咬合樁施工需穿透堤壩拋石層3～10m，在拋石層上打樁鉆進、成孔較為困難。在比選、試打了多種成樁設備后，采用以全護筒改進型旋挖鉆機為主、全套管全回轉鉆機為輔的工藝施打咬合樁。施工工藝和設備選型比較情況如表1。

表1 咬合樁施工工藝及設備選型比較

咬合樁先施工A型樁，然后在2根A型樁之間施工B型樁，A、B樁混凝土咬合形成整體防滲結構。施工示意圖如圖2所示。實踐表明，在外海強風浪、高水頭、強透水條件下，拋石圍堰上施工的混凝土咬合樁能起到良好的止水防滲作用，為后續抽水干施工創造了條件。

圖2 咬合樁施工示意圖

新建內海側圍堰，采用開山土石料填筑，因內海側風浪小，水位標高低，新建土石圍堰填筑至黃海高程3.0m，仍先施工水閘工程防沖刷咬合樁作為土石圍堰止水帷幕。

3.2 樁基礎施工

灌注樁總計1256根，其中橋梁灌注樁φ1200mm 224根，水閘灌注樁φ800mm 906根，擋墻灌注樁φ1000mm 126根。海底地質條件較復雜，含有珊瑚碎屑層、珊瑚巖和凝灰巖夾層，地下水豐富，易塌孔。為穿透凝灰巖夾層，確保在水壓作用下不塌孔，充分發揮設備工效，φ1000mm直徑以上樁基采用旋挖鉆機施工，配備長護筒穿透強透水層；φ800mm樁基采用長螺旋壓灌混凝土反插鋼筋籠工藝施工。

旋挖鉆機鉆孔穿透珊瑚碎屑層后施打鋼護筒至粉質黏土層，有效避免了海水滲透壓作用下的孔壁坍塌，確保了成樁質量。

長螺旋鉆孔壓灌樁施工工藝為：長螺旋鉆機鉆孔至預定標高；將混凝土通過鉆桿內管壓至鉆頭底端，邊壓混凝土邊提升鉆桿至完成混凝土壓灌；起吊鋼筋籠，通過導入管和震動錘將鋼筋籠送入樁身混凝土內至設計標高位置[3]。該工藝施工的灌注樁成樁質量穩定、施工便捷、無需泥漿護壁、噪音小、成本低、效率高[4]。

3.3 承臺、墩柱施工

海底珊瑚巖夾層堅硬，承臺基坑支護鋼板樁施工前需要先引孔打穿硬質夾層。采用定制液壓馬達螺桿鉆頭，安裝在專用打拔設備上，有效打穿了堅硬夾層，保證了鋼板樁支護的施工。

墩身高度較高、造型復雜，采用現場人工高空安裝鋼筋的常規方法施工難度大、工效低。經過分析模擬后，采用地面整體預制墩身鋼筋，現場整體吊裝墩身鋼筋籠的工藝施工。墩身鋼筋籠分成2個標準節段，地面上預先對接好兩個節段間的鋼筋直螺紋接頭，并做好鋼筋骨架定位和加固。吊裝前使用平板車將鋼筋籠運輸至現場，200t汽車吊一次吊裝就位，拉纜風繩臨時固定后將鋼筋骨架焊接定位牢固，高空對接擰緊鋼筋直螺紋接頭。該工藝減少了人工高空作業，保證施工質量的同時加快了施工速度[5]。

3.4 水閘土建、金屬結構施工

設計采用上下雙扉門[6]，下閘門沿預埋主軌升降，提升至最后成為平放狀態；上閘門直上直下升降，閘門布置如圖3所示。閘門工廠化預制后現場吊裝拼接，啟閉過程中上下閘門間隙設計預留僅5cm。因土建施工、金屬結構制作安裝過程中存在尺寸偏差，如施工誤差、加工偏差、焊接變形、溫度變形等，累積偏差過大會對閘門運行產生影響，故須嚴格控制閘室結構、預埋件安裝、閘門制作以及啟閉機設備安裝的施工精度。

圖3 鋼閘門上下雙扉門設計布置圖

3.4.1閘室結構施工精度控制

測量基準控制點須可靠保護并定期校核。嚴格控制門槽中心線位置和門槽尺寸，嚴格控制閘墩混凝土結構整體垂直度≤5mm、平整度≤3mm[7]。

閘墩模板采用塑鋼模板，支模前做好鋼筋骨架定位，模板定位時預留混凝土澆筑產生的漲模量，加強對模板支撐、對拉和螺栓緊固的檢查，分層澆筑混凝土并控制好振搗時間。拆模后再次復測閘墩垂直度，出現偏差時要進行磨平處理。

提供給門槽施工的測量基準線必須反復復核，以控制門槽尺寸、埋件安裝位置和安裝精度。

3.4.2埋件安裝

底檻安裝前，將預埋鋼筋焊成支架，支架頂高程比底檻構件底面低50mm，便于底檻就位后有調整的余地。利用門槽兩側放好的樣點，拉水平線，找正底檻的高程及水平，每隔0.5m測量一點，調整至合格。底檻中心的調整利用已設置的閘孔縱橫中心線控制，中心位置偏差≤5mm，傾斜度≤1mm，底檻左右兩頭相對高程≤3mm。底檻安裝好后必須加固牢靠，以防二期混凝土澆筑振搗時走樣。

主軌安裝前，在已裝好的底檻上定出中心位置，根據底檻的中心位置定出主軌的位置，再將主軌吊入門槽，底部落在底檻上，同時對準底檻中心位置。主軌后焊調整螺栓，主軌前100mm焊線錘支架，掛線錘校核垂直度，從下部開始，逐步向上進行，每隔0.5m測量一點，控制垂直度偏差≤5mm。軌道安裝過程中出現垂直度偏差，調整螺栓絲口使垂直度符合要求。

埋件安裝調整完成并可靠加固后，再次復測確認無誤后，方可澆筑二期混凝土。澆筑二期混凝土時注意防止震動棒或其他物體撞擊埋件，控制好砼漲模變形。二期混凝土拆模后對埋件再次進行復測，同時檢查二期混凝土面的垂直度，不符合要求的，磨平至整體垂直度≤5mm。

3.4.3鋼閘門安裝

門體安裝次序為：①門體外形及配合尺寸復測檢查；②門槽清理、檢查；③單節運輸、吊裝、焊接拼接；④水封安裝及與水封座板面密封情況檢查、處理；⑤啟閉試驗。

鋼閘門上主輪、起吊滑輪等整體安裝檢驗合格后，利用400t履帶吊機分節將鋼閘門吊入門槽，現場焊接節段焊縫，安裝水封，形成閘門整體。檢查水封與水封座板的透光情況，控制水封的壓縮量≤4mm。

3.4.4啟閉機安裝

固定卷揚式啟閉機系統在工廠制作完成，進行預組裝并試運轉合格后方能運至工地現場。啟閉機安裝中心線根據閘門起吊中心線確定，控制其縱橫向中心線允許偏差≤3mm，高程允許偏差≤5mm，水平度偏差≤0.5‰。

啟閉機安裝完成后進行閘門靜平衡試驗、無水情況下全行程啟閉試驗，無水試驗合格后進行靜水情況下的全行程啟閉試驗。試驗過程檢查滑道和滾輪的運行是否有卡阻現象，雙吊點閘門的同步應達到設計要求。在閘門全關位置，水封橡皮無損傷，漏光檢查合格，止水嚴密。

3.5 上部結構施工

預應力混凝土現澆箱梁采用承插盤扣式鋼管支架作為支撐體系，腹板、端橫梁下方支架立桿加密。采用4臺塔式起重機進行垂直運輸，避免現場汽車吊過多導致場地擁擠。預應力張拉、壓漿采用智能化控制設備，程序化控制施工操作，數據實現實時上傳。

裝飾網架結構施工前在工廠做好深化設計，分好吊裝單元，采用BIM軟件先進行模擬拼裝，排除各種碰撞沖突后，在工廠加工好吊裝單元后運至現場拼裝[8]。單元與箱梁預埋板采用栓焊結合方式連接，臨時固定采用栓接，調整完成后滿焊固定，栓焊結合的施工方法避免了搭設高空拼裝胎架，加快了工程進度。

4 結語

對于海中潮汐浪涌、強透水條件下深厚拋石圍堰的止水處理，應用高壓旋噴、低壓注漿等工藝形成止水帷幕難以達到止水效果，而采用全護筒混凝土咬合樁施工工藝能夠實現止水效果。針對深厚拋石層上咬合樁樁基成孔，使用改進型全護筒旋挖鉆機經濟技術效果最優。長螺旋壓灌混凝土后插鋼筋籠工藝在強透水地質條件下能保證成孔效果和成樁質量，施工工效較高。高大墩柱鋼筋施工采用鋼筋籠整體預制吊裝的工藝能加快施工進度。上下雙扉門水閘安裝要控制好鋼閘門制作、預埋件定位、閘室結構施工的精度。?；◢u跨海1#橋閘工程的施工解決了工程難點，保證了工程進度和質量安全，以期為同類項目提供借鑒。