綠色低碳背景下水中墩信息化施工技術應用

段建濤 王記濤

（1.河南豫路工程技術開發有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南金途科技集團股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，隨著我國市政工程、交通工程建設項目的不斷增加，人們對工程施工的要求越來越高。其中，特別是跨越水庫、湖泊、河流及自然風景保護區的橋梁工程項目，為避免在建設期間污染水體或景區，進而產生不良社會影響、拖延工期，綠色施工要求都較高。多數橋梁所在庫區水位較深，施工難度較大，承臺施工中需要鋼板樁圍堰防護，并提前分析各種工況下鋼板樁圍堰的受力情況，設計合理的圍堰防護體系，在不影響周邊水體的情況下，保證承臺施工安全可控。

水中墩施工作業空間狹小，各類機械聚集在作業平臺上，機械在作業或維修保養時若不慎將油污滴落水庫中，需要采取相應措施保證污染不擴散，盡可能減少周邊水體污染。施工過程工序相對復雜，加上項目技術人員普遍年輕化，須借助可視化手段提高管理、技術人員理解施工方案效率，避免返工。同時，在樁基鋼筋籠下放過程中精度控制難度大、橋墩養護過程效率低、水資源浪費多，須采取相應措施改變既有施工工藝。本文在綠色低碳環境下，開展水中墩信息化施工技術的應用研究，具有很好的推廣及應用前景。

1 信息化施工技術應用特點

采用BIM建模技術布置棧橋及場地，模擬樁基、承臺、墩身施工，提高施工效率。利用Midas技術分析三種工況下鋼板樁的受力情況，保證施工安全；創新應用吸油鎖，避免施工污染水體；采用塑料薄膜堵漏技術封堵鋼板樁圍巖，提高止水效果；采用自動噴淋技術養護墩身混凝土，保證養護質量；采用鋼筋籠定位護筒實現墩身鋼筋籠的精確定位，提高樁基施工質量；二維碼信息化技術交底，提高交底效率。

2 水中墩施工技術關鍵環節

2.1 BIM族庫及模型建立

使用Revit軟件建立鋼棧橋及水中墩施工BIM模型，包括鋼棧橋、施工作業平臺、樁基、承臺、墩身等，并賦予模型施工所需信息，保證后續BIM技術的應用。

圖1 水中墩模型創建

2.2 鋼棧橋施工

按“1152”標準化要求配置橋梁架子施工人員，即一個隊長，一個技術負責人，配置技術員、試驗員、材料員、安全員、質量員及工班長和領工員。根據施工需要，每個模型附加完整的信息參數，通過BIM建模技術布置棧橋及場地，優化臨建布置方案；同時，模擬樁基、承臺、墩身施工，形成三維作業指導手冊，提高方案交底效率。此外，通過信息化施工預演，在嚴格控制水中墩施工工序，保證施工質量的同時，確保施工對既有環境干擾最小。

2.3 吸油索設置

防止油污污染的傳統方法是在機械作業平臺上鋪設土工布填土吸附油污，并在作業平臺四周設擋土板，防止污染物掉落水中。但由于機械漏油的不確定性和作業人員環保意識不強，以及降雨影響，油污難免仍會進入水體造成污染。

針對以上問題，本文提出在現有主動防油污的基礎上，在施工水域四周加設一道被動防油污吸油索，吸油索可直接吸附鎖定落入水體的油污，防止油污擴散。同時，吸油索具有吸附量大（10倍或25倍自重）、吸附快、可重復利用、懸浮于水面、節約人力成本等優點。

2.4 承臺拉森鋼板樁施工

選用12m的拉森IV鋼板樁，在鋼板樁設置兩道鋼圈梁內支撐結構，圈梁采用兩道40a工字鋼，施工選用50t吊車掛90振動錘，內支撐采用φ609×16mm鋼管，墩身施工出水后，在圍堰內灌水至承臺標高，拆除第二層內支撐，直至圍堰內灌水至內外水頭一致，拆除第一層內支撐，拔出鋼板樁后，再完成圍堰施工。

拉森鋼板樁施工過程中，將成卷的塑料薄膜抽拉成束，并在一端綁上重物，然后沿著漏水拉森樁的鎖口處由上至下放置，采用塑料封堵鎖口滲漏。當發生鎖口滲漏時，用棉絮在內側嵌塞，同時采用塑料薄膜封堵漏縫外側，使其由水流夾帶至漏水處自行堵塞。當塑料薄膜通過漏水處時，借用水流吸附力作用，將塑料薄膜吸進漏水的鋼板樁鎖口縫隙中，將其填充密實達到止水效果。當因河床透水引起樁腳滲漏時，可采用水下混凝土封底或向透水層壓注水泥砂漿的方法止水，對于其他原因造成的滲漏，可在樁腳處填筑土袋止水。

2.5 施工工況檢算

將創建好的鋼板樁BIM模型通過格式轉換導入Midas軟件，讀取截面信息后，通過Midas添加應力信息檢算鋼板樁在不同工況下的受力情況。

利用Midas分析“工況一”：打設鋼板樁至設計標高，安裝第一層內支撐，圍堰內清理至設計標高，計算鋼板樁受力、入土深度等。

利用Midas分析“工況二”：圍堰封底混凝土施工，抽水至+81.403m。

利用Midas分析“工況三”：安裝第二道內支撐，在圍堰內抽干水。

最終通過數值模擬分析，得出結論：圍堰結構強度、剛度及穩定性滿足規范要求。

圖2 三種工況模擬

2.6 墩身施工

墩身內模采用組合鋼模板，模板固定牢固，保證橋墩內的結構尺寸。鋼模板用吊車吊裝就位，利用千斤頂微調，使各項指標滿足規范和技術標準的規定。模板就位前，采用密封條封堵模板接縫，利用膩子抹縫后刷脫模劑。墩身混凝土分層澆筑，首先澆筑墩身下部實體混凝土，待混凝土初凝強度達到設計要求時，處理結構層做鑿毛，澆筑完后加設結構筋。

為提高混凝土養生效率，節約養護成本，采用信息化施工技術綜合協調控制由蓄水箱、高揚程水泵、時間繼電器、輸水管、噴淋管等硬件設備組成的墩身混凝土自動噴淋養生系統。設定時間繼電器的時間間隔和持續時間，并打開噴淋系統電源，信息化養生過程中，通過感應器收集信息、控制模塊的信號發送，蓄水箱執行模塊根據信號自動控制蓄水量，保證噴淋作業的連續性；噴淋執行模塊根據信號自動進入工作狀態，繼電器到達指定的噴淋時間后接通水泵開關，精確控制養護周期；高揚程水泵從水箱內抽水送至輸水管內，準確控制養護用水量；輸水管連接噴淋管，在墩頂包裹的土工布上灑水，開始自動化養生作業，通過濕潤的土工布經重力自流將水幕均勻地傳遞到需要養護的墩身混凝土上；噴水時間達到預定時間后，時間繼電器關閉水泵開關停止噴水，確保高效率、高質量、節約化地完成墩身混凝土養護作業。

施工完成后，及時清理場地。施工過程貫穿信息化施工理念，利用“互聯網+二維碼”思維，將技術交底、施工方案通過二維碼展示，并在施工區域設置交底區，技術人員、施工人員通過掃描二維碼即可實時了解施工工序及操作要點，提高施工管理水平。

3 水中墩信息化施工環保措施及應用效果

3.1 水中墩施工環保措施

信息化施工可以模擬施工并優化水中墩施工的設計方案，采取先進的施工工藝，確保施工中不對沿線地表水體造成污染。同時，可以預先模擬測試機械設備噪聲，設備底座設置防振基礎，合理選用滿足施工條件的液壓設備或以摩擦壓力代替機械振動的低噪聲施工機械設備。另外，預先信息化控制機械布置密度，避免機械過于集中疊加噪聲。

構建水中墩施工建養一體化云管理平臺，并通過使用方聯合驗收，實現各功能板塊自動預警功能；同時，利用建設期數據、前方設備監控、大數據分析實現管理專業化、信息化和精細化，提高管理效率和科學決策水平，為項目進度、質量管控提供全面科學準確的數據分析。

3.2 信息化施工應用效果

水中墩信息化施工縮短了施工工期，降低了施工難度，減少了人力物力的投入，經濟效益與社會效益顯著。通過BIM建模技術三維建模布置棧橋及場地，模擬樁基、承臺、墩身施工，提高施工效率，縮短工期，減少了場地浪費，降低了施工難度；利用Midas技術分析鋼板樁在三種工況下的受力情況，降低了施工中存在的風險；利用吸油索在水面上圍堵施工場地，減少了施工產生的油污對水庫的污染；采用自動噴淋技術養護墩身混凝土，降低了人工投入，保證了墩身實體質量；利用“互聯網+工程施工技術”將施工方案、作業指導書、技術交底等制作生成二維碼放于現場，經濟效益與環保效果顯著。

4 結束語

本文針對水中墩工程建設中的變量信息多、施工效率低、環保要求高等諸多問題，在準確分析水中墩施工特性和深入研究信息化技術施工的基礎上，采用Revit軟件、BIM建模等網絡化和可視化信息技術，率先信息化集成水中墩施工資料、模擬施工技術、采取環保措施，合理地選取最優模型制定最佳水中墩施工方案，研究提出了水中墩信息化施工技術方法，形成了較完善的水中墩信息化施工綜合管理系統平臺，從而顯著提高了水中墩施工安全和建設質量，并切實加強了動態設計和實時優化，縮短了施工工期，減少了環境污染，節約了成本投入，也為高效精細化管理提供了可靠的理論依據和技術支撐，可為行業人員提供有效的參考和借鑒。