紅樹林保護區(qū)跨海橋梁設計與施工探討

作者簡介：賀 銀（1995—），助理工程師，主要從事公路橋梁工程建設與管理工作。

摘要：文章以龍門大橋工程建設紅樹林保護為背景，對穿越紅樹林的揚帆立交主線橋上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)設計以及下部結(jié)構(gòu)樁基施工、護筒內(nèi)樁接柱、墩柱一次性澆筑等關鍵技術進行研究，總結(jié)出一套施工質(zhì)量、安全易于控制，對紅樹林影響小，復制性和可操作性較強的紅樹林區(qū)域跨海橋梁設計與施工技術，為類似跨海橋梁建設提供技術參考。

關鍵詞：樁基施工；護筒內(nèi)樁接柱；墩身一次性澆筑；紅樹林保護；龍門大橋

中圖分類號：U442.1

0 引言

近年來，全球環(huán)境問題愈發(fā)嚴重，包括氣候變化、生物多樣性喪失、環(huán)境污染等，給人類社會帶來了巨大的生態(tài)風險^[1]。紅樹林作為熱帶亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，在消浪護岸、固碳儲碳^[2]、凈化海水、維持近海生物多樣性等方面有著不可取代的作用，具有極高的生態(tài)系統(tǒng)服務價值。保護珍稀植物是保護生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)容，一定要尊重科學、落實責任，把紅樹林保護好^[3]。然而，在工程建設領域，不同的設計與施工方案對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)有不同的生態(tài)效應，且目前利于紅樹林保護的施工工藝和措施還鮮有研究，因此本文通過研究總結(jié)出一套操作性較強、對紅樹林生態(tài)影響較小的跨海橋梁設計與施工技術。

1 項目概況

1.1 工程概況

廣西濱海公路龍門大橋項目路線全長7.637 km，主體工程由龍門大橋、揚帆立交及三段路基組成。項目橋梁總長6 597 m，主航道橋采用主跨1 098 m單跨吊全漂浮體系鋼箱梁懸索橋，索塔采用門式混凝土索塔，塔高174 m，通航凈空為1 020 m×44.6 m，滿足20 000 GT郵輪通航要求。全線按雙向六車道一級公路標準建設，主航道橋橋?qū)?8.6 m，輔航道橋橋?qū)?3 m，路基寬33.5 m，設計時速為100 km。其中，揚帆立交主線橋橋長590 m，共7聯(lián)，跨徑布置為3×（3×30）m+2×25 m+2×（3×30）m+（25+30+25）m，橋梁分左右幅布置。按施工圖設計，上部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩接承臺樁基礎。

1.2 環(huán)境概況

龍門大橋路線所經(jīng)海域紅樹林密布，海洋養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，路線自西向東，先后穿越欽州茅尾海紅樹林自然保護區(qū)邊緣及龍門七十二涇風景區(qū)的7個島嶼，涉及紅樹林范圍廣，生態(tài)敏感點多，紅樹林保護要求極為嚴苛。龍門大橋項目永久占用紅樹林0.87 hm²，其中揚帆立交永久占用紅樹林0.64 hm²，主要位于揚帆立交主線橋5^#～10^#墩，分布情況見圖1。

2 設計優(yōu)化

2.1 上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

揚帆立交主線橋上部結(jié)構(gòu)原設計為滿堂支架現(xiàn)澆箱梁，該方案在施工時，橋梁投影面積的紅樹林將全部被破壞。為最大限度地保護紅樹林，降低現(xiàn)澆箱梁支架搭設對橋梁下部紅樹林的占用和破壞，將揚帆立交主線橋優(yōu)化為架橋機安裝預制小箱梁，主線橋全橋共7聯(lián)，跨徑布置為3×（3×30）m+2×25 m+2×（3×30）m+（25+30+25）m。橋梁分左右幅布置，上部結(jié)構(gòu)采用簡支25 m、30 m預應力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，分幅設置，單幅橋?qū)?6.5～30 m，橫斷面上共布置5～9片預制小箱梁，小箱梁采用6-?15.2 mm鋼絞線，梁高1.75 m。A、B匝道橋上部結(jié)構(gòu)設計保持不變。

2.2 下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

揚帆立交主線橋下部結(jié)構(gòu)原設計為柱式墩接承臺樁基礎，該方案在施工承臺時，施作的鋼板樁圍堰將擴大紅樹林影響范圍。為減少主線橋下部結(jié)構(gòu)永久占地面積及影響，將橋墩優(yōu)化為柱式墩接樁基礎，取消承臺及系梁，適當減少墩柱數(shù)量，增加蓋梁設計；調(diào)整與主線橋銜接的匝道橋的墩柱外觀形式，保證主線橋與匝道橋視覺形態(tài)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對比見圖2，優(yōu)化后樁基長度為29～41 m，墩柱高度為5.29～14.44 m。

3 施工技術

3.1 樁基施工

揚帆立交受條件限制，采用旋挖鉆和沖擊鉆混合施工，為保證后續(xù)墩柱模板安裝空間，樁基施工時采用大護筒施工的方法^[4]，即選擇鋼護筒直徑比樁直徑大40 cm，在棧橋平臺上用振動錘設備插打鋼護筒，根據(jù)鉆孔灌注樁施工工藝完成樁基。

3.1.1 旋挖鉆施工

旋挖鉆屬于綠色施工工藝^[5]，為防止泥漿污染紅樹林，在紅樹林區(qū)域宜采用旋挖鉆施工樁基，環(huán)保性能更好^[6]、成孔速度更快、對周邊環(huán)境污染小、影響時間短。干法成孔時，基本不會對現(xiàn)場和周邊環(huán)境造成污染，即便采用靜態(tài)泥漿成孔時，相對于沖擊鉆的污染也較小。

3.1.2 沖擊鉆施工

當受到地理地質(zhì)條件限制需要采用沖擊鉆施工時，應重點關注泥漿泄漏污染問題，護筒入巖深度不足和護筒內(nèi)外水頭差過大均易造成泥漿泄露。因此，樁基沖孔前，要確保鋼護筒插打深度，遇到較硬巖層時可在沖孔過程中逐步跟進，過程中要時刻關注潮汐漲落情況和護筒外的水面環(huán)境。若出現(xiàn)泥漿泄漏，應查明情況，及時抽吸降低護筒內(nèi)泥漿水頭，補接鋼護筒并持續(xù)插打跟進，直到泥漿不再外漏。

3.2 護筒內(nèi)樁接柱施工

揚帆立交護筒內(nèi)樁接柱施工技術是為減少施工圍堰對紅樹林區(qū)域的影響而專門制定的一種小空間作業(yè)的施工技術，利用海上樁基施工時插打的鋼護筒作為施工圍堰，待樁基施工完成后，在護筒內(nèi)用旋挖鉆掏除淤泥，水磨鉆配合風鎬進行樁頭破除，樁接柱鋼筋連接，變截段澆筑。工藝流程及工作面示意圖見圖3及下頁圖4。

3.2.1 施工準備

清理樁頭前，需準備好水磨鉆、風鎬、起吊架、泥漿儲存箱等設備，待樁基檢測合格后方可進行施工。

3.2.2 樁頭清理

樁頭頂部有較多泥漿、水泥混合物沉淀，采用小型旋挖鉆清理樁中心混合物，人工清理剩余混合物，將清理出的混合物存于平臺上的泥漿儲存箱，然后運到指定位置處置，防止污染環(huán)境。

3.2.3 樁頭破除

利用護筒口及棧橋作為作業(yè)平臺，用鋼管搭設鎖扣，采用水磨鉆和人工鑿除結(jié)合的方式。在樁基混凝土澆筑初凝后，人工通過爬梯沿著鋼護筒內(nèi)部進入樁頂，用水磨鉆頭沿樁基鋼筋籠內(nèi)10 cm鉆一圈孔，取出中心混凝土塊，每層進鉆宜為50 cm，逐層鉆至接樁標高，再用風鎬鑿除側(cè)面混凝土，露出鋼筋。護筒內(nèi)采用空壓機或鼓風機進行通風，單個破樁頭小組設置3人，一人操作水磨鉆，另兩人配合出渣兼安全警戒。

3.2.4 樁接柱鋼筋連接

待樁頭破除完成后，根據(jù)放樣結(jié)果，將樁基預留鋼筋與墩柱鋼筋進行連接，固定箍筋，并細部調(diào)整鋼筋間距和位置，保證各項指標符合設計要求。

3.2.5 變截段混凝土澆筑

對放樣結(jié)果進行復核，復核符合設計要求后進行1.6 m樁接柱變截段混凝土澆筑，澆筑完成后對頂部進行鑿毛處理，為后續(xù)墩柱施工做好準備。

3.3 墩柱一次性澆筑施工

3.3.1 樁接柱鋼筋吊裝

墩柱鋼筋籠采用部品化施工，即根據(jù)每個墩柱高度在鋼筋加工廠進行整體節(jié)段加工，加工完成后運輸?shù)浆F(xiàn)場吊裝連接，減少了施工現(xiàn)場綁扎的安全風險和環(huán)境污染，同時有利于質(zhì)量控制和快速化施工^[7]。

3.3.2 模板安裝

圓柱墩采用兩塊半圓形模板拼裝，安裝前必須進行全面檢查，模板不得有變形，同時模板厚度、剛度、平整度要達到規(guī)范要求，模板污漬銹跡須打磨干凈，然后涂刷脫模劑。模板在施工平臺上安裝成型后，采用吊機整體吊運安裝在鋼護筒內(nèi)，模板安裝牢固穩(wěn)定后，全面檢查結(jié)構(gòu)尺寸、標高、平面位置等各項指標是否符合要求。部分較高墩柱，高度在護筒以上的采用一般模板安裝工藝。

3.3.3 鋼筋籠模板加固

模板安裝完后，需放出中心點位置，在模板頂拉十字絲調(diào)整模板位置。為防止鋼筋籠及模板偏位，保證其穩(wěn)定性，在鋼筋籠、模板頂部對稱設置4根纜風繩，纜風繩與地面的夾角宜為30°，最大應≤45°。纜風繩地錨抗拔力應≥1 t。纜風繩使用?12 mm鋼絲繩，用CO型M22花籃螺絲收緊，其布置見圖5。

3.3.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑前，檢測混凝土坍落度和均勻性，坍落度要求在14～18 cm，通過墩身直徑和料斗容量，計算每澆筑30 cm墩身所需的料斗混凝土，確保控制每層混凝土灌注厚度≤30 cm。每處混凝土振搗應保持在15～22 s，振動棒與側(cè)模應保持5～10 cm距離，嚴禁碰觸模板、鋼筋及其他預埋件。澆筑過程中，安排專人負責檢查各部件穩(wěn)固情況，發(fā)現(xiàn)異常情況時，及時進行處理，并做好混凝土施工記錄。

3.3.5 拆模及養(yǎng)生

混凝土強度達到設計要求后方可進行模板拆除，為防止后續(xù)鋼護筒拆除時對成品墩柱的磕碰損傷，應先用吊車配合進行鋼護筒切割吊裝拆除，待鋼護筒拆除完畢后，按一般施工工序進行墩柱模板拆除，然后及時給墩柱覆蓋薄膜以保水養(yǎng)生，保證墩柱外觀質(zhì)量。

4 特點及成效

4.1 技術特點

龍門大橋施工嚴格按照上述設計與施工技術進行施工組織，節(jié)省大量臨時結(jié)構(gòu)、臨時用地，歷時8個月便成功完成所有主線橋樁基礎過渡段及墩身的施工，效果良好。該設計與施工技術原理明確，具有施工安全、質(zhì)量易于控制、縮短工期、降低成本、節(jié)能環(huán)保等較為顯著的優(yōu)勢。

（1）上部結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆改預制減少了現(xiàn)場施工對紅樹林生態(tài)的污染程度和影響時長。

（2）利用樁基礎施工階段的鋼護筒作為止水圍堰及支護結(jié)構(gòu)，無須額外設置鋼圍堰，節(jié)省材料用量，且圓形鋼護筒力學性能好，結(jié)構(gòu)形式適用于支護結(jié)構(gòu)，施工安全風險低。

（3）樁基旋挖鉆施工、護筒內(nèi)樁接柱、鋼筋籠部品化施工及墩柱一次性澆筑不但提高了施工效率，且基本沒有污染物排放，對紅樹林生態(tài)保護效果好。

（4）下部結(jié)構(gòu)施工所需機械設備基本為小型設備，成本較低，可擴大規(guī)模投入施工。

（5）僅占用永久結(jié)構(gòu)物上方的空間，有效隔離施工對紅樹林的影響，特別適用于生態(tài)環(huán)境敏感及空間條件受限的施工。

4.2 社會經(jīng)濟效益

該技術應用在龍門大橋建設中，大量占用紅樹林的情況得以減少，避免約17 000株紅樹林被破壞，對當?shù)丨h(huán)境保護事業(yè)做出了較大貢獻，為同類型跨海橋梁設計與施工提供了借鑒，具有出色的社會效益。

該技術施工方便，所需設備簡單，施工速度快，節(jié)省工期。與原設計現(xiàn)澆箱梁相比，節(jié)約了圍堰、支架等大量臨時鋼材使用。在龍門大橋揚帆立交主線橋施工中應用節(jié)省施工費用約205.08萬元，具有較好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

為探索跨海橋梁工程建設中利于紅樹林保護的設計與施工技術，本文基于龍門大橋工程，從橋梁上、下部結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化，樁基、樁接柱過渡段、墩柱施工等方面進行技術改進，對紅樹林起到了較好的保護作用，施工質(zhì)量安全也更易于控制，同時，該技術降低了大量臨時結(jié)構(gòu)成本，極大地優(yōu)化了施工流程，工藝技術措施齊全，優(yōu)勢明顯。經(jīng)過實際項目工程的施工實踐，本文所論述的紅樹林保護區(qū)跨海橋梁設計與施工技術合理有效，可為同類型工程項目參考借鑒。

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