紅樹林保護(hù)區(qū)跨海橋梁設(shè)計(jì)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(shè)與管理工作。

摘要：文章以龍門大橋工程建設(shè)紅樹林保護(hù)為背景，對穿越紅樹林的揚(yáng)帆立交主線橋上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及下部結(jié)構(gòu)樁基施工、護(hù)筒內(nèi)樁接柱、墩柱一次性澆筑等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(fù)制性和可操作性較強(qiáng)的紅樹林區(qū)域跨海橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，為類似跨海橋梁建設(shè)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：樁基施工；護(hù)筒內(nèi)樁接柱；墩身一次性澆筑；紅樹林保護(hù)；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(yán)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(huì)帶來了巨大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)^[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(hù)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(wù)價(jià)值。保護(hù)珍稀植物是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)容，一定要尊重科學(xué)、落實(shí)責(zé)任，把紅樹林保護(hù)好^[3]。然而，在工程建設(shè)領(lǐng)域，不同的設(shè)計(jì)與施工方案對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)有不同的生態(tài)效應(yīng)，且目前利于紅樹林保護(hù)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(qiáng)、對紅樹林生態(tài)影響較小的跨海橋梁設(shè)計(jì)與施工技術(shù)。

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

廣西濱海公路龍門大橋項(xiàng)目路線全長7.637 km，主體工程由龍門大橋、揚(yáng)帆立交及三段路基組成。項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，主航道橋橋?qū)?8.6 m，輔航道橋橋?qū)?3 m，路基寬33.5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速為100 km。其中，揚(yáng)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(shè)計(jì)，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(chǔ)。

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(dá)，路線自西向東，先后穿越欽州茅尾海紅樹林自然保護(hù)區(qū)邊緣及龍門七十二涇風(fēng)景區(qū)的7個(gè)島嶼，涉及紅樹林范圍廣，生態(tài)敏感點(diǎn)多，紅樹林保護(hù)要求極為嚴(yán)苛。龍門大橋項(xiàng)目永久占用紅樹林0.87 hm²，其中揚(yáng)帆立交永久占用紅樹林0.64 hm²，主要位于揚(yáng)帆立交主線橋5^#～10^#墩，分布情況見圖1。

2 設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

揚(yáng)帆立交主線橋上部結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為滿堂支架現(xiàn)澆箱梁，該方案在施工時(shí)，橋梁投影面積的紅樹林將全部被破壞。為最大限度地保護(hù)紅樹林，降低現(xiàn)澆箱梁支架搭設(shè)對橋梁下部紅樹林的占用和破壞，將揚(yáng)帆立交主線橋優(yōu)化為架橋機(jī)安裝預(yù)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(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)，分幅設(shè)置，單幅橋?qū)?6.5～30 m，橫斷面上共布置5～9片預(yù)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(shè)計(jì)保持不變。

2.2 下部結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

揚(yáng)帆立交主線橋下部結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為柱式墩接承臺樁基礎(chǔ)，該方案在施工承臺時(shí)，施作的鋼板樁圍堰將擴(kuò)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(chǔ)，取消承臺及系梁，適當(dāng)減少墩柱數(shù)量，增加蓋梁設(shè)計(jì)；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(shù)

3.1 樁基施工

揚(yáng)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(shí)采用大護(hù)筒施工的方法^[4]，即選擇鋼護(hù)筒直徑比樁直徑大40 cm，在棧橋平臺上用振動(dòng)錘設(shè)備插打鋼護(hù)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(shí)間短。干法成孔時(shí)，基本不會(huì)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(shí)，相對于沖擊鉆的污染也較小。

3.1.2 沖擊鉆施工

當(dāng)受到地理地質(zhì)條件限制需要采用沖擊鉆施工時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注泥漿泄漏污染問題，護(hù)筒入巖深度不足和護(hù)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(hù)筒插打深度，遇到較硬巖層時(shí)可在沖孔過程中逐步跟進(jìn)，過程中要時(shí)刻關(guān)注潮汐漲落情況和護(hù)筒外的水面環(huán)境。若出現(xiàn)泥漿泄漏，應(yīng)查明情況，及時(shí)抽吸降低護(hù)筒內(nèi)泥漿水頭，補(bǔ)接鋼護(hù)筒并持續(xù)插打跟進(jìn)，直到泥漿不再外漏。

3.2 護(hù)筒內(nèi)樁接柱施工

揚(yáng)帆立交護(hù)筒內(nèi)樁接柱施工技術(shù)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(shù)，利用海上樁基施工時(shí)插打的鋼護(hù)筒作為施工圍堰，待樁基施工完成后，在護(hù)筒內(nèi)用旋挖鉆掏除淤泥，水磨鉆配合風(fēng)鎬進(jìn)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(zhǔn)備

清理樁頭前，需準(zhǔn)備好水磨鉆、風(fēng)鎬、起吊架、泥漿儲存箱等設(shè)備，待樁基檢測合格后方可進(jìn)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(yùn)到指定位置處置，防止污染環(huán)境。

3.2.3 樁頭破除

利用護(hù)筒口及棧橋作為作業(yè)平臺，用鋼管搭設(shè)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(hù)筒內(nèi)部進(jìn)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(jìn)鉆宜為50 cm，逐層鉆至接樁標(biāo)高，再用風(fēng)鎬鑿除側(cè)面混凝土，露出鋼筋。護(hù)筒內(nèi)采用空壓機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，單個(gè)破樁頭小組設(shè)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(yù)留鋼筋與墩柱鋼筋進(jìn)行連接，固定箍筋，并細(xì)部調(diào)整鋼筋間距和位置，保證各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.5 變截段混凝土澆筑

對放樣結(jié)果進(jìn)行復(fù)核，復(fù)核符合設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行1.6 m樁接柱變截段混凝土澆筑，澆筑完成后對頂部進(jìn)行鑿毛處理，為后續(xù)墩柱施工做好準(zhǔn)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(gè)墩柱高度在鋼筋加工廠進(jìn)行整體節(jié)段加工，加工完成后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場吊裝連接，減少了施工現(xiàn)場綁扎的安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染，同時(shí)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(jìn)行全面檢查，模板不得有變形，同時(shí)模板厚度、剛度、平整度要達(dá)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(jī)整體吊運(yùn)安裝在鋼護(hù)筒內(nèi)，模板安裝牢固穩(wěn)定后，全面檢查結(jié)構(gòu)尺寸、標(biāo)高、平面位置等各項(xiàng)指標(biāo)是否符合要求。部分較高墩柱，高度在護(hù)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(diǎn)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(shè)置4根纜風(fēng)繩，纜風(fēng)繩與地面的夾角宜為30°，最大應(yīng)≤45°。纜風(fēng)繩地錨抗拔力應(yīng)≥1 t。纜風(fēng)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(jì)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(yīng)保持在15～22 s，振動(dòng)棒與側(cè)模應(yīng)保持5～10 cm距離，嚴(yán)禁碰觸模板、鋼筋及其他預(yù)埋件。澆筑過程中，安排專人負(fù)責(zé)檢查各部件穩(wěn)固情況，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)進(jìn)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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行模板拆除，為防止后續(xù)鋼護(hù)筒拆除時(shí)對成品墩柱的磕碰損傷，應(yīng)先用吊車配合進(jìn)行鋼護(hù)筒切割吊裝拆除，待鋼護(hù)筒拆除完畢后，按一般施工工序進(jìn)行墩柱模板拆除，然后及時(shí)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(diǎn)及成效

4.1 技術(shù)特點(diǎn)

龍門大橋施工嚴(yán)格按照上述設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行施工組織，節(jié)省大量臨時(shí)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)用地，歷時(shí)8個(gè)月便成功完成所有主線橋樁基礎(chǔ)過渡段及墩身的施工，效果良好。該設(shè)計(jì)與施工技術(shù)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(yù)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(shí)長。

（2）利用樁基礎(chǔ)施工階段的鋼護(hù)筒作為止水圍堰及支護(hù)結(jié)構(gòu)，無須額外設(shè)置鋼圍堰，節(jié)省材料用量，且圓形鋼護(hù)筒力學(xué)性能好，結(jié)構(gòu)形式適用于支護(hù)結(jié)構(gòu)，施工安全風(fēng)險(xiǎn)低。

（3）樁基旋挖鉆施工、護(hù)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(hù)效果好。

（4）下部結(jié)構(gòu)施工所需機(jī)械設(shè)備基本為小型設(shè)備，成本較低，可擴(kuò)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益

該技術(shù)應(yīng)用在龍門大橋建設(shè)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(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)事業(yè)做出了較大貢獻(xiàn)，為同類型跨海橋梁設(shè)計(jì)與施工提供了借鑒，具有出色的社會(huì)效益。

該技術(shù)施工方便，所需設(shè)備簡單，施工速度快，節(jié)省工期。與原設(shè)計(jì)現(xiàn)澆箱梁相比，節(jié)約了圍堰、支架等大量臨時(shí)鋼材使用。在龍門大橋揚(yáng)帆立交主線橋施工中應(yīng)用節(jié)省施工費(fèi)用約205.08萬元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

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

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