以技术革新实现单体特大桥项目成本节约

2018-05-04杨天伟

城市道桥与防洪 2018年4期

杨天伟，卢磊

（中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门 361000）

0 引言

20世纪90年代后，随着国家基础设施建设的大规模开展，单体特大桥如雨后春笋般在全国各地开始陆续建设，如苏通长江大桥、润扬长江大桥、杭州湾大桥等。这类大型桥梁具有其独特的性质，技术难度大，施工周期长，环境影响明显，不可预见因素多，但随着市场的不断发展，这些桥梁施工企业之间的竞争也日趋激烈，谁能掌握先进的技术，降低施工的风险和成本，谁就能在竞争中取胜，谁就能持续发展。施工成本管理是项目经营成败的关键，也是企业生存发展的先决条件，单体特大桥施工的复杂程度，安全的风险程度，都促使它的施工具有高成本性。技术革新可改善施工工艺，降低施工安全风险，提高施工质量，最终体现在施工成本的节约上。现以永川长江大桥为例来阐述技术革新对单体特大桥成本的节约。

1 项目概况

永川长江大桥位于重庆市永川区，是重庆三环高速公路永川至江津段的一座标志性建筑，是连接永川和江津之间的重要通道。永川长江大桥为主跨608 m的双塔双索面钢-混凝土斜拉桥，全长1 008 m，桥跨布置为（64+68×2+608+68×2+64）m，其中永川侧塔高196.7m，江津侧塔高206.4 m。索塔选用钻石形，主梁采用混合梁，混凝土梁采用P K断面，整幅箱梁由2个倒梯形的边箱及连接2个边箱的横隔板构成。钢箱梁采用与混凝土断面相适应的边箱封闭式流线型扁平钢箱梁。

2 技术革新策划

技术革新策划的目标是通过对技术重点和难点进行技术攻关，采用高效低成本的技术，促进工程建设的效益最大化。具体分析如下：

（1）单体特大型桥梁的成本管理在于技术创新与方案的优化。针对常规大型斜拉桥的建设，目前市场竞争已趋白热化，各施工单位在单价上已无任何优势，且施工工艺也趋于大同，如何降低成本，创造效益，做到行业施工水平的前列，是摆在每一位施工管理人员面前的难题。单体特大桥要向技术要效益。通过方案的优化来创造利润增长点。例如大型结构物混凝土方量大，项目可通过材料替代的方式，通过双掺矿粉和粉煤灰替代水泥，即既保证了桥梁的耐久性，又节约了成本。

（2）由于单体特大桥多处于近海、大江、大河流域等地区，而且此类桥梁高度大，跨度长，在施工的自由状态时，很容易受到外界环境的干扰，且很多影响是不可逆的，一旦发生，损失严重。如在海边施工，很容易受到季节性台风影响，尤其是桥梁处于长悬臂状态，极易对桥梁造成扭曲，因此，要积极收集当地历年来的气象资料，并确定桥梁在台风期间所需的安全状态，所有辅助性工程均要在台风到来前施工完成，以保证桥梁结构安全性。在受汛期影响的桥梁，要了解历年来最高的洪水水位，合理安排施工进度，保证在汛期到来时，结构部位均已出水面、栈桥修建完成，防止由于汛期造成无法施工的局面。利用水位变化达到施工目的的分项工程也要十分重视前期准备工作及水文资料的收集工作。在适当的水位进行施工，如果错过这段时间，将采用相当高的代价完成施工生产任务。因此，施工要懂得自然规律，尊重自然，趋利避害。

3 技术革新的措施实施

通过对地质条件的认真调查，改变桩基础单一采用的回旋钻、冲击钻、人工挖孔等施工方式。根据地层不同深度的地质构造改为挖、冲结合的施工方式，加快施工进度。通过对永川长江大桥桥位处历年水位的调查和项目测量队的详细观察，总结经验，改变了以往钢梁上岸的传统模式，充分利用水位变化，使用气囊滚动钢梁上岸。采用新设备进行边跨混凝土浇注；发明新的张拉设备，进行斜拉索张拉。

3.1 旋挖钻+冲击钻成孔施工工艺

永川长江大桥主墩每个承台下设24根Φ2.5m桩基，设计桩长南岸40 m，北岸30 m。地质条件分别为南岸0～7 m为透水性卵石层，7～12 m为强风化泥岩层，12～50 m为中风化泥岩且夹杂1 m左右砂岩，其中泥岩强度为5～15 MPa。北岸0～3 m为稍密粉土层，3～21m为中风化砂岩，21～70m为中风化泥岩且夹数层厚1～3m左右的砂岩层，其中砂岩天然强度为30～40MPa；泥岩强度为10～15MPa。

传统工艺：根据常规经验，采用冲击钻成孔的施工工艺。

技术革新施工方案：项目考虑到南岸基础要“抢水”施工，且在5月份要施工至塔柱第3节段以上，在施工工艺上，采用了旋挖钻配合冲击钻成孔的施工工艺，大大缩短了施工工期，具体为前30～35 m采用旋挖钻成孔，遇到底层的砂岩夹层，转用冲击钻成孔。按照常规工艺，桩径2.5 m、长40 m深度岩层钻孔桩，采用冲击钻单根周期需15～20 d，而该项目仅 6～7 d。

永川长江大桥北岸全部采用8台冲击钻分3轮完成桩基，工期3个月；南岸采用2台旋挖钻机配合7台冲击钻机进行施工，工期2个月。在工期方面，整整节省1个月时间，为洪水到来前完成3节塔柱施工提供了良好的保障。

成本节约：在成本方面，采用旋挖钻机施工成本虽然比采用冲击钻多出26万元，但由于南岸为关键线路，工期缩短1个月，项目直接管理成本节省约80万元，实际采用冲击钻机结合旋挖钻机施工成本节约54万元。南岸主墩采用混凝土汽车泵灌注混凝土，减少了单根混凝土灌注时间，节省了场地硬化及灌注道路维护费用，直接成本节约5万余元，间接降低了灌注过程中的质量风险，并很好地配合了旋挖钻高效的施工进度。两种工艺经济性比较见表1所列。

表1 冲击钻与旋挖钻机结合冲击钻机成孔费用对比表

3.2 大掺量粉煤灰降低大体积混凝土水化热技术

主塔承台为八边形，平面尺寸为42.0 m×23.25 m的矩形四周倒角6.25 m×6.25 m（见图1）、厚6.0 m的整体式实体混凝土结构，单个承台的混凝土体积为5 390.25 m3，C30混凝土。

图1 承台平面图

技术革新工艺：采用大掺量粉煤灰的技术措施，可降低混凝土的水化热并提高密实性，同时采用机制砂与宜宾细砂的混合砂代替洞庭天然河砂以降低成本。承台混凝土的配合比见表2所列。

表2 承台混凝土配合比一览表 kg/m3

成本节约：永川长江大桥索塔承台大体积混凝土配合比通过优化，采用大掺量粉煤灰的技术方案，降低了水泥用量，不仅降低了水化热，提高了混凝土的性能，同时降低了成本。通过混凝土配合比的优化，每方混凝土可节约52.8元，每个承台混凝土为5 390.25 m3，大桥两个主桥索塔承台总共可节约56.9万元，具有较大的经济效益。

3.3 气囊移运钢梁技术

（1）概况：永川长江大桥所有钢箱梁均采用桥面吊机进行安装。安装前，钢箱梁必须到达桥面吊机指定安装位置的正下方，方可通过桥面吊机进行起吊安装作业。按照工期计划，拟于2013年5月份左右开始吊装钢箱梁。参照2009-2012年水文数据，5月初桥址在+194.5 m左右，受地形和水位限制运梁驳船将无法将两侧钢箱梁送达吊装位置,所以需考虑两岸前若干榀钢箱梁提前上岸方案。

（2）传统方法：大型浮吊吊装，搭设钢栈桥存梁。

（3）技术革新工艺：施工时，放置若干个无气的圆柱型气囊在待移运的钢梁下方，待各个气囊均匀充气后，将构件顶起至支座脱空，然后取出支座，再收放前、后卷扬设备，对构件进行平衡牵引，使钢梁在气囊上水平滚动前移[1]。

（4）优点：操作简便且安全，只需对气囊充气，顶升重件，开启牵引系统，即可实现箱梁的水平移动。气囊是柔软弹性体，具有缓冲作用；气囊对构件的支撑力小，不易损伤构件；相比租用大型浮吊和大面积开挖河道，气囊运输投入成本小，施工安全。

（5）成本节约：以永川长江大桥钢主梁施工为例，采用气囊方式上岸方案与荡移法上岸的方案比较，南北岸5段钢梁，共可节约工程费用58万元；与平板车运输方案比较，南北岸5段钢梁，共可节省费用48万元；与大型浮吊吊装方案比较，可节省费用141万元。据综合估算，采用气囊移运钢箱梁的方案可比上述的施工方案平均可节省成本费用82.3万元。

3.4 组合式千斤顶张拉斜拉索技术

（1）概况：大跨径斜拉桥斜拉索张拉是工程控制的关键，结合现场实际情况，永川长江大桥采用了组合式千斤顶张拉斜拉索技术，在半年内即完成了152根斜拉索的张拉和调索工作，同时也得到建设、监理、监控等单位的高度赞誉。

（2）常规工艺：采用大吨位穿心千斤顶。

（3）技术革新工艺：与传统的施工方法相比，组合式千斤顶工法的特点是“积小成大”，组合多个小吨位千斤顶同步顶升产生等量大吨位千斤顶的推力值。首先将一套千斤顶定位装置安装在斜拉索锚固垫板上，然后在定位装置上安装多个小吨位千斤顶，在千斤顶顶面安装一块与斜拉索锚固垫板基本一样形状的锚固垫板用于张拉，如此组合式千斤顶就成为了一个整体。组合式千斤顶和锚固垫板就相当于常规斜拉索张拉中的撑脚及穿心式千斤顶，从而节约了操作空间，且满足了张拉力值的要求。

组合式千斤顶张拉的先进性主要体现在：施工方便、操作简单、节省资源。在成本支出方面，项目部在进行成本比较后，发现组合式千斤顶张拉施工工法的费用投入明显低于传统的斜拉索大吨位千斤顶张拉技术[2]。

（4）成本节约：节省了千斤顶设备购买费用，节省了倒运千斤顶的时间和安全风险，加快了施工进度。表3为成本节约一览表。