海域环境水中桩基过渡段组装预制系梁施工技术

周 通

（中铁十六局集团第三工程有限公司 浙江湖州 313000）

1 前言

装配式桥梁施工在现有桥梁建设中应用较多，相比现浇施工更为方便快捷［1－3］。由于其本身的特性，特别在一些城市桥梁或大跨度桥梁施工中应用尤为广泛［4－5］。桩基与桥墩作为桥梁下部关键结构，目前都采用现浇施工，但海域环境临水现浇施工对混凝土质量影响较大［6－9］，特别是桩基系梁施工时，水面立模及钢筋防腐较为困难［10－12］。采用传统钢套箱围堰隔水现浇施工的方法，无法保证浪溅区以下的新浇混凝土结构不被破坏，更无法做到在10 d内且砼强度达到设计强度等级70%之前，不受海水的侵袭，因此不符合《公路桥涵施工技术规范》要求，存在严重的质量隐患。因此本项目从施工质量和施工方法等多方面进行研究，最终确定采用系梁工厂制作、海面拼装的方式进行施工，通过现浇系梁与钢护筒接缝的方式完成系梁最后安装，从而减少钢板桩围堰、钢套箱围堰的临时措施，节约了大量成本及缩短了工期，为类似工程提供新的施工思路及方法。

2 工程概况

228国道（玉环段）项目有桥梁8 909.9延米／4座，其中特大桥7 058.26 m／1座，大桥1 809.6 m／2座，中小桥42.04 m／1座；桩基81 630.19 m／1 184根，其中端承桩380根、摩擦桩804根。共有170个墩设桩间系梁，位于水中的有138个，其中漩门湾特大桥66个、小青大桥24个、台山大桥48个。桩中心间距均为6.5 m，桩间系梁尺寸分别为5.0×1.0×1.2 m、4.7×1.2×1.5 m两种，且系梁距离海水面非常接近，几乎与系梁底面齐平，现浇施工组织难度大。

3 主要施工技术

（1）施工原理及流程

首先进行系梁预制场分片预制，待达到混凝土设计强度后，用运输车将系梁运至墩位处安装就位。系梁钢筋笼绑扎采用固定胎模进行，保证系梁钢筋笼精度达到设计要求，从而可以有效避免在水中进行钢筋笼施工作业。通常在水中进行钢筋笼绑扎时由于不稳定易造成较大误差，特别是在海域环境中钢筋受到海水的侵蚀极易发生锈蚀。系梁预制完成后，安装时重点把握调平层的精度，由于桩基施工所用护筒内径和桩径大小不同，差距在20～40 cm之间，因此在钢护筒割至系梁底标高后，将桩头凿至钢护筒以下2～3 cm，然后用M7.5水泥砂浆进行调平。施工过程注意严格控制标高，砂浆调平层抹至系梁底设计标高（全站仪、水准仪监控），将砂浆层作为预制系梁的落点。采用履带吊或汽车吊现场完成系梁安装工作，采用先进的测量仪器进行全程定位监控，从而确保其与设计一致。系梁安装完成后再次用全站仪、水准仪进行精准复核，确保其无误后进行下一步施工。系梁预制吊装工艺流程：场地清理→台座制作→钢筋绑扎→模板安装→模板检测、校正→混凝土浇筑→养护梁体砼及试件→拆模→养生→运输至现场→吊装→浇筑剩余部分砼。

（2）预制场地选择

系梁不同于一般梁片，体积较小，制作运输方便，因此为了节约工期及施工方便，在进行预制场地选择时尽量靠近施工场地。

（3）台座制作

根据设计方案制作模板，如图1所示。模板采用定制钢模板，严格按照系梁尺寸进行制作。在混凝土浇筑前应在模板上涂脱模剂，方便浇筑后脱模，最后浇筑台座混凝土。

图1 定型钢模底座

（4）绑扎钢筋

系梁钢筋在钢筋加工场统一绑扎，绑扎完成后运至预制场。钢筋绑扎过程中注意间距统一和吊点的设置。

（5）模板制作

模板采用定制的组合钢模板，模板拼装完成后，再进行吊装定位。为避免在混凝土浇筑过程中模板发生移位，在模板就位后进行定位处理。

立模顺序：涂脱模剂→系梁外模安装→安装底部拉杆→端模安装→安装顶部拉杆→模板调整。

（6）浇筑砼

混凝土在拌制过程采用自动计量方式，全程采用专用混凝土罐车运送。混凝土灌入模板后采用插入式和附着式振捣器同时振捣。当混凝土不在出现下沉，且没有气泡上升停止振捣。在系梁与桩连接部位进行凿毛处理，凿毛标准为表面有石子外露，外露深度为1 cm，以确保与桩头混凝土有效结合。当混凝土浇筑完成后进行养护，直到系梁达到设计要求的强度后方可拆除模板，进行下一个循环施工。

（7）桩头清理及放样

由于系梁位置在钢护筒顶面以下，测量定位后需将钢护筒切割至系梁底标高位置，如图2所示。最后对桩头进行凿毛处理。

图2 桩头处理

（8）预制系梁运输系梁运输过程中为避免局部受力不均匀，采用特定侧向定位装置，该装置可确保系梁受力均匀，不会发生侧滑。为保证运输设备能匀速、安全行驶，速度控制见表1。

表1 运输设备行驶速度

系梁采用大型运输设备统一运送，运输设备应提前做好线路规划和沿线警示标志。通过桥梁时，速度≯5 km／h。同时在运输过程中应服从交通管理部门的统一管理，以实现安全运输。

（9）系梁吊装

系梁吊装前应进行吊装作业平台搭设。吊装设备稳定布设于平台之上，待系梁运输就位后开始吊装。施工时由架设总指挥统一指挥，先将钢丝绳收紧进行系梁试提吊，提升至距离地面20～30 cm后暂停提升，等系梁稳定后再逐步平稳提升至安装部位上方，然后缓慢落梁。

落梁前应在桩头上方落梁点摊铺一层水泥砂浆，可有效保证与系梁连接密实。在系梁落梁过程注意全程观察系梁位置精度，如发现有偏差立即停止，待调整到位后继续落梁。

（10）灌注混凝土

系梁完成安装后，过渡段混凝土浇筑作为整个拼装施工关键工序，应严格定位过渡段模板（如图3所示），同时对桩头部位进行清理，检查无误后开始过渡段混凝土灌注。

图3 过渡段模板安装

4 结构计算

（1）荷载计算

仅考虑自重作用和荷载组合情况下系梁受力，计算结果：

（2）系梁结构检算

采用Midas软件建立系梁有限元模型，并进行受力分析，如图4所示。

图4 系梁有限元模型

（3）预制系梁吊装检算

履带吊在钢栈桥施工平台平稳站位，待系梁运输至指定位置后开始吊装作业。吊点设在系梁两端，距端头60 cm位置。

由图5可知，系梁整体最大压应力为0.269 MPa＜16.7 MPa，满足规范要求。

图5 系梁压应力示意

由图6可知，系梁整体最大拉应力为0.268 MPa＜1.57 MPa，满足规范要求。

图6 系梁拉应力示意

由图7可知，系梁整体最大剪应力为0.091 MPa＜2.01 MPa，满足规范要求。

图7 系梁剪切应力示意

图8 系梁吊装变形示意

5 施工效益分析

本工程施工处于国家级湿地公园区域，对环保要求较高，因此在施工过程中应尽量减少污染，传统现浇施工在混凝土的浇筑过程中难免出现漏撒情况，容易对水质造成污染，且各种施工机械作业影响空气质量，再加上现浇施工需要人工长时间水上作业，带来了较大的施工隐患。因此技术人员采用预制系梁吊装作业的方法进行水中系梁的施工，有效加快了施工进度，同时减少了人工及机械作业时间，避免应施工造成的空气及水污染问题，给项目带来了良好的经济及社会效益。

6 结论

针对系梁处于海域环境中，系梁底标高基本与水面平齐，常规施工方法为下钢套箱围堰、抽水、清淤、立模、现浇砼，施工成本大、工期长的难题，通过对装配式施工技术进行研究，采用预制系梁技术解决了施工难题，大大缩短水上施工作业时间、减少措施费用、降低施工安全风险。