浅海区大型桥墩规模化施工关键技术

周 雨

（广东华路交通科技有限公司,广东 广州 510420）

0 引言

随着经济发展，城市间交通量迅速增加，为缓解交通拥堵，各跨江跨海特大桥梁逐渐加快建设。要践行绿色及可持续发展理念，推动工厂化生产、装配化施工，提升工程质量，缩短施工工期。浅海区跨海大桥因其线路长、体量大、运输困难等因素，导致其装配化施工难度较大，该工程将根据项目特点，提出建造方式创新，实现规模化施工。

1 工程概况

深中通道是继港珠澳大桥之后，我国的又一世界级跨海通道集群工程，深中通道地处珠江中游核心区域，位于虎门大桥与港珠澳大桥之间，连接深圳与中山市、江门市等地，全长约24 km，由桥、岛、隧、水下互通组成[1]。深中通道浅滩区非通航孔桥89×60 m桥梁下部构造，全长5 344 m，墩身为整体式墩，墩形为大悬臂板式墩，桥墩均位于水中，基础采用整体式承台、群桩基础。墩身高11.4～33.9 m，平面尺寸为[4 m（顺桥向）×12.062 m（横桥向）]～[3.33 m（顺桥向）×8 m（横桥向）]，四周倒角从0.503 m变换到0.333 m，如图1所示。施工海域常水位+0.52 m，海床标高-1.5～+0.4 m，潮汐类型属于不规则半日潮，平均潮差在0.85～1.70 m。

图1 矩形墩身立面图

2 施工方案及难点

深中通道浅滩区施工线路长、工程量大、进度紧，在保证质量安全情况下，提高工效是关键的。在大型运输船和浮吊无法就位施工情况下，复杂的钢筋工程采用预制吊装施工，在钢筋加工场胎架工厂化生产，制造成型后用专用运输车通过栈桥运至现场，由履带吊整体吊装，采用锥套进行连接。墩身模板采用专业厂家定制大型钢模板，可快速安装。混凝土由混凝土配送中心生产低水化热、低温海工混凝土，现场采用自研发节水冷却系统，确保墩身大体积混凝土施工质量。主要施工难点如下：

①浅海区无法使用大型水上运输吊装设备，施工材料、钢筋部品、混凝土运输全部通过栈桥，交通管制难度大；②墩身钢筋部品高且重，普通平板车无法满足运输要求，需定制轴宽重心低的专用运输车，③钢筋部品制造精度高，运输、吊装过程中允许变形小；④海上施工线路长，大量冷却淡水供应困难；⑤施工所在地外部环境风大、温度高，高空作业风险较高[2-3]。

3 施工关键技术

3.1 钢筋部品装配化施工

3.1.1 钢筋部品加工

该工程墩身截面较复杂，墩身为六边菱形，下底口到上顶口逐渐变小，每间隔28 cm，箍筋截面尺寸就变化1 cm。利用BIM模型技术结合数控加工设备实现钢筋数值化下料，精度可控制在2 mm以内。钢筋部品安装采用胎架加工，胎架为墩身主筋精确定位的具有一定刚度、强度的钢质架立结构[4]。根据墩身上大下小特点，将墩身按6 m一节分为不同类加工胎架，墩身部品钢筋绑扎采用立式绑扎，胎架最高7 m。作业平台通过锚栓固定于地面上，底部定位架焊接于作业平台底部，顶部定位架栓接于作业平台顶部；防护栏杆为40×3方钢管制作，两个作业平台之间设置活动搭板，用于倾斜面钢筋绑扎，如图2所示。

图2 墩身钢筋部品工厂化制造

3.1.2 钢筋部品运输

墩身钢筋在钢筋加工场绑扎完成后，拆除胎架，用装车吊架吊出钢筋笼并装车。钢筋部品采用专用运输车运输，可实现12×4.5×6 m的钢筋骨架运输，最大载重能力30 t（钢筋部品最大单件重量26 t），如图3所示。钢筋部品整体运输采用专用运输车，运输底座由30+280×8 mm钢板组拼方钢与内径Ф50套筒焊接而成，固定于运输车顶部，在运输车两侧设置吊耳，拉设缆风，保证墩身钢筋节段运输过程的稳定，不发生大变形。

图3 墩身钢筋部品专运输船

3.1.3 钢筋部品安装

墩身钢筋笼运送至现场后，用135 t履带吊通过安装吊架起吊安装，吊具采用型钢焊接而成，上部设置4个吊耳，使用12 t卸扣和Ф36钢丝绳吊装；下部设置45 cm间距吊耳，每个吊耳配置1.5 t导链起吊部品钢筋，确保钢筋起吊过程不产生变形。

钢筋部品对接是该工程关键步骤，因钢筋部品制造精度和整体刚度较小，运行和吊装过程存在变形等等因素都会影响安装[4]。在安装前，先在下面节钢筋四个角点处放置4个喇叭口状的固定工具进行定位引导下放，然后将部品钢筋角点处钢筋进行对接，对接完成后采用缆风绳进行固定，固定后使用锥套对钢筋进行锁紧连接，如图4、5所示。锥套接头是采用外表面为锥面、带有三角内齿的多片锁片将被连接的两根钢筋包裹住，用液压钳沿钢筋轴线向内挤压套在锁片外侧的两个锥套，使锁片三角内齿与钢筋啮合而实现钢筋连接的接头[5]。该套连接设备也是深中通道研发专利，其容错性高，钢筋对接时钢筋间隙容许2 cm，钢筋轴线偏差容许一倍钢筋直径，为部品对接提供很大方便。

图4 墩身钢筋部品安装

图5 锥套锁紧连接

3.2 混凝土模块化施工

3.2.1 模板整体安装

模板的分节充分考虑每节墩身施工高度，分块考虑建筑美观尽可能大块，兼顾快速方便。模板分节以3 m模板高度为标准节，并配置调节模板；墩身模板使用前先预拼装，拼装完成通过检验后运至施工现场使用。钢筋及预埋件布设完成后，将预拼好的模板整体吊装进入，就位后落在下层未拆模板顶口，再通过冲钉辅助，拧紧角拉杆和对拉杆，模板就完成。检查保护层厚度，由测量队测量模板顶底面角点位置，对模板进行调整，在保证保护层厚度的前提下确保模板安装位置在设计偏差范围内。最后拧紧螺栓，对模板进行加固，准备进行混凝土浇筑。

考虑到墩身较高和爬梯安装方便，采用定型爬梯，爬梯与墩身自墩身调节段拉杆孔位置开始每隔6 m加一道连接撑杆进行固定，拼装高度视墩身高度确定。安装撑杆时，为避免预埋件破坏墩身外观，利用拉杆孔通过螺栓将双拼槽钢用精轧螺纹钢固定，将施工爬梯通过撑杆与槽钢连接，形成一个整体。

3.2.2 混凝土模块化施工

非通航孔桥墩身为大体积混凝土结构，标准节最大浇筑方量约为283.5 m³，一次浇筑成型，混凝土输送中心混凝土生产量为130 m³/h，泵车浇筑速率为30 m³/h，浇筑时间约10 h。拌和站距离最远54#墩身将近6 km，距离最近143#墩身将近1 km，混凝土运输浇筑为栈桥交通管制带来较大难题，同时海上施工将为大体积混凝土温控带来较大困难。

（1）混凝土运输制度化。栈桥是海上施工关键线路，任何堵塞将会对施工造成影响，特别是对混凝土连续施工造成很大质量隐患，所以栈桥宽度将决定后续交通管制难度。深中通道浅滩区主栈桥结合成本、交通管制、材料堆放考虑，选择最优栈桥宽度9 m，后续通过等级交通管制制度，大体积混凝土浇筑为最高级通行等级，确保混凝土施工连续性。

（2）混凝土冷却设备模块化。因大体积混凝土前期释放热量大，需要大量冷却淡水，但海上淡水供应困难，无法满足要求。该项目采用现场大型废除钢护筒研发节水冷却系统，即采用两直径3.3 m钢护筒制造进水箱和出水箱，各水箱中架设自循环系统，使水箱水温上下均匀一致，两水箱之间通过水管连接，进水箱为加冰制冷箱，高效冷却回流热水，出水箱为冷水储存箱。安装分水器，将各层各套水管集中分出，分水器设置相应数量的独立水阀以控制各套水管冷却水流量，并设置一定数量的减压阀以控制通水速率，如图6所示。

图6 冷却水罐和分水器

（3）大体积混凝土保温体系化。因海上风较大，墩身混凝土外侧热量通过钢模板很容易散失掉，根据“内降外保”温控原则，该项目在设计模板时就将竖肋设置为工字形，方便后续插入保温板，此层保温措施在外部环境温度10～20 ℃时使用，当外部温度降至10 ℃以下时，采取增加外包裹棉被以及顶部采用篷布包裹措施，如图7所示。广东气温在10 ℃以下的天数很少，大部分时间钢模板嵌保温板措施可以满足保温要求。

图7 墩身保温系统

3.3 成品养护

海上养生淡水供应困难，无法实现长时间大规模喷水养生，以及考虑翻模施工需保留底下模板作支撑要求，结合有限元模型分析，墩身前5天混凝土膨胀，内表温差产生拉应力容易造成混凝土表面开裂，5天后为混凝土收缩，应力将由表面向内部发展。根据以上特征该工程采用5 d带模养生+2 d喷水湿润养生，墩身浇筑完成后需带模养护5 d方可进行拆模，同时拆模必须满足外部环境与混凝土表面温差小于15 ℃要求。冬季一般选择一天中较高温度的时段拆模，拆模后迅速洒水养生。经拆模观测混凝土表面色泽均匀，未发现有害裂纹，混凝土强度达到设计要求。

4 结语

深中通道浅滩区非通航孔桥墩身采用钢筋部品+定型模板快速安装浇筑工艺，较传统现场绑扎现浇工艺整体工效提高35%，并且大大缩短海上高空作业时间。同时通过节水冷却系统和5+2带模洒水养护工艺解决了海上大体积混凝土温控和养生问题，在保证施工质量和安全前提下，实现浅海区大型墩柱规模化施工。