海花岛跨海桥梁1#桥闸工程施工技术研究

张照华，毛定华，王耀增，蒋寒乐

(1.恒大海花岛有限公司，海南 儋州 571741；2.启东市水利市政工程有限公司，江苏 启东 226200)

1 工程概况

1.1 设计概况

海花岛建设4座连岛跨海桥梁和水闸，以满足交通、通航、防潮、排涝、防台、防灾减灾的需要。其中1#跨海桥闸工程采用“桥+闸+桥”的总体布置方案，将水闸隐藏在两幅桥梁中间，桥梁结构总长478m，接岸总长580m，水闸29孔，单孔最大净宽18m，孔口总净宽354m，是目前国内最大的跨海桥闸工程[1]。

主线桥梁采用现浇预应力混凝土箱梁结构，桥墩采用实体墩，最大墩高19.113m，基础采用灌注桩，箱梁外侧设计钢结构装饰网架，桥梁两端接线护岸设计为直立式沉箱结构。水闸工程采用钢筋混凝土现浇结构，闸门采用上下双扉挡潮钢闸门，上扉门为平面滑块支承钢闸门，下扉门为平面滚轮支承钢闸门。桥闸断面如图1所示。

图1 桥闸断面图

1.2 水文地质

水文情况为：平均高潮位1.68m(黄海高程)，平均低潮位-0.39m；最高潮位2.65m，最低潮位-1.08m；平均海平面0.50m，平均潮差1.74m。

2 工程主要难点

如此大型的桥闸结合工程世界罕见，没有先例可以参考，且不同于常规海上桥梁施工之处在于修建354m水闸工程无法水下作业，需要干地施工；工程所处位置水深、浪急，海底水文地质条件复杂；闸门设备安装工程精度要求高，上下双扉闸门启闭须避免空间上的碰撞；工期极为紧迫。

为解决这些主要难点，需要研究的技术有：要解决海中潮汐、风浪作用下，深厚强透水抛石围堰(大于20m)的止水防渗问题；要解决复杂地质、透水条件下钻孔灌注桩的成孔问题；要解决坚硬珊瑚岩、凝灰岩夹层条件下桥梁承台开挖的基坑支护问题；要解决高大桥墩的施工进度问题；为保证闸门能正常启闭，要解决高大水闸闸墩垂直度、门槽轨道预埋件定位精度的问题。

总体施工部署为：采用在海中整体围堰的方式进行桥闸施工，利用原有堤坝作为外海侧围堰，新建内海侧围堰。围堰完成后抽水、填土整理场地，形成施工平台，施工平台标高-3m。利用施工平台完成桩基础、承台、墩柱、消力池、闸室施工。

采用大吨位履带吊机在箱梁外吊装钢闸门。利用消力池结构为基础搭设箱梁支架，完成现浇箱梁施工并做好装饰网架预埋件。分单元整体吊装钢结构装饰网架，完成桥梁造型施工。

3 施工技术研究

3.1 抛石围堰止水施工

外海侧利用原有堤坝作为围堰，原有堤坝长约1km，堤顶高程7.0m，在海上抛石堆填而成，抛石堤加海底珊瑚碎屑层等强透水层总厚度达20m。堤坝中心线位置设计双排高压旋喷止水帷幕，在深水、海浪作用、超厚大空隙透水层条件下，高压旋喷止水帷幕成桩难、施工质量不可靠、止水效果差。后采用低压注浆工艺，在双排高压旋喷桩间注浆补强止水帷幕[2]，施工完成后止水效果仍然差，围堰内达不到抽水降水的条件。

在分析图纸及施工条件后，决定先施工水闸工程防冲刷咬合桩作为抛石堤坝止水帷幕，提高咬合桩桩顶标高至平均高潮位。咬合桩施工需穿透堤坝抛石层3～10m，在抛石层上打桩钻进、成孔较为困难。在比选、试打了多种成桩设备后，采用以全护筒改进型旋挖钻机为主、全套管全回转钻机为辅的工艺施打咬合桩。施工工艺和设备选型比较情况如表1。

表1 咬合桩施工工艺及设备选型比较

咬合桩先施工A型桩，然后在2根A型桩之间施工B型桩，A、B桩混凝土咬合形成整体防渗结构。施工示意图如图2所示。实践表明，在外海强风浪、高水头、强透水条件下，抛石围堰上施工的混凝土咬合桩能起到良好的止水防渗作用，为后续抽水干施工创造了条件。

图2 咬合桩施工示意图

新建内海侧围堰，采用开山土石料填筑，因内海侧风浪小，水位标高低，新建土石围堰填筑至黄海高程3.0m，仍先施工水闸工程防冲刷咬合桩作为土石围堰止水帷幕。

3.2 桩基础施工

灌注桩总计1256根，其中桥梁灌注桩φ1200mm 224根，水闸灌注桩φ800mm 906根，挡墙灌注桩φ1000mm 126根。海底地质条件较复杂，含有珊瑚碎屑层、珊瑚岩和凝灰岩夹层，地下水丰富，易塌孔。为穿透凝灰岩夹层，确保在水压作用下不塌孔，充分发挥设备工效，φ1000mm直径以上桩基采用旋挖钻机施工，配备长护筒穿透强透水层；φ800mm桩基采用长螺旋压灌混凝土反插钢筋笼工艺施工。

旋挖钻机钻孔穿透珊瑚碎屑层后施打钢护筒至粉质黏土层，有效避免了海水渗透压作用下的孔壁坍塌，确保了成桩质量。

长螺旋钻孔压灌桩施工工艺为：长螺旋钻机钻孔至预定标高；将混凝土通过钻杆内管压至钻头底端，边压混凝土边提升钻杆至完成混凝土压灌；起吊钢筋笼，通过导入管和震动锤将钢筋笼送入桩身混凝土内至设计标高位置[3]。该工艺施工的灌注桩成桩质量稳定、施工便捷、无需泥浆护壁、噪音小、成本低、效率高[4]。

3.3 承台、墩柱施工

海底珊瑚岩夹层坚硬，承台基坑支护钢板桩施工前需要先引孔打穿硬质夹层。采用定制液压马达螺杆钻头，安装在专用打拔设备上，有效打穿了坚硬夹层，保证了钢板桩支护的施工。

墩身高度较高、造型复杂，采用现场人工高空安装钢筋的常规方法施工难度大、工效低。经过分析模拟后，采用地面整体预制墩身钢筋，现场整体吊装墩身钢筋笼的工艺施工。墩身钢筋笼分成2个标准节段，地面上预先对接好两个节段间的钢筋直螺纹接头，并做好钢筋骨架定位和加固。吊装前使用平板车将钢筋笼运输至现场，200t汽车吊一次吊装就位，拉缆风绳临时固定后将钢筋骨架焊接定位牢固，高空对接拧紧钢筋直螺纹接头。该工艺减少了人工高空作业，保证施工质量的同时加快了施工速度[5]。

3.4 水闸土建、金属结构施工

设计采用上下双扉门[6]，下闸门沿预埋主轨升降，提升至最后成为平放状态；上闸门直上直下升降，闸门布置如图3所示。闸门工厂化预制后现场吊装拼接，启闭过程中上下闸门间隙设计预留仅5cm。因土建施工、金属结构制作安装过程中存在尺寸偏差，如施工误差、加工偏差、焊接变形、温度变形等，累积偏差过大会对闸门运行产生影响，故须严格控制闸室结构、预埋件安装、闸门制作以及启闭机设备安装的施工精度。

图3 钢闸门上下双扉门设计布置图

3.4.1闸室结构施工精度控制

测量基准控制点须可靠保护并定期校核。严格控制门槽中心线位置和门槽尺寸，严格控制闸墩混凝土结构整体垂直度≤5mm、平整度≤3mm[7]。

闸墩模板采用塑钢模板，支模前做好钢筋骨架定位，模板定位时预留混凝土浇筑产生的涨模量，加强对模板支撑、对拉和螺栓紧固的检查，分层浇筑混凝土并控制好振捣时间。拆模后再次复测闸墩垂直度，出现偏差时要进行磨平处理。

提供给门槽施工的测量基准线必须反复复核，以控制门槽尺寸、埋件安装位置和安装精度。

3.4.2埋件安装

底槛安装前，将预埋钢筋焊成支架，支架顶高程比底槛构件底面低50mm，便于底槛就位后有调整的余地。利用门槽两侧放好的样点，拉水平线，找正底槛的高程及水平，每隔0.5m测量一点，调整至合格。底槛中心的调整利用已设置的闸孔纵横中心线控制，中心位置偏差≤5mm，倾斜度≤1mm，底槛左右两头相对高程≤3mm。底槛安装好后必须加固牢靠，以防二期混凝土浇筑振捣时走样。

主轨安装前，在已装好的底槛上定出中心位置，根据底槛的中心位置定出主轨的位置，再将主轨吊入门槽，底部落在底槛上，同时对准底槛中心位置。主轨后焊调整螺栓，主轨前100mm焊线锤支架，挂线锤校核垂直度，从下部开始，逐步向上进行，每隔0.5m测量一点，控制垂直度偏差≤5mm。轨道安装过程中出现垂直度偏差，调整螺栓丝口使垂直度符合要求。

埋件安装调整完成并可靠加固后，再次复测确认无误后，方可浇筑二期混凝土。浇筑二期混凝土时注意防止震动棒或其他物体撞击埋件，控制好砼涨模变形。二期混凝土拆模后对埋件再次进行复测，同时检查二期混凝土面的垂直度，不符合要求的，磨平至整体垂直度≤5mm。

3.4.3钢闸门安装

门体安装次序为：①门体外形及配合尺寸复测检查；②门槽清理、检查；③单节运输、吊装、焊接拼接；④水封安装及与水封座板面密封情况检查、处理；⑤启闭试验。

钢闸门上主轮、起吊滑轮等整体安装检验合格后，利用400t履带吊机分节将钢闸门吊入门槽，现场焊接节段焊缝，安装水封，形成闸门整体。检查水封与水封座板的透光情况，控制水封的压缩量≤4mm。

3.4.4启闭机安装

固定卷扬式启闭机系统在工厂制作完成，进行预组装并试运转合格后方能运至工地现场。启闭机安装中心线根据闸门起吊中心线确定，控制其纵横向中心线允许偏差≤3mm，高程允许偏差≤5mm，水平度偏差≤0.5‰。

启闭机安装完成后进行闸门静平衡试验、无水情况下全行程启闭试验，无水试验合格后进行静水情况下的全行程启闭试验。试验过程检查滑道和滚轮的运行是否有卡阻现象，双吊点闸门的同步应达到设计要求。在闸门全关位置，水封橡皮无损伤，漏光检查合格，止水严密。

3.5 上部结构施工

预应力混凝土现浇箱梁采用承插盘扣式钢管支架作为支撑体系，腹板、端横梁下方支架立杆加密。采用4台塔式起重机进行垂直运输，避免现场汽车吊过多导致场地拥挤。预应力张拉、压浆采用智能化控制设备，程序化控制施工操作，数据实现实时上传。

装饰网架结构施工前在工厂做好深化设计，分好吊装单元，采用BIM软件先进行模拟拼装，排除各种碰撞冲突后，在工厂加工好吊装单元后运至现场拼装[8]。单元与箱梁预埋板采用栓焊结合方式连接，临时固定采用栓接，调整完成后满焊固定，栓焊结合的施工方法避免了搭设高空拼装胎架，加快了工程进度。

4 结语

对于海中潮汐浪涌、强透水条件下深厚抛石围堰的止水处理，应用高压旋喷、低压注浆等工艺形成止水帷幕难以达到止水效果，而采用全护筒混凝土咬合桩施工工艺能够实现止水效果。针对深厚抛石层上咬合桩桩基成孔，使用改进型全护筒旋挖钻机经济技术效果最优。长螺旋压灌混凝土后插钢筋笼工艺在强透水地质条件下能保证成孔效果和成桩质量，施工工效较高。高大墩柱钢筋施工采用钢筋笼整体预制吊装的工艺能加快施工进度。上下双扉门水闸安装要控制好钢闸门制作、预埋件定位、闸室结构施工的精度。海花岛跨海1#桥闸工程的施工解决了工程难点，保证了工程进度和质量安全，以期为同类项目提供借鉴。