绿色低碳背景下水中墩信息化施工技术应用

段建涛 王记涛

（1.河南豫路工程技术开发有限公司，河南 郑州 450000；2.河南金途科技集团股份有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

近年来，随着我国市政工程、交通工程建设项目的不断增加，人们对工程施工的要求越来越高。其中，特别是跨越水库、湖泊、河流及自然风景保护区的桥梁工程项目，为避免在建设期间污染水体或景区，进而产生不良社会影响、拖延工期，绿色施工要求都较高。多数桥梁所在库区水位较深，施工难度较大，承台施工中需要钢板桩围堰防护，并提前分析各种工况下钢板桩围堰的受力情况，设计合理的围堰防护体系，在不影响周边水体的情况下，保证承台施工安全可控。

水中墩施工作业空间狭小，各类机械聚集在作业平台上，机械在作业或维修保养时若不慎将油污滴落水库中，需要采取相应措施保证污染不扩散，尽可能减少周边水体污染。施工过程工序相对复杂，加上项目技术人员普遍年轻化，须借助可视化手段提高管理、技术人员理解施工方案效率，避免返工。同时，在桩基钢筋笼下放过程中精度控制难度大、桥墩养护过程效率低、水资源浪费多，须采取相应措施改变既有施工工艺。本文在绿色低碳环境下，开展水中墩信息化施工技术的应用研究，具有很好的推广及应用前景。

1 信息化施工技术应用特点

采用BIM建模技术布置栈桥及场地，模拟桩基、承台、墩身施工，提高施工效率。利用Midas技术分析三种工况下钢板桩的受力情况，保证施工安全；创新应用吸油锁，避免施工污染水体；采用塑料薄膜堵漏技术封堵钢板桩围岩，提高止水效果；采用自动喷淋技术养护墩身混凝土，保证养护质量；采用钢筋笼定位护筒实现墩身钢筋笼的精确定位，提高桩基施工质量；二维码信息化技术交底，提高交底效率。

2 水中墩施工技术关键环节

2.1 BIM族库及模型建立

使用Revit软件建立钢栈桥及水中墩施工BIM模型，包括钢栈桥、施工作业平台、桩基、承台、墩身等，并赋予模型施工所需信息，保证后续BIM技术的应用。

图1 水中墩模型创建

2.2 钢栈桥施工

按“1152”标准化要求配置桥梁架子施工人员，即一个队长，一个技术负责人，配置技术员、试验员、材料员、安全员、质量员及工班长和领工员。根据施工需要，每个模型附加完整的信息参数，通过BIM建模技术布置栈桥及场地，优化临建布置方案；同时，模拟桩基、承台、墩身施工，形成三维作业指导手册，提高方案交底效率。此外，通过信息化施工预演，在严格控制水中墩施工工序，保证施工质量的同时，确保施工对既有环境干扰最小。

2.3 吸油索设置

防止油污污染的传统方法是在机械作业平台上铺设土工布填土吸附油污，并在作业平台四周设挡土板，防止污染物掉落水中。但由于机械漏油的不确定性和作业人员环保意识不强，以及降雨影响，油污难免仍会进入水体造成污染。

针对以上问题，本文提出在现有主动防油污的基础上，在施工水域四周加设一道被动防油污吸油索，吸油索可直接吸附锁定落入水体的油污，防止油污扩散。同时，吸油索具有吸附量大（10倍或25倍自重）、吸附快、可重复利用、悬浮于水面、节约人力成本等优点。

2.4 承台拉森钢板桩施工

选用12m的拉森IV钢板桩，在钢板桩设置两道钢圈梁内支撑结构，圈梁采用两道40a工字钢，施工选用50t吊车挂90振动锤，内支撑采用φ609×16mm钢管，墩身施工出水后，在围堰内灌水至承台标高，拆除第二层内支撑，直至围堰内灌水至内外水头一致，拆除第一层内支撑，拔出钢板桩后，再完成围堰施工。

拉森钢板桩施工过程中，将成卷的塑料薄膜抽拉成束，并在一端绑上重物，然后沿着漏水拉森桩的锁口处由上至下放置，采用塑料封堵锁口渗漏。当发生锁口渗漏时，用棉絮在内侧嵌塞，同时采用塑料薄膜封堵漏缝外侧，使其由水流夹带至漏水处自行堵塞。当塑料薄膜通过漏水处时，借用水流吸附力作用，将塑料薄膜吸进漏水的钢板桩锁口缝隙中，将其填充密实达到止水效果。当因河床透水引起桩脚渗漏时，可采用水下混凝土封底或向透水层压注水泥砂浆的方法止水，对于其他原因造成的渗漏，可在桩脚处填筑土袋止水。

2.5 施工工况检算

将创建好的钢板桩BIM模型通过格式转换导入Midas软件，读取截面信息后，通过Midas添加应力信息检算钢板桩在不同工况下的受力情况。

利用Midas分析“工况一”：打设钢板桩至设计标高，安装第一层内支撑，围堰内清理至设计标高，计算钢板桩受力、入土深度等。

利用Midas分析“工况二”：围堰封底混凝土施工，抽水至+81.403m。

利用Midas分析“工况三”：安装第二道内支撑，在围堰内抽干水。

最终通过数值模拟分析，得出结论：围堰结构强度、刚度及稳定性满足规范要求。

图2 三种工况模拟

2.6 墩身施工

墩身内模采用组合钢模板，模板固定牢固，保证桥墩内的结构尺寸。钢模板用吊车吊装就位，利用千斤顶微调，使各项指标满足规范和技术标准的规定。模板就位前，采用密封条封堵模板接缝，利用腻子抹缝后刷脱模剂。墩身混凝土分层浇筑，首先浇筑墩身下部实体混凝土，待混凝土初凝强度达到设计要求时，处理结构层做凿毛，浇筑完后加设结构筋。

为提高混凝土养生效率，节约养护成本，采用信息化施工技术综合协调控制由蓄水箱、高扬程水泵、时间继电器、输水管、喷淋管等硬件设备组成的墩身混凝土自动喷淋养生系统。设定时间继电器的时间间隔和持续时间，并打开喷淋系统电源，信息化养生过程中，通过感应器收集信息、控制模块的信号发送，蓄水箱执行模块根据信号自动控制蓄水量，保证喷淋作业的连续性；喷淋执行模块根据信号自动进入工作状态，继电器到达指定的喷淋时间后接通水泵开关，精确控制养护周期；高扬程水泵从水箱内抽水送至输水管内，准确控制养护用水量；输水管连接喷淋管，在墩顶包裹的土工布上洒水，开始自动化养生作业，通过湿润的土工布经重力自流将水幕均匀地传递到需要养护的墩身混凝土上；喷水时间达到预定时间后，时间继电器关闭水泵开关停止喷水，确保高效率、高质量、节约化地完成墩身混凝土养护作业。

施工完成后，及时清理场地。施工过程贯穿信息化施工理念，利用“互联网+二维码”思维，将技术交底、施工方案通过二维码展示，并在施工区域设置交底区，技术人员、施工人员通过扫描二维码即可实时了解施工工序及操作要点，提高施工管理水平。

3 水中墩信息化施工环保措施及应用效果

3.1 水中墩施工环保措施

信息化施工可以模拟施工并优化水中墩施工的设计方案，采取先进的施工工艺，确保施工中不对沿线地表水体造成污染。同时，可以预先模拟测试机械设备噪声，设备底座设置防振基础，合理选用满足施工条件的液压设备或以摩擦压力代替机械振动的低噪声施工机械设备。另外，预先信息化控制机械布置密度，避免机械过于集中叠加噪声。

构建水中墩施工建养一体化云管理平台，并通过使用方联合验收，实现各功能板块自动预警功能；同时，利用建设期数据、前方设备监控、大数据分析实现管理专业化、信息化和精细化，提高管理效率和科学决策水平，为项目进度、质量管控提供全面科学准确的数据分析。

3.2 信息化施工应用效果

水中墩信息化施工缩短了施工工期，降低了施工难度，减少了人力物力的投入，经济效益与社会效益显著。通过BIM建模技术三维建模布置栈桥及场地，模拟桩基、承台、墩身施工，提高施工效率，缩短工期，减少了场地浪费，降低了施工难度；利用Midas技术分析钢板桩在三种工况下的受力情况，降低了施工中存在的风险；利用吸油索在水面上围堵施工场地，减少了施工产生的油污对水库的污染；采用自动喷淋技术养护墩身混凝土，降低了人工投入，保证了墩身实体质量；利用“互联网+工程施工技术”将施工方案、作业指导书、技术交底等制作生成二维码放于现场，经济效益与环保效果显著。

4 结束语

本文针对水中墩工程建设中的变量信息多、施工效率低、环保要求高等诸多问题，在准确分析水中墩施工特性和深入研究信息化技术施工的基础上，采用Revit软件、BIM建模等网络化和可视化信息技术，率先信息化集成水中墩施工资料、模拟施工技术、采取环保措施，合理地选取最优模型制定最佳水中墩施工方案，研究提出了水中墩信息化施工技术方法，形成了较完善的水中墩信息化施工综合管理系统平台，从而显著提高了水中墩施工安全和建设质量，并切实加强了动态设计和实时优化，缩短了施工工期，减少了环境污染，节约了成本投入，也为高效精细化管理提供了可靠的理论依据和技术支撑，可为行业人员提供有效的参考和借鉴。