外海橋梁埋置式承臺及墩柱預制出運技術(shù)

孫業(yè)發(fā)，張全林，李一勇，蘇權(quán)科，宋書東，丁志軍，岳銘濱，王　偉

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北　秦皇島　066000；2.中交第一航務工程局有限公司，天津　300461；3.港珠澳大橋管理局，廣東　珠?！?19000）

外海橋梁埋置式承臺及墩柱預制出運技術(shù)

孫業(yè)發(fā)1，張全林1，李一勇2，蘇權(quán)科3，宋書東1，丁志軍1，岳銘濱2，王偉1

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇島066000；2.中交第一航務工程局有限公司，天津300461；3.港珠澳大橋管理局，廣東珠海519000）

依托港珠澳大橋橋梁工程CB03標研發(fā)了埋置式承臺及墩柱預制出運技術(shù)。該技術(shù)有利于實現(xiàn)預制構(gòu)件的高質(zhì)量、保證橋梁的耐久性以及橋梁施工的工廠化和裝配化，縮短橋梁建設周期，可為其他土建工程提供借鑒。

外海橋梁；埋置式承臺；墩柱；預制；出運

0　引言

隨著社會的發(fā)展，近年來外海橋梁項目越來越多。外海橋梁項目往往施工及運營條件更為復雜，采用了大量的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)。港珠澳大橋是世界上最復雜、技術(shù)難度最高的跨海通道項目之一，是首個設計使用壽命為120 a的橋梁項目，首次采用了埋置式承臺及墩柱一體化預制安裝工藝。本文結(jié)合港珠澳大橋橋梁工程CB03標，介紹了為滿足港珠澳大橋高標準要求而研發(fā)的外海橋梁埋置式承臺及墩柱預制出運成套技術(shù)。

1　工程概況

港珠澳大橋橋梁工程CB03標段長8.67 km，分為深水區(qū)非通航孔橋和青州航道橋兩部分，共預制墩臺72座，117件，混凝土8.85萬m3，環(huán)氧鋼筋1.7萬t。CB03標段墩臺預制出運施工主要特點有：

1）墩臺類型多，體積大，結(jié)構(gòu)復雜

墩臺共9個大類、40種型號，單件最重達3 510 t。承臺后澆孔、異形墩帽、分節(jié)式干接縫等結(jié)構(gòu)復雜，帶來一系列施工難題。本工程為國內(nèi)首個埋置式承臺預制安裝的項目，首次采用墩身干接縫結(jié)構(gòu)的項目。

2）大量使用新材料

高性能環(huán)氧鋼筋與φ75 mm預應力粗鋼筋等材料均為國內(nèi)首次使用。高性能環(huán)氧鋼筋涂層保護要求遠遠高于普通環(huán)氧鋼筋。φ75 mm預應力粗鋼筋及波紋管根據(jù)干接縫結(jié)構(gòu)要求，埋設精度要求高，超大張拉力、超高壓孔道灌漿等施工難度大。

3）墩臺耐久性要求高

港珠澳大橋按120 a使用年限設計，墩臺耐久性要求高[1]?；炷量沽?、混凝土抗氯離子滲透、鋼筋保護層厚度、混凝土表面硅烷浸漬等施工質(zhì)量要求高，帶來了一系列施工難題。

4）施工精度要求高

本項目施工精度遠遠高于普通項目[2]，大大增加了各工序的施工難度，如分節(jié)式橋墩采用的干接縫結(jié)構(gòu)，需要實現(xiàn)包括剪力鍵槽在內(nèi)的混凝土面以及預應力粗鋼筋上下匹配等。

2　主要施工技術(shù)

為滿足承臺及墩柱預制出運各項高標準技術(shù)要求，研發(fā)了橋墩干接縫豎向匹配預制技術(shù)、大直徑厚涂層環(huán)氧鋼筋加工技術(shù)、復雜結(jié)構(gòu)大體積混凝土防裂技術(shù)等一系列新技術(shù)。

2.1橋墩干接縫豎向匹配預制技術(shù)

超高橋墩采用分節(jié)預制拼裝工藝，上下節(jié)之間為帶有剪力鍵與剪力槽的匹配干接縫，各節(jié)通過直徑75 mm豎向預應力粗鋼筋連接成整體。干接縫包括剪力鍵/槽在內(nèi)的接觸面以及干接縫處豎向預應力粗鋼筋均有匹配性要求，精度要求極高。結(jié)合分節(jié)預制拼裝工藝，研究了干接縫結(jié)構(gòu)匹配預制的翻模技術(shù)、機加工鋼模具技術(shù)、鋼-混凝土結(jié)合底模具技術(shù)，以及預應力粗鋼筋系統(tǒng)精度控制技術(shù)，實現(xiàn)了墩柱干接縫結(jié)構(gòu)豎向?qū)拥钠ヅ漕A制[3]。

2.2大型預制墩柱環(huán)氧鋼筋籠整體吊裝套筒連接技術(shù)

港珠澳大橋CB03標合同段預制整體式橋墩單座高度約27 m，設有2條水平施工縫，分3次澆筑，上部兩段墩柱澆筑高度10 m左右，環(huán)氧涂層鋼筋重量60 t左右，采用常規(guī)工藝需要的施工時間較長。

為減少上下兩段混凝土澆筑時間間隔，避免上下兩段混凝土因收縮不一致產(chǎn)生約束裂縫，成功研發(fā)了大型預制墩柱環(huán)氧涂層鋼筋籠整體吊裝套筒連接技術(shù)。實現(xiàn)對接的核心思路，一是豎向鋼筋有足夠的自由長度，滿足與下部鋼筋絲頭對接的要求；二是對接前鋼筋依附鋼筋籠內(nèi)的勁性骨架和頂部定位架進行綁扎，勁性骨架和頂部定位架是主要受力體系，單根鋼筋主要承受自身重量，防止鋼筋因施工受力過大破壞環(huán)氧涂層；三是通過定位架工藝保證待對接豎向鋼筋的頂部與已澆筑混凝土外露豎向鋼筋的位置準確，將上端通過定位架定位、下端具有足夠自由長度的豎向鋼筋與已澆筑混凝土外露鋼筋通過套筒連接到位，簡易綁扎在勁性骨架上的橫筋等鋼筋依次依附豎筋綁扎就位，實現(xiàn)所有鋼筋的位置準確。該技術(shù)在施工效率、質(zhì)量、安全等方面相比傳統(tǒng)工藝均有大幅提高，體現(xiàn)“裝配化”施工理念，具有一定的推廣價值[4]。

2.3裝配式通用型高精度橋墩模板施工技術(shù)

CB03標墩臺型號多，結(jié)構(gòu)復雜，相應模板設計與施工難度很大。模板施工技術(shù)具有高精度、大剛度、裝配式、通用性等幾大特點。

1）高精度

墩臺預制精度要求高，如垂直度要求滿足H/3 000。通過銑邊、調(diào)平等機械措施提高模板加工質(zhì)量。通過定位銷、精密螺栓等措施提高模板拼裝質(zhì)量。墩身外模底口設置了高精度模板調(diào)整支架，支架上安裝24組豎向可調(diào)螺旋支座，可以對模板垂度進行微調(diào)。承臺外模底口也設置了垂度調(diào)整絲桿。

2）大剛度

橋墩混凝土外表面不允許設置施工預埋件和預留孔，墩臺外側(cè)模板設計只能采用大跨度大剛度桁架結(jié)構(gòu)，相鄰兩片通過大直徑拉桿連接。外模板設計為以水平為主、豎向為輔的空間桁架體系（圖1），桁架寬度最大達到3.5 m，模板單片或單層重量控制在100 t以內(nèi)?？紤]模板在混凝土澆筑過程中會產(chǎn)生一定撓度，兩次澆筑混凝土接茬處易產(chǎn)生錯臺，在施工縫處設置了大剛度加固梁，見圖2。

3）裝配式

模板安裝遵循裝配式理念。承臺后澆孔甩筋圓模[5]、墩身及墩帽內(nèi)模均采用場外預拼裝成型后整體吊裝就位工藝。墩身高度較高，外側(cè)模板安裝采用了分層套裝工藝。將每層的4片模板在場外預拼裝成型，再自下而上將各層模板套裝入墩身鋼筋籠，見圖3。采用分層套裝工藝可提高功效1倍以上。

4）通用性

考慮橋墩型號多，模板設計充分考慮通用性，減少模板投入。對于斷面相同高度不同的整體式和兩節(jié)式橋墩，通過設置調(diào)整節(jié)模板解決不同高度問題。對于斷面與高度均不同的三節(jié)式橋墩，設計為桁架通用板面更換結(jié)構(gòu)的拼裝式鋼模板，桁架與板面間縫隙處設置異形楔形肋，墩身模板改制示例見圖4。

圖1　外模桁架Fig.1　Truss for external formwork

圖2　加固梁Fig.2　Stiffening braces for formwork

圖3　外模分層套裝Fig.3　Erection of external formwork

圖4　墩身模板改制示例Fig.4　Schematic diagram for refitting of pier formwork

橋墩模板技術(shù)研發(fā)立足于符合大型化、裝配化、高精度要求，進一步完善了高難項目模板施工技術(shù)。

2.4復雜結(jié)構(gòu)大體積混凝土防裂技術(shù)

港珠澳大橋預制墩臺混凝土具有耐久性要求高、構(gòu)件復雜、邊界約束條件多、齡期差短等特點，增加了防裂控制難度。為解決預制橋墩產(chǎn)生裂縫問題，采用有限元仿真模擬分析墩身內(nèi)部溫度和應變情況，在墩身內(nèi)部埋設溫度和應變傳感器進行原位測試。確定產(chǎn)生裂縫的根本原因是橋墩施工縫上下混凝土收縮不同步，在此基礎上制定了減小混凝土降溫收縮、減小混凝土濕度收縮、提高混凝土抗裂性能等相應防裂技術(shù)措施，較好地解決了裂縫問題[6]。

2.5橋梁墩柱立式出運技術(shù)

本標段共預制分節(jié)式橋墩17座，中上節(jié)墩身共49件，具有高寬比大、重心高、重量大的特點。中節(jié)墩身最大高度21.787 m，最大高寬比達到5.45，重心高度達10.9 m，最重2 386 t；上節(jié)墩身最高19.307 m，最大高寬比達到5.52，重心高度達12.3 m，最重2 532 t。從預制場到安裝現(xiàn)場約50 n mile，海況復雜，臺風、突風多發(fā)，橋墩運輸風險大。為保證細高墩身陸上橫縱移和海上運輸?shù)姆€(wěn)定性，根據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的特點，研發(fā)了細高墩柱立式出運技術(shù)。墩柱立式主要通過設置鋼-混凝土平臺和內(nèi)、外加固系統(tǒng)增加墩柱穩(wěn)定性，實現(xiàn)安全出運。

1）鋼-混凝土平臺

鋼-混凝土平臺為厚鋼板制作成的主、次梁箱式結(jié)構(gòu)，對應構(gòu)件接觸區(qū)域、頂升區(qū)域和臺車布置區(qū)域進行加強，并充填混凝土，見圖5。

圖5　鋼-混凝土平臺Fig.5　Steel and concrete platform

2）內(nèi)加固系統(tǒng)

內(nèi)加固系統(tǒng)分為預埋部分和外連接部分。預埋部分埋置在墩身混凝土內(nèi)，利用φ40 mm精軋螺紋鋼、拉結(jié)筋和套筒組合成錨固系統(tǒng)承受水平拉力和垂直剪力。外連接部分采用8根φ40 mm精軋螺紋鋼拉桿將構(gòu)件與鋼-混凝土平臺連接，形成整體受力結(jié)構(gòu)，見圖6。內(nèi)加固系統(tǒng)可提供的穩(wěn)定力矩按穩(wěn)定性最差墩柱考慮。

圖6　內(nèi)加固系統(tǒng)Fig.6　Internal bracing system

3）外加固系統(tǒng)

墩身高度大于14.7 m、重心高度大于8 m、穩(wěn)定系數(shù)小于1.7的橋墩海上運輸設置外加固系統(tǒng)。外加固系統(tǒng)由2組三角桁架、2根水平鋼箱梁和4根PSB1080級φ32精軋螺紋鋼拉桿組成。三角桁架布置在構(gòu)件長面兩側(cè)，自成穩(wěn)定體系，兩側(cè)外加固裝置頂端通過拉桿連接。外加固系統(tǒng)見圖7。

圖7　外加固系統(tǒng)Fig.7　External bracing system

采用墩柱立式出運技術(shù)實現(xiàn)了本項目所有構(gòu)件的安全出運，解決了大型細高構(gòu)件復雜工況下的安全運輸問題，進一步完善了大型構(gòu)件的運輸工藝。

3　結(jié)語

依托港珠澳大橋CB03標研發(fā)的埋置式承臺及墩柱預制出運技術(shù)，包含了大量新技術(shù)，對推動橋梁建設向大型化、裝配化、工廠化發(fā)展具有一定意義，在同類工程中具有一定的推廣價值。

[1]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋混凝土耐久性技術(shù)規(guī)程[S]. 2012.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Technical specification for concrete durability of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge project[S].2012.

[2]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋主體工程橋梁工程施工及質(zhì)量驗收標準[S].2012.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteriaforMainbridge engineeringof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].2012.

[3]孫業(yè)發(fā)，劉長義，王海波，等.港珠澳大橋墩柱干接縫結(jié)構(gòu)匹配預制技術(shù)[J].中國港灣建設，2015，35（8）：49-52.

SUN Ye-fa,LIU Chang-yi,WANG Hai-bo，et al.Matching precast technology in piers dry joints of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge [J].China Harbour Engineering，2015,35(8):49-52.

[4]孫業(yè)發(fā)，王偉，宋書東，等.大型預制橋墩鋼筋籠整體吊裝對接施工技術(shù)[J].中國港灣建設，2014（9）：55-58.

SUN Ye-fa,WANG Wei,SONG Shu-dong，et al.Integral hoisting and butt joint construction technology for reinforcing cage of largescale prefabricated bridge pier[J].China Harbour Engineering，2014(9):55-58.

[5]陳沖海，孫凱，孫業(yè)發(fā)，等.港珠澳大橋橋墩預制后澆孔甩筋內(nèi)模設計與改進[J].中國港灣建設，2015，35（1）：39-42.

CHEN Chong-hai,SUN Kai,SUN Ye-fa，et al.Design and improve of internal formwork for pouring hole with extended rebar of prefabricated bridge pier of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. China Harbour Engineering，2015,35(1):39-42.

[6]王新剛，孫業(yè)發(fā)，徐鴻玉.港珠澳大橋預制橋墩裂縫控制技術(shù)[J].中國港灣建設，2015，35（12）：66-70.

WANG Xin-gang,SUN Ye-fa,XU Hong-yu.Control technology for prefabricated pier crack of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge [J].China Harbour Engineering，2015,35(12):66-70.

Precasting and transportation technologies for embedded bearing platforms,piers and columns for sea-crossing bridges

SUN Ye-fa1,ZHANG Quan-lin1,LI Yi-yong2,SU Quan-ke3,SONG Shu-dong1,DING Zhi-jun1, YUE Ming-bin2,WANG Wei1
（1.No.5 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066000,China; 2.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China; 3.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority,Zhuhai,Guangdong 519000,China）

Precasting and transportation technologies for embedded bearing platforms,piers and columns have been developed based on the works for Contact Package CB03 for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.The technologies are conducive to ensuring the high quality of the precast elements,bridge's durability,and factory fabrication and assemblage of bridges,thus shortening the construction period and providing reference for other building projects.

sea-crossing bridge;embedded bearing platform;pier and column;precasting;transportation

U443.25

B

2095-7874（2016）05-0054-05

10.7640/zggwjs201605013

2015-12-03

2016-01-22

孫業(yè)發(fā)（1979— ），男，山東濰坊人，高級工程師，副總工程師，從事施工技術(shù)管理工作。E-mall：307953090@qq.com