水中系梁裝配式施工關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用效益分析

高 明

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1 水中系梁施工簡介

1.1 水中系梁施工概述及原理

水中系梁預(yù)制吊裝施工是指系梁在預(yù)制場分片預(yù)制,達(dá)到設(shè)計強度后用運輸車運至墩位處安裝就位。在預(yù)制系梁施工過程中,系梁鋼筋籠綁扎采用胎模進(jìn)行精密加工,確保其鋼筋籠尺寸及間距等符合設(shè)計規(guī)范要求,避免了在水上系梁施工中,鋼筋籠綁扎的尺寸及間距偏差大,特別是在海域中鋼筋的銹蝕嚴(yán)重。對其調(diào)平層的精度把控,利用樁基施工護(hù)筒內(nèi)徑比樁徑大200～400 mm的現(xiàn)場實際情況,將鋼護(hù)筒割至系梁底標(biāo)高,鑿除樁頭低于鋼護(hù)筒20～30 mm,采用M7.5水泥砂漿抹調(diào)平層至系梁底設(shè)計標(biāo)高(全站儀、水準(zhǔn)儀監(jiān)控),作為預(yù)制系梁的落點。

在安裝過程中,采用履帶吊或汽車吊進(jìn)行系梁安裝,并對系梁吊裝精確定位,采用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行全程定位監(jiān)控,確保其與設(shè)計一致,無偏差。系梁安裝完成后再一次用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)核,確保其無誤后進(jìn)行下一步施工[1]。

1.2 技術(shù)特點

1)系梁在預(yù)制廠集中生產(chǎn),集中運輸?shù)浆F(xiàn)場采用裝配式施工技術(shù),保證了系梁施工質(zhì)量,加快了施工進(jìn)度,減少了施工用地。

2)施工作業(yè)時占用鋼棧橋的時間大大縮短,吊裝作業(yè)時間短,緩解了鋼棧橋交通堵路的現(xiàn)象,降低了施工安全風(fēng)險,大量節(jié)約了現(xiàn)場施工組織協(xié)調(diào)的工作任務(wù)。

3)與傳統(tǒng)施工方法相比其施工工序周期短,操作簡便,機械設(shè)備利用率高,獨立性強,可多個作業(yè)面同時作業(yè)。

4)與其他同類施工技術(shù)相比解決了海水中施工的混隔離海水養(yǎng)護(hù)等技術(shù)性問題,大大加快了施工進(jìn)度和質(zhì)量保證。

5)其操作性與適用性強。該技術(shù)相對于水中現(xiàn)澆系梁節(jié)約了鋼套箱、鋼板樁圍堰、機械設(shè)備等措施費用,應(yīng)用前景廣。

1.3 適用范圍

水中系梁施工技術(shù)適用于設(shè)有系梁的橋梁工程,尤其對深水(海水)區(qū)域與淤泥地質(zhì)區(qū)域的施工難度大、環(huán)保要求高的各種結(jié)構(gòu)尺寸的現(xiàn)澆系梁,特別適用于跨海、江、河、沼澤橋梁系梁，更能顯示出優(yōu)越性。

2 水中系梁施工技術(shù)

2.1 預(yù)制場地的選擇

由于系梁體積較小,系梁預(yù)制場地選擇在距離施工現(xiàn)場較近和運輸方便的地方。

2.2 臺座的制作

臺座采用定型鋼模作底座,長寬與系梁尺寸一樣。定型鋼模底座放置在平整堅實的地面上。每次生產(chǎn)系梁前,底座上均勻涂抹脫模劑,以防系梁與臺座粘貼。見圖1。

2.3 綁扎鋼筋

在鋼筋加工廠進(jìn)行加工并進(jìn)行綁扎,目的是為了將其原來樁基中的鋼筋進(jìn)行接長等操作，以達(dá)到其穩(wěn)定性要求。見圖2。

圖1 水平矯正 圖2 鋼筋綁扎

2.4 模板的制作

立模順序：模板涂脫模劑→安裝外?！系撞坷瓧U→安裝端?！享敳坷瓧U→調(diào)模。

外模采用定型拼裝式鋼模。模板先拼裝,后吊裝就位。模板安置位置、尺寸準(zhǔn)確,牢固可靠。確保在澆注混凝土和振搗過程中不變形,不移位。見圖3。

圖3 模板制作

2.5 澆注混凝土

根據(jù)設(shè)計混凝土采用C35,混凝土澆注前對鋼筋及模板進(jìn)行檢查驗收。

混凝土采用自動計量拌合站集中拌合,運輸采用混凝土輸送車?；炷凛斔娃D(zhuǎn)接入模,灌注時用插入式振搗棒和附著式振搗器同時搗固。振搗標(biāo)準(zhǔn)為混凝土不再下沉,無氣泡上升,表面平坦并有薄層水泥漿出現(xiàn)。同時對系梁兩端與接樁混凝土連接處作鑿毛處理,鑿毛后表面石子外露10～15 mm,以保證與樁頭混凝土良好地結(jié)合。見圖4。

圖4 混凝土澆筑

混凝土澆注完之后對系梁進(jìn)行養(yǎng)護(hù),達(dá)到一定強度后拆除側(cè)模板,轉(zhuǎn)入下一循環(huán)。

2.6 樁頭清理及放樣

樁基施工完成后,將鋼護(hù)筒切割到系梁底標(biāo)高,然后鑿除樁頭,進(jìn)行測量放樣,確定系梁落點位置。

2.7 預(yù)制系梁運輸

系梁在運輸車輛上的臨時擱置位置應(yīng)符合設(shè)計要求,不得出現(xiàn)支點受力不均、結(jié)構(gòu)扭曲等情況。側(cè)向定位裝置除限制預(yù)制梁運輸途中水平向滑動外,不得有導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞的附加應(yīng)力。

為保證運輸設(shè)備能勻速、安全地行駛,速度限制要求見表1。

表1 速度限制表

運送系梁采用大型運輸車。運輸設(shè)備通過路口時,應(yīng)按指揮信號行駛,確保安全通行。通過橋梁時,速度不大于5 km/h。應(yīng)嚴(yán)格服從管理部門的指揮,在指定道路上勻速行駛,不得急加速、換檔和緊急制動。

2.8 系梁吊裝

系梁吊裝施工前,履帶吊在鋼棧橋施工平臺上停穩(wěn),待系梁運輸至指定位置后,開始吊裝作業(yè)。

正式開始起吊,吊點設(shè)在系梁端頭進(jìn)去600 mm位置,見圖5。

圖5 系梁吊點位置

施工時由系梁架設(shè)總指揮指揮起重設(shè)備開始起吊,收緊鋼絲繩,待系梁離開地面時(200～300 mm),停一下保證系梁的穩(wěn)定,然后起重設(shè)備在指揮下慢慢提升,提升的高度超過平臺護(hù)欄后,緩慢旋轉(zhuǎn)至系梁上方位置,再緩慢下放。

系梁吊裝前,用砂漿在系梁落點處攤鋪一層,以確保系梁底與樁基連接處密實無縫隙。在系梁下落過程中,施工人員應(yīng)隨時觀測系梁底面是否水平和系梁水平鋼筋與樁基預(yù)留鋼筋對位是否準(zhǔn)確,若偏差較大 ,應(yīng)停止下落,調(diào)平和對位準(zhǔn)確后方可繼續(xù)[2]。

2.9 清洗樁頭

樁頭清洗是一個重要環(huán)節(jié),采用高壓水槍沖洗,把樁頭里面的泥漿、細(xì)砂、焊渣等清洗干凈。

2.10 灌注混凝土

立模,灌注樁頭混凝土,灌注樁頂1.2 m高度范圍內(nèi)系梁混凝土。灌注時間選擇在低水位,采用普通吊斗或汽車泵直接輸送[3]。

3 工程應(yīng)用

3.1 溫嶺澤國至玉環(huán)大麥嶼疏港公路項目

溫嶺澤國至玉環(huán)大麥嶼疏港公路(228國道玉環(huán)段)工程項目,線路全長10.674 km,其中特大橋7 058.26 m/1座(漩門灣特大橋)；大橋1 809.6 m/2座(臺山、小青大橋)；上部結(jié)構(gòu)為30 m預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制T梁；下部結(jié)構(gòu)為蓋梁、墩柱及系梁,鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本項目漩門灣特大橋所處的環(huán)境類別為：跨海路段下部結(jié)構(gòu)為Ⅲ類,上部結(jié)構(gòu)為Ⅱ類,其余均為Ⅰ類并穿越漩門灣國家濕地公園；該特大橋大部分是在水中作業(yè),現(xiàn)澆系梁設(shè)計78根,其中66根系梁在水中,最深處水深4.5 m,而且系梁位置全部在漩門灣國家濕地公園水體中,水中小島內(nèi)有多種鳥類棲息，還有水產(chǎn)養(yǎng)殖,水體邊修建有出境水質(zhì)監(jiān)測站,施工過程中稍有不慎,便會引起環(huán)保問題,環(huán)保壓力非常大。施工難度大、施工成本高、施工周期長及施工安全風(fēng)險高；采用傳統(tǒng)鋼吊箱法或鋼板樁圍堰方法非常困難。

采用預(yù)制吊裝施工方法后,水中系梁于2017年3月20日開工,在2017年6月7日完成漩門灣特大橋66根水中系梁的施工,變更后系梁施工情況有兩種：一為漩門灣特大橋系梁,系梁位于漩門灣公園水體中,常水位-0.4 m,水中墩系梁設(shè)計底標(biāo)高為-0.3 m。施工期間系梁吊裝后底部均位于水面以上,系梁在岸上預(yù)制完成滿足強度后,采用80 t履帶吊機架設(shè),然后直接立接樁模板,澆筑接樁混凝土。二為小青和臺山大橋外海中系梁,系梁頂標(biāo)高在潮水位以下,吊裝后樁頭混凝土用鋼護(hù)筒防護(hù),澆筑接樁混凝土。至此完成了系梁施工全過程。

3.2 溫州甌海天長嶺隧道復(fù)線及接線改建項目

溫州甌海天長嶺隧道復(fù)線及接線改建工程項目,線路全長5.211 km。本項目共有嶺根橋、雷鋒渠橋和戌浦江大橋,線路起點位于郭南村溫瞿公路折角交叉處,向東順接現(xiàn)狀溫瞿公路,地表水有戌浦江、山塘水庫、山區(qū)小流域、平原區(qū)內(nèi)河河網(wǎng),地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。該地水系復(fù)雜,且為當(dāng)?shù)鼐用裆铒嬘盟吹?。施工過程中對水源的保護(hù)極其重要。施工之前當(dāng)?shù)卣蔡匾馓崆案嬷椖坎?施工過程中,切不可野蠻施工,導(dǎo)致水系被污染。本項目水中系梁共計53根,均采用現(xiàn)澆改預(yù)制施工方案進(jìn)行施工。

這種施工技術(shù)可以大幅度地縮短工期，降低施工成本,減少工人水中施工時間,降低安全風(fēng)險,還減少了環(huán)境干擾,是一種良好的施工技術(shù),有著施工安全、工期短、文明環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的。該技術(shù)的實施,為企業(yè)樹立了良好的形象,為單位創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和節(jié)能環(huán)保效益,對以后同類型的橋梁下部工程有著重要的指導(dǎo)作用。受到當(dāng)?shù)卣蜆I(yè)主的好評。

4 效益分析

4.1 228國道(玉環(huán)段)項目效益分析

4.1.1 經(jīng)濟(jì)效益

系梁采用裝配式吊裝施工方法,可以最小限度地利用工廠化集中預(yù)制,在實體質(zhì)量、生產(chǎn)運輸安全、環(huán)境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標(biāo)準(zhǔn)。

228國道玉環(huán)段工程水中系梁共計138根,現(xiàn)采用混凝土預(yù)制吊裝方案施工,取消使用鋼套箱圍堰施工,混凝土成本費用不變。見表2。

表2 228國道項目經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1.2 社會效益

228國道(玉環(huán)段)工程建成后,將有效地促進(jìn)玉環(huán)市沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,使百姓出行更方便,減少地面交通運輸壓力,縮短了玉環(huán)至溫嶺的距離。

采用傳統(tǒng)的鋼套箱圍堰隔水現(xiàn)澆施工,無法保證對浪濺區(qū)以下的新澆混凝土結(jié)構(gòu),在10 d內(nèi)且混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度等級70%之前,不受海水的侵襲,不符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTG/T F50—2011)》中20.3.6的要求,存在質(zhì)量隱患；然而項目部采用“系梁裝配式吊裝”施工技術(shù)，保證漩門灣特大橋施工安全、快速、高效、保質(zhì),有效地縮短了三個月合同有效工期，高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量地完成了業(yè)主下達(dá)的節(jié)點目標(biāo)和施工任務(wù),受到當(dāng)?shù)卣?、業(yè)主和各界人士的好評,取得了良好的社會效益。

4.1.3 節(jié)能環(huán)保效益

本工程處于玉環(huán)市漩門灣國家濕地公園,為確保該公園的水域環(huán)境得到有效的保護(hù),采用本工法大大減少了建筑垃圾污染、噪聲污染、水質(zhì)污染、機械設(shè)備污染。

系梁預(yù)制場地選擇在560 m路基上,集中預(yù)制,施工更便捷,能更有效地控制工程質(zhì)量,減少對施工現(xiàn)場環(huán)境的破壞,作業(yè)人員水中作業(yè)時間減少,能有效降低作業(yè)人員的安全風(fēng)險,避開了當(dāng)?shù)?—9月份臺風(fēng)季節(jié),雨水增多造成現(xiàn)澆圍堰施工的難度,預(yù)制系梁吊裝施工節(jié)約了鋼套箱圍堰的措施費,有利于下部結(jié)構(gòu)組織平行作業(yè)、流水作業(yè)，避免窩工，提升施工效率,減少人、機投入,縮短工期。

現(xiàn)場運用證明,該工法在實體質(zhì)量、生產(chǎn)運輸安全、環(huán)境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標(biāo)準(zhǔn),特別是在經(jīng)濟(jì)、社會、節(jié)能環(huán)保效益等方面效果顯著,推廣運用前景廣泛。

4.2 溫州天長嶺隧道項目效益分析

4.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

系梁采用裝配式吊裝施工方法,可以最小限度地利用工廠化集中預(yù)制,在實體質(zhì)量、生產(chǎn)運輸安全、環(huán)境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標(biāo)準(zhǔn)。

溫州天長嶺隧道項目工程水中系梁共計53根,現(xiàn)采用混凝土預(yù)制吊裝方案施工,取消使用鋼套箱圍堰施工,混凝土成本費用不變。見表3。

表3 溫州天長嶺遂道項目經(jīng)濟(jì)效益分析

4.2.2 社會效益

溫州天長嶺隧道項目建成后,將有效地促進(jìn)溫州市甌海區(qū)沿線經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,改善百姓出行,減少地面交通運輸壓力,縮短了澤雅鎮(zhèn)至溫州市區(qū)的出行時間。項目部采用“系梁裝配式吊裝”施工方法保證戌浦江大橋和雷鋒渠橋施工安全、快速、高效、保質(zhì),有效地縮短了合同有效工期一個月,在溫州市甌海區(qū)眾多施工企業(yè)中是第一家高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量地完成了業(yè)主下達(dá)的節(jié)點目標(biāo)和施工任務(wù),同樣受到當(dāng)?shù)卣?、業(yè)主和各界人士的好評,取得了良好的社會效益。

4.2.3 節(jié)能環(huán)保效益

本工程處于溫州市甌海區(qū)澤雅鎮(zhèn)戌浦江處,戌浦江為當(dāng)?shù)剞r(nóng)田灌溉主要水源,為確保此水源水域環(huán)境得到有效的保護(hù),采用本工法大大減少了建筑垃圾污染、噪聲污染、水質(zhì)污染、機械設(shè)備污染。

現(xiàn)場運用證明,該工法在實體質(zhì)量、生產(chǎn)運輸安全、環(huán)境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標(biāo)準(zhǔn),特別是在經(jīng)濟(jì)、社會、節(jié)能環(huán)保效益等方面效果顯著,推廣運用前景廣泛。

5 結(jié) 語

水中系梁采用裝配式施工技術(shù),不僅解決了水域中施工現(xiàn)澆系梁采取的鋼板樁、鋼套箱圍堰的措施工程,還解決了海水區(qū)域施工中混凝土構(gòu)件養(yǎng)生等難題,從而達(dá)到施工高效優(yōu)質(zhì)和節(jié)約成本的目的。

此技術(shù)對施工中的原材料、機械設(shè)備、施工方法、質(zhì)量保證、進(jìn)度指標(biāo)等方面的研究與實踐,滿足了設(shè)計提出的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),取得了寶貴的經(jīng)驗,形成了一項較為完整的施工技術(shù),值得推廣與應(yīng)用。