水中花瓶墩施工難點及技術

林 凱，曹劍平，王乃雙

(廣西路橋工程集團有限公司，廣西 南寧 530200)

0 引言

隨著我國基礎設施建設的跨越式發(fā)展，橋梁發(fā)展向海而興已成趨勢，杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋、深中通道等都是海中橋梁建設典范。當前水中橋墩[1]多采用“施工平臺-模板一體化”的施工方法，即鋼筋進行懸空安裝，將施工平臺焊接于墩身模板之上，操作人員站立于墩身模板平臺上施工。此施工方法的最大缺點是鋼筋頂部無支撐約束，鋼筋晃動大，澆筑混凝土過程中，操作人員站在模板平臺上，一旦出現(xiàn)模板脹?；蚶瓧U斷裂均容易導致人員傷亡。本文以在建工程龍門大橋為依托，通過優(yōu)化花瓶墩施工平臺設計，提出了切實可行的安全施工技術措施，為水中橋梁橋墩施工發(fā)展提供參考借鑒。

1 工程概況

龍門大橋是目前廣西規(guī)劃建設的最長跨海大橋，主橋為跨徑1 098 m的單跨吊鋼箱梁懸索橋，也是廣西最大的跨徑橋梁。龍門大橋引橋分東、西引橋，均為預應力混凝土現(xiàn)澆箱梁橋，引橋橋墩均采用實心墩，橋墩順橋向?qū)挾确譃?.0 m、2.5 m、3.0 m3種。橫橋向橋墩外形為花瓶墩，以墩頂以下6 m作為分界。如圖1所示。

圖1 引橋橋墩設計圖(cm)

水中承臺頂標高基本為0，20年一遇最低潮位H=-2.52 m時，承臺浸入水中0.5 m；橋位歷史最高水位+3.98 m，常規(guī)高潮位時承臺全淹。如圖2所示。

圖2 承臺標高確定原則示意圖(cm)

2 海中花瓶墩施工難點

(1)海水漲潮將淹沒墩身起步段，需解決墩身起步段在無水狀態(tài)下的鋼筋安裝、混凝土澆筑及養(yǎng)護難題。

(2)裝配式梯籠平臺整體美觀，安全性好，但其構(gòu)件多為角鋼、螺栓，不耐腐蝕。一天中，受海水漲落潮影響，承臺頂部有將近一半時間被海水浸泡，因此需解決裝配式梯籠平臺泡水耐久性難題。

(3)為滿足模板安裝、人員站位空間，裝配式梯籠平臺橫向?qū)挾刃璐笥诔信_寬度，即裝配式梯籠平臺投影面積部分位于水中，需解決裝配式梯籠平臺支撐難題。

(4)花瓶墩的橫向?qū)挾炔粩嘧兓?，操作人員需近墩施工，翻模施工也需要一定的凈寬，橫向平臺需具備調(diào)節(jié)功能。

(5)花瓶墩為變截面，常規(guī)翻模工藝只適用于等截面，為提高模板周轉(zhuǎn)率，需優(yōu)化墩身模板的分段、分塊設計。

(6)花瓶墩鋼筋不豎直，安裝過程受地心引力影響，晃動較大，頂部懸挑支撐較難，鋼筋間距和保護層難以控制。

3 花瓶墩施工技術

3.1 鋼圍堰止水帷幕設置

淺水區(qū)域，在承臺周邊插打封閉的鋼板樁，在鋼板樁內(nèi)壁安裝工鋼圍檁和鋼管內(nèi)支撐，清淤并澆筑封底混凝土，等封底混凝土齡期>5 d后，抽干圍堰內(nèi)水，澆筑調(diào)平層混凝土，形成內(nèi)部無水的鋼板樁圍堰；深水區(qū)域，利用樁基鋼護筒作為支點，安裝鋼底板、鋼側(cè)板、鋼圍檁和鋼管內(nèi)支撐，下放鋼吊箱，澆筑封底混凝土，等封底混凝土齡期>5 d后，抽干圍堰內(nèi)水，澆筑調(diào)平層混凝土，形成內(nèi)部無水的鋼吊箱圍堰。

水中承臺在鋼圍堰中施工。承臺澆筑前，在承臺頂面預埋墩身起步段鋼筋和8塊800 mm×800 mm×10 mm的鋼板。預埋鋼板底部焊接錨筋，為鋼板提供抗拔力。

3.2 耐腐蝕“板凳墩”設置

為確保鋼材周轉(zhuǎn)使用，對鋼板、鋼管、型鋼都做防腐涂裝處理。

3.3 裝配式梯籠平臺設計及安裝

裝配式腳手架全部由鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件拼裝而成，主要構(gòu)件有可調(diào)底座、調(diào)節(jié)底框、底框、頂框、立柱框、安全網(wǎng)、加強立桿、加強斜桿、樓梯、樓梯扶手等，外側(cè)有獨立圍護體系。

為方便吊裝及人員通行，裝配式梯籠平臺模塊劃分尺寸為：高度2 m，橫向?qū)? m，縱向?qū)?.2 m，模塊內(nèi)桿件以及相鄰模塊都通過螺栓連接。變寬區(qū)域通過可調(diào)踏板調(diào)節(jié)。人員上下通過設置“之”字形斜梯實現(xiàn)。

在陸地或鋼平臺上通過汽車吊將散件拼裝成裝配式梯籠平臺模塊，平板車運輸一個個裝配式梯籠平臺模塊到現(xiàn)場，再通過汽車吊將其逐個安裝至墩位。每次安裝高度與鋼筋安裝高度基本齊平。裝配式梯籠平臺搭設流程如圖3所示。

圖3 裝配式梯籠平臺搭設流程圖

3.4 裝配式梯籠平臺各構(gòu)件的作用描述

(1)可調(diào)底座：用于調(diào)節(jié)整體水平的調(diào)節(jié)構(gòu)件。

(2)調(diào)節(jié)底框：主要受力構(gòu)件，安裝在可調(diào)底座上，用于承托單元節(jié)保護架的主要承重構(gòu)件。

(3)底框：主要受力構(gòu)件，連接立柱框和樓梯的構(gòu)件，用于施工通道、操作平臺的橋板。

(4)頂框：主要受力構(gòu)件，連接立柱框和樓梯的構(gòu)件，用于整體吊裝。

(5)立柱框：承受垂直方向荷載的主要構(gòu)件，連接底框和頂框之間的構(gòu)件。

(6)安全網(wǎng)：安裝在腳手架外側(cè)的防護安全構(gòu)件。

(7)加強立桿：安裝在單元節(jié)內(nèi)側(cè)用于單元節(jié)整體搭設，起固定作用。

(8)加強斜桿：安裝在單元節(jié)外側(cè)用于單元節(jié)整體搭設，起固定作用。

(9)樓梯：安裝在上下平臺之間，供施工人員上下通行的構(gòu)件。

(10)樓梯扶手：安裝在樓梯左側(cè)，供施工人員上下通行起保護作用的構(gòu)件。

3.5 裝配式梯籠平臺特點(見圖4)

(1)安全可靠、承載力強：橫桿接頭與立桿接觸面大，插銷具有自鎖功能，增強了系統(tǒng)通道的整體穩(wěn)定性。

(2)高效率、高性能：適應于海上等空間有限的施工場地，方便施工，與傳統(tǒng)爬梯相比，施工人員上下更省力。另外，單件重量≤40 kg，大大提高了裝拆效率。

(3)安裝簡單、方便搭設：橫撐的設置，減少了樓梯安裝的工序，只需要將樓梯放置在橫撐內(nèi)即可安全通行。

圖4 裝配式梯籠平臺示意圖(cm)

(4)高效益、低成本：構(gòu)件標準化，便于運輸和管理；裝配式結(jié)構(gòu)無零散易丟失構(gòu)件，損耗低。每次裝拆成本是其他爬梯類型的1/2，可整體吊裝，大大提高了施工效率，提高了重復使用率，綜合效益顯著。

3.6 花瓶墩模板經(jīng)濟性設計

根據(jù)花瓶墩幾何規(guī)律，如圖5所示(以左幅68號墩和左幅69號墩為例)，模板[2]采取經(jīng)濟性分塊設計：

(1)B1類型模板為平面模板，高度為200 cm，寬度為300 cm，引橋多個墩間或單個墩內(nèi)均可周轉(zhuǎn)使用。

(2)A1～An類型模板為帶倒角異形模板，高度為200 cm，寬度變寬，引橋多墩間可周轉(zhuǎn)使用。

(3)起步段模板為變高、變寬模板，只能一次性使用。

(4)墩帽模板分3塊，高度為623 cm，引橋多個墩間可周轉(zhuǎn)使用。

圖5 左幅68號墩和左幅69號墩花瓶墩模板分塊設計示意圖(cm)

3.7 花瓶墩關鍵施工技術要點

(1)墩身起步段在鋼吊箱圍堰內(nèi)施工，起步段墩身模板不能拆除，其可作為第二節(jié)墩身模板的連接、支撐點，可減少模板漏漿、混凝土成品錯臺。同理，第n節(jié)墩身頂部模板作為第n+1節(jié)墩身模板的連接、支撐點，此即為翻模[3]施工的關鍵施工技術要點。

(2)墩身起步段完成后，安裝第一輪裝配式梯籠平臺；第n節(jié)墩身完成后，安裝第n+1輪裝配式梯籠平臺；每次安裝的裝配式梯籠平臺頂面標高需大于鋼筋頂面標高，方便人員上下及鋼筋安裝。

(3)鋼筋采取散件單根安裝，先安裝主筋，再安裝外側(cè)水平箍筋，最后安裝鋼筋籠內(nèi)縱橫向水平構(gòu)造筋。豎向主筋采取直螺紋套筒連接，水平筋采取搭接焊連接，接頭錯開均≥50%。主筋通過角鋼梳子板定位間距，保護層通過圓形墊塊和焊接的鋼筋頭限位[4]。

(4)模板外側(cè)設置水平雙拼[14槽鋼背楞，雙拼[14槽鋼豎向間距為750 mm。通過雙拼[14槽鋼背楞設置φ30 mm精軋螺紋對拉拉桿，拉桿豎向間距為750 mm，橫向間距為1 100 mm。模板、背楞、拉桿共同承受混凝土澆筑過程的不均勻荷載。

(5)墩身頂部中間設置下料串筒，串筒底部距離上一節(jié)墩身混凝土頂部≤2 m。混凝土澆筑采取汽車泵泵送，工人分層振搗，分層高度控制在30～50 cm。

(6)在裝配式梯籠平臺頂部放水桶并接管至墩頂，墩頂混凝土采取滴灌養(yǎng)生；拆模后，由于翻模施工的需要，最頂層一節(jié)模板未拆除，在最頂層一節(jié)模板下沿四周纏繞橡膠管，橡膠管壁內(nèi)側(cè)開大量φ2 mm小孔，管內(nèi)壓水實現(xiàn)整個墩身周邊噴淋養(yǎng)護。墩頂?shù)喂囵B(yǎng)生、墩周邊噴淋養(yǎng)護，以此達到墩身養(yǎng)護到位，養(yǎng)護周期≥7 d。

4 結(jié)語

基于全落地裝配式梯籠平臺的水中花瓶墩施工技術為龍門大橋項目解決了大量施工技術難題，其安全性、實用性、經(jīng)濟性顯著。

(1)耐腐蝕“板凳墩”的設置，既解決了裝配式梯籠平臺易腐蝕問題，也滿足了裝配式梯籠平臺支撐點加寬的需求。

(2)橫向可調(diào)踏板為變寬花瓶墩施工提供了便利。

(3)裝配式梯籠平臺圍繞墩身一周，強度大、穩(wěn)定性好，可為花瓶墩斜向鋼筋散件安裝過程提供支撐，減少鋼筋斜向懸臂施工難度，提高施工效率，安全可靠。

(4)花瓶墩模板經(jīng)濟性設計實現(xiàn)了異形模板的高周轉(zhuǎn)率，大大降低了施工成本。