綠色低碳背景下水中墩信息化施工技術(shù)應(yīng)用

段建濤 王記濤

（1.河南豫路工程技術(shù)開發(fā)有限公司，河南 鄭州 450000；2.河南金途科技集團(tuán)股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

近年來，隨著我國市政工程、交通工程建設(shè)項(xiàng)目的不斷增加，人們對工程施工的要求越來越高。其中，特別是跨越水庫、湖泊、河流及自然風(fēng)景保護(hù)區(qū)的橋梁工程項(xiàng)目，為避免在建設(shè)期間污染水體或景區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生不良社會(huì)影響、拖延工期，綠色施工要求都較高。多數(shù)橋梁所在庫區(qū)水位較深，施工難度較大，承臺(tái)施工中需要鋼板樁圍堰防護(hù)，并提前分析各種工況下鋼板樁圍堰的受力情況，設(shè)計(jì)合理的圍堰防護(hù)體系，在不影響周邊水體的情況下，保證承臺(tái)施工安全可控。

水中墩施工作業(yè)空間狹小，各類機(jī)械聚集在作業(yè)平臺(tái)上，機(jī)械在作業(yè)或維修保養(yǎng)時(shí)若不慎將油污滴落水庫中，需要采取相應(yīng)措施保證污染不擴(kuò)散，盡可能減少周邊水體污染。施工過程工序相對復(fù)雜，加上項(xiàng)目技術(shù)人員普遍年輕化，須借助可視化手段提高管理、技術(shù)人員理解施工方案效率，避免返工。同時(shí)，在樁基鋼筋籠下放過程中精度控制難度大、橋墩養(yǎng)護(hù)過程效率低、水資源浪費(fèi)多，須采取相應(yīng)措施改變既有施工工藝。本文在綠色低碳環(huán)境下，開展水中墩信息化施工技術(shù)的應(yīng)用研究，具有很好的推廣及應(yīng)用前景。

1 信息化施工技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

采用BIM建模技術(shù)布置棧橋及場地，模擬樁基、承臺(tái)、墩身施工，提高施工效率。利用Midas技術(shù)分析三種工況下鋼板樁的受力情況，保證施工安全；創(chuàng)新應(yīng)用吸油鎖，避免施工污染水體；采用塑料薄膜堵漏技術(shù)封堵鋼板樁圍巖，提高止水效果；采用自動(dòng)噴淋技術(shù)養(yǎng)護(hù)墩身混凝土，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量；采用鋼筋籠定位護(hù)筒實(shí)現(xiàn)墩身鋼筋籠的精確定位，提高樁基施工質(zhì)量；二維碼信息化技術(shù)交底，提高交底效率。

2 水中墩施工技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 BIM族庫及模型建立

使用Revit軟件建立鋼棧橋及水中墩施工BIM模型，包括鋼棧橋、施工作業(yè)平臺(tái)、樁基、承臺(tái)、墩身等，并賦予模型施工所需信息，保證后續(xù)BIM技術(shù)的應(yīng)用。

圖1 水中墩模型創(chuàng)建

2.2 鋼棧橋施工

按“1152”標(biāo)準(zhǔn)化要求配置橋梁架子施工人員，即一個(gè)隊(duì)長，一個(gè)技術(shù)負(fù)責(zé)人，配置技術(shù)員、試驗(yàn)員、材料員、安全員、質(zhì)量員及工班長和領(lǐng)工員。根據(jù)施工需要，每個(gè)模型附加完整的信息參數(shù)，通過BIM建模技術(shù)布置棧橋及場地，優(yōu)化臨建布置方案；同時(shí)，模擬樁基、承臺(tái)、墩身施工，形成三維作業(yè)指導(dǎo)手冊，提高方案交底效率。此外，通過信息化施工預(yù)演，在嚴(yán)格控制水中墩施工工序，保證施工質(zhì)量的同時(shí)，確保施工對既有環(huán)境干擾最小。

2.3 吸油索設(shè)置

防止油污污染的傳統(tǒng)方法是在機(jī)械作業(yè)平臺(tái)上鋪設(shè)土工布填土吸附油污，并在作業(yè)平臺(tái)四周設(shè)擋土板，防止污染物掉落水中。但由于機(jī)械漏油的不確定性和作業(yè)人員環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)，以及降雨影響，油污難免仍會(huì)進(jìn)入水體造成污染。

針對以上問題，本文提出在現(xiàn)有主動(dòng)防油污的基礎(chǔ)上，在施工水域四周加設(shè)一道被動(dòng)防油污吸油索，吸油索可直接吸附鎖定落入水體的油污，防止油污擴(kuò)散。同時(shí)，吸油索具有吸附量大（10倍或25倍自重）、吸附快、可重復(fù)利用、懸浮于水面、節(jié)約人力成本等優(yōu)點(diǎn)。

2.4 承臺(tái)拉森鋼板樁施工

選用12m的拉森IV鋼板樁，在鋼板樁設(shè)置兩道鋼圈梁內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，圈梁采用兩道40a工字鋼，施工選用50t吊車掛90振動(dòng)錘，內(nèi)支撐采用φ609×16mm鋼管，墩身施工出水后，在圍堰內(nèi)灌水至承臺(tái)標(biāo)高，拆除第二層內(nèi)支撐，直至圍堰內(nèi)灌水至內(nèi)外水頭一致，拆除第一層內(nèi)支撐，拔出鋼板樁后，再完成圍堰施工。

拉森鋼板樁施工過程中，將成卷的塑料薄膜抽拉成束，并在一端綁上重物，然后沿著漏水拉森樁的鎖口處由上至下放置，采用塑料封堵鎖口滲漏。當(dāng)發(fā)生鎖口滲漏時(shí)，用棉絮在內(nèi)側(cè)嵌塞，同時(shí)采用塑料薄膜封堵漏縫外側(cè)，使其由水流夾帶至漏水處自行堵塞。當(dāng)塑料薄膜通過漏水處時(shí)，借用水流吸附力作用，將塑料薄膜吸進(jìn)漏水的鋼板樁鎖口縫隙中，將其填充密實(shí)達(dá)到止水效果。當(dāng)因河床透水引起樁腳滲漏時(shí)，可采用水下混凝土封底或向透水層壓注水泥砂漿的方法止水，對于其他原因造成的滲漏，可在樁腳處填筑土袋止水。

2.5 施工工況檢算

將創(chuàng)建好的鋼板樁BIM模型通過格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入Midas軟件，讀取截面信息后，通過Midas添加應(yīng)力信息檢算鋼板樁在不同工況下的受力情況。

利用Midas分析“工況一”：打設(shè)鋼板樁至設(shè)計(jì)標(biāo)高，安裝第一層內(nèi)支撐，圍堰內(nèi)清理至設(shè)計(jì)標(biāo)高，計(jì)算鋼板樁受力、入土深度等。

利用Midas分析“工況二”：圍堰封底混凝土施工，抽水至+81.403m。

利用Midas分析“工況三”：安裝第二道內(nèi)支撐，在圍堰內(nèi)抽干水。

最終通過數(shù)值模擬分析，得出結(jié)論：圍堰結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

圖2 三種工況模擬

2.6 墩身施工

墩身內(nèi)模采用組合鋼模板，模板固定牢固，保證橋墩內(nèi)的結(jié)構(gòu)尺寸。鋼模板用吊車吊裝就位，利用千斤頂微調(diào)，使各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。模板就位前，采用密封條封堵模板接縫，利用膩?zhàn)幽p后刷脫模劑。墩身混凝土分層澆筑，首先澆筑墩身下部實(shí)體混凝土，待混凝土初凝強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，處理結(jié)構(gòu)層做鑿毛，澆筑完后加設(shè)結(jié)構(gòu)筋。

為提高混凝土養(yǎng)生效率，節(jié)約養(yǎng)護(hù)成本，采用信息化施工技術(shù)綜合協(xié)調(diào)控制由蓄水箱、高揚(yáng)程水泵、時(shí)間繼電器、輸水管、噴淋管等硬件設(shè)備組成的墩身混凝土自動(dòng)噴淋養(yǎng)生系統(tǒng)。設(shè)定時(shí)間繼電器的時(shí)間間隔和持續(xù)時(shí)間，并打開噴淋系統(tǒng)電源，信息化養(yǎng)生過程中，通過感應(yīng)器收集信息、控制模塊的信號(hào)發(fā)送，蓄水箱執(zhí)行模塊根據(jù)信號(hào)自動(dòng)控制蓄水量，保證噴淋作業(yè)的連續(xù)性；噴淋執(zhí)行模塊根據(jù)信號(hào)自動(dòng)進(jìn)入工作狀態(tài)，繼電器到達(dá)指定的噴淋時(shí)間后接通水泵開關(guān)，精確控制養(yǎng)護(hù)周期；高揚(yáng)程水泵從水箱內(nèi)抽水送至輸水管內(nèi)，準(zhǔn)確控制養(yǎng)護(hù)用水量；輸水管連接噴淋管，在墩頂包裹的土工布上灑水，開始自動(dòng)化養(yǎng)生作業(yè)，通過濕潤的土工布經(jīng)重力自流將水幕均勻地傳遞到需要養(yǎng)護(hù)的墩身混凝土上；噴水時(shí)間達(dá)到預(yù)定時(shí)間后，時(shí)間繼電器關(guān)閉水泵開關(guān)停止噴水，確保高效率、高質(zhì)量、節(jié)約化地完成墩身混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

施工完成后，及時(shí)清理場地。施工過程貫穿信息化施工理念，利用“互聯(lián)網(wǎng)+二維碼”思維，將技術(shù)交底、施工方案通過二維碼展示，并在施工區(qū)域設(shè)置交底區(qū)，技術(shù)人員、施工人員通過掃描二維碼即可實(shí)時(shí)了解施工工序及操作要點(diǎn)，提高施工管理水平。

3 水中墩信息化施工環(huán)保措施及應(yīng)用效果

3.1 水中墩施工環(huán)保措施

信息化施工可以模擬施工并優(yōu)化水中墩施工的設(shè)計(jì)方案，采取先進(jìn)的施工工藝，確保施工中不對沿線地表水體造成污染。同時(shí)，可以預(yù)先模擬測試機(jī)械設(shè)備噪聲，設(shè)備底座設(shè)置防振基礎(chǔ)，合理選用滿足施工條件的液壓設(shè)備或以摩擦壓力代替機(jī)械振動(dòng)的低噪聲施工機(jī)械設(shè)備。另外，預(yù)先信息化控制機(jī)械布置密度，避免機(jī)械過于集中疊加噪聲。

構(gòu)建水中墩施工建養(yǎng)一體化云管理平臺(tái)，并通過使用方聯(lián)合驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)各功能板塊自動(dòng)預(yù)警功能；同時(shí)，利用建設(shè)期數(shù)據(jù)、前方設(shè)備監(jiān)控、大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)管理專業(yè)化、信息化和精細(xì)化，提高管理效率和科學(xué)決策水平，為項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量管控提供全面科學(xué)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析。

3.2 信息化施工應(yīng)用效果

水中墩信息化施工縮短了施工工期，降低了施工難度，減少了人力物力的投入，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著。通過BIM建模技術(shù)三維建模布置棧橋及場地，模擬樁基、承臺(tái)、墩身施工，提高施工效率，縮短工期，減少了場地浪費(fèi)，降低了施工難度；利用Midas技術(shù)分析鋼板樁在三種工況下的受力情況，降低了施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)；利用吸油索在水面上圍堵施工場地，減少了施工產(chǎn)生的油污對水庫的污染；采用自動(dòng)噴淋技術(shù)養(yǎng)護(hù)墩身混凝土，降低了人工投入，保證了墩身實(shí)體質(zhì)量；利用“互聯(lián)網(wǎng)+工程施工技術(shù)”將施工方案、作業(yè)指導(dǎo)書、技術(shù)交底等制作生成二維碼放于現(xiàn)場，經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)保效果顯著。

4 結(jié)束語

本文針對水中墩工程建設(shè)中的變量信息多、施工效率低、環(huán)保要求高等諸多問題，在準(zhǔn)確分析水中墩施工特性和深入研究信息化技術(shù)施工的基礎(chǔ)上，采用Revit軟件、BIM建模等網(wǎng)絡(luò)化和可視化信息技術(shù)，率先信息化集成水中墩施工資料、模擬施工技術(shù)、采取環(huán)保措施，合理地選取最優(yōu)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術(shù)方法，形成了較完善的水中墩信息化施工綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)，從而顯著提高了水中墩施工安全和建設(shè)質(zhì)量，并切實(shí)加強(qiáng)了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和實(shí)時(shí)優(yōu)化，縮短了施工工期，減少了環(huán)境污染，節(jié)約了成本投入，也為高效精細(xì)化管理提供了可靠的理論依據(jù)和技術(shù)支撐，可為行業(yè)人員提供有效的參考和借鑒。