伶仃洋大橋東錨碇鉆石形錨體施工技術(shù)

李思吟，肖 翀，李 冕

（1.中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢 430014；2.中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

引言

深中通道東接機(jī)荷高速，跨越珠江口，西至中山馬鞍島，與規(guī)劃的中開、東部外環(huán)高速對(duì)接，實(shí)現(xiàn)在深圳、中山及廣州南沙登陸。項(xiàng)目全長(zhǎng)約24.03 km，其中跨海段長(zhǎng)22.39 km，采用100 km/h 設(shè)計(jì)速度、雙向八車道高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是集“橋、島、隧、地下互通”為一體的系統(tǒng)集群工程。伶仃洋大橋布置如圖1。

圖1 伶仃洋大橋整體示意圖

東錨碇錨體高度51.5 m，平面投影尺寸61.14 m×83 m，采用C40 海工混凝土，共計(jì)92 527 m3，錨體形狀呈“鉆石形”，如圖2。

圖2 錨體三維示意圖

錨體受力部位主要是錨塊和散索鞍支墩。錨塊高38.51 m，平面尺寸61.14 m×83 m，其中前錨面、后仰面、錨塊側(cè)面與水平面的夾角分別為54.0 °、47.5 °、81.2 °，后錨室高度23.54 m，平面投影尺寸20.6 m×18.49 m。

散索鞍支墩高度42.21 m，單側(cè)支墩平面投影尺寸29.86 m×27.45 m，散索鞍支墩側(cè)墻和后墻與錨塊連為一體，側(cè)墻厚度1 m，內(nèi)腔高度30 m，后墻厚度3.7 m。支墩前俯面和側(cè)墻面與水平面夾角分別為71.4 °和86.8 °。

錨固系統(tǒng)為前錨式多股成品索預(yù)應(yīng)力錨固系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)由索股錨固連接構(gòu)造和預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造組成。索股錨固連接構(gòu)造由拉桿及其組件、連接平板及連接筒組成；預(yù)應(yīng)力錨固構(gòu)造由管道、環(huán)氧鋼絞線成品索及錨具、錨頭防護(hù)帽等組成。目前國(guó)內(nèi)幾座大跨懸索橋，如楊泗港大橋和南沙大橋錨體結(jié)構(gòu)均較常規(guī)，對(duì)比伶仃洋大橋所處環(huán)境較為適宜，伶仃洋大橋錨體施工存在以下難點(diǎn)：

1）錨體形狀為“鉆石”形，外形不規(guī)則，表面均為斜面，角度大，收分多，模板施工難度較大；

2）錨固系統(tǒng)的預(yù)應(yīng)力管道多，且定位精度要求高，預(yù)應(yīng)力管道定位難度大；

3）錨體處于高鹽高濕的海中環(huán)境，設(shè)計(jì)使用年限100 年，對(duì)混凝土強(qiáng)度和耐久性要求極高；

4）混凝土單次澆筑最大方量為3 545 m3，大體積混凝土控裂難度大，外觀質(zhì)量要求高，混凝土施工流動(dòng)性要求較高，澆筑時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)管理要求高，施工組織協(xié)調(diào)難度大。

1 總體施工方案

為克服上述難點(diǎn)，錨塊后仰面采用鋼管支架+鋼模板施工；后錨室采用小型鋼支架+木模板施工；錨塊及支墩兩側(cè)異型面采用懸壁掛架模板施工；散索支墩內(nèi)腔采用支架+木模板施工；錨固體系采用定位支架法施工；混凝土強(qiáng)度和耐久性通過優(yōu)化配合比和提高施工質(zhì)量得到保證；大體積混凝土分層分塊施工[1]，嚴(yán)格控制混凝土原材料質(zhì)量和入模溫度，混凝土表面保溫保濕養(yǎng)護(hù)，內(nèi)部通冷卻水降溫[2]。錨體施工工藝流程如圖3 所示。

圖3 錨體施工工藝流程圖

2 支架設(shè)計(jì)

2.1 支墩內(nèi)腔支架設(shè)計(jì)

散索鞍支墩內(nèi)部截面逐漸縮小，頂部寬度僅2.2 m，為適應(yīng)內(nèi)部形狀變化，支架分為鋼管支架和腳手管支架兩種類型。鋼管支架采用Φ800×10 mm鋼管立柱，Φ426×6 mm 鋼管作為平聯(lián)，平聯(lián)四周安裝2I25 型鋼作為模板支撐梁，支架結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 散索鞍支墩支架示意圖

2.2 錨塊后仰面支架設(shè)計(jì)

錨塊后仰面與水平面呈47.5 °，且向上不斷收窄。故采用鋼管支架，支架立柱為Φ800×10 mm 鋼管，主橫梁采用雙拼HM600×300 型鋼，主橫梁上安裝間距90 cm 的2 根I25 型鋼作為分配梁，支架平聯(lián)斜撐均采用2 根I25 型鋼，支架如圖5。

圖5 后仰面支架

3 模板設(shè)計(jì)

錨體各個(gè)面及編號(hào)如圖6 所示。

圖6 錨體各面編號(hào)

模板總體分為鋼模板和木模板兩類，后仰面角度大，混凝土流動(dòng)性高，模板承受荷載大，前錨面平整度要求高，故采用鋼模板；其余面采用懸臂掛架模板，模板架體、模板及施工荷載全部由預(yù)埋件承擔(dān)，不需另搭支架，模板無需額外加固措施，施工簡(jiǎn)單，適于錨體多轉(zhuǎn)角和收分的異型斜面和高空作業(yè)[3]。如圖7。

圖7 懸壁模板施工現(xiàn)場(chǎng)

3.1 后仰面鋼模板設(shè)計(jì)

單塊模板長(zhǎng)6 m，寬3.2 m，板厚8 mm，次楞采用槽鋼[10@30 cm，主楞采用雙拼槽鋼[14@90 cm，單塊模板重2.8 t。鋼模板采用頂托支撐，模板次楞上安裝滾輪，拆模后配合手拉葫蘆沿著支架斜分配梁向上提升循環(huán)使用。

3.2 錨體異型面模板設(shè)計(jì)

模板設(shè)計(jì)主要考慮適應(yīng)轉(zhuǎn)角和收分，模板有轉(zhuǎn)角定型模板、異型模板和標(biāo)準(zhǔn)模板（2.44 m 和4.88 m 兩種）三種類型。圖中1#、2#面、4#、5#面和8#、9#面之間采用轉(zhuǎn)角定型模板，根據(jù)棱角形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，適應(yīng)表面轉(zhuǎn)角；其余各面邊線處采用異型模板，根據(jù)棱角線進(jìn)行設(shè)計(jì)，模板邊和棱角線變化相同，適應(yīng)收分；中間采用寬度為2.44 m 和4.88 m 的標(biāo)準(zhǔn)模板填充，無法安裝標(biāo)準(zhǔn)模板的位置模板散拼。如圖8，以1#、2#面模板配置說明。

圖8 模板設(shè)計(jì)示意圖

圖9 錨塊混凝土計(jì)算結(jié)果（單位：℃）

圖10 散索鞍支墩計(jì)算結(jié)果（單位：℃）

通過模塊化的設(shè)計(jì)可大大提升模板的通用性，提升使用率，便于施工且節(jié)約成本。

4 錨固體系施工

錨固體系主要施工內(nèi)容包括預(yù)應(yīng)力管道定位支架制作和安裝、前后錨面槽口模板加工和安裝、錨墊板和預(yù)應(yīng)力管道安裝調(diào)位。

4.1 定位支架

定位支架遵循“分層澆筑錨塊混凝土、分接拼裝定位支架、分段接長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力管道”的原則，根據(jù)預(yù)應(yīng)力管道分段在管道長(zhǎng)度方向分為3 層，定位支架由定位基架、支撐片架、支撐橫梁和斜撐4 部分組成。定位支架采用型鋼制作。定位支架片架提前預(yù)制加工，然后現(xiàn)場(chǎng)接長(zhǎng)，之后安裝支撐橫梁及斜撐等，為預(yù)應(yīng)力管道安裝及調(diào)整提供支撐。

4.2 錨固體系施工

錨固體系施工前，首先進(jìn)行后錨室支架、定位支架和后錨面模板安裝，然后精確定位安裝后錨面槽口模板，匹配安裝后錨墊板，后錨墊板通過角鋼與錨面鋼筋焊接固定；再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力管道安裝和調(diào)整，管道調(diào)整采用管口測(cè)量工裝輔助測(cè)量，手拉葫蘆調(diào)整位置，限位角鋼（∠75×6）焊接限位和固定；最后安裝前錨墊板和前錨面槽口模板，前錨墊板與長(zhǎng)度調(diào)整后的第三節(jié)預(yù)應(yīng)力管到嵌套安裝，精確調(diào)位后與預(yù)應(yīng)力管道焊接，并采用角鋼與定位支架連接固定，匹配安裝前錨面槽口模板之后采用螺絲與錨墊板固定。

5 混凝土施工

前述錨體及其環(huán)境特點(diǎn)、大體積混凝土施工難點(diǎn)和質(zhì)量要求，主要通過優(yōu)化混凝土配合比、原材料質(zhì)量控制、加強(qiáng)大體積混凝土溫控和加強(qiáng)施工質(zhì)量四方面進(jìn)行控制。

5.1 配合比

混凝土配合比添加了礦粉和粉煤灰，限制了水泥用量和膠凝材料總量，使混凝土的水化熱低、絕對(duì)收縮值低，減小大體積混凝土自身的溫度應(yīng)力和相鄰兩層混凝土齡期差造成的約束力[4]。采用石灰石粉膠凝材料體系配合比，保證了較高的最終強(qiáng)度、耐久性和溫峰過后的持續(xù)水化能力[5]。每立方混凝土添加0.8 kg 纖維素纖維提高混凝土表面早期抗拉強(qiáng)度，減少混凝土表面開裂[6]?；炷脸跄龝r(shí)間控制在25 h～35 h 以推遲并削弱溫峰。錨體混凝土每立方材料用量如表1 所示：

表1 錨體混凝土配比

5.2 大體積混凝土溫控

1）入模溫度控制

混凝土入模溫度主要通過下述手段進(jìn)行控制：

①對(duì)原材料進(jìn)行防曬遮蓋和預(yù)冷卻，以控制混凝土入倉(cāng)溫度；

②利用冷卻水拌和碎冰降溫；

③設(shè)置多個(gè)水泥罐，提前儲(chǔ)存水泥，使之溫度不高于60 ℃。

2）冷卻水管通水

混凝土內(nèi)部布置2 層DN32 通水黑鐵管，冷卻水管之間水平間距為1.0 m、豎直間距為0.8 m，最外側(cè)冷卻水管距混凝土側(cè)面70 cm。采用冷智能循環(huán)控制系統(tǒng)，對(duì)冷卻水進(jìn)行智能化、自動(dòng)化的管理，通過加水和放水的方式保證循環(huán)的冷卻水進(jìn)出水溫溫差不超過10 ℃，通水流速不低于0.65 m/s，連續(xù)通水10 d。

3）溫控計(jì)算

①控制標(biāo)準(zhǔn)

錨體混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 錨體混凝土溫控標(biāo)準(zhǔn)

②邊界條件

混凝土澆筑溫度28 ℃，環(huán)境溫度28±4 ℃；錨塊分19 層，由下至上為9×2.0 m+5×1.9 m+1.85 m+4×1.9 m，支墩分21 層，由下至上為20×2.0 m+2.21 m，兩層之間的間歇期為7 d；冷卻水管水平間距為1.0 m、豎直間距為0.8 m，計(jì)算考慮冷卻水管的影響。

③計(jì)算結(jié)果

通過FEA 計(jì)算，錨塊混凝土內(nèi)部最高60.3 ℃，溫峰出現(xiàn)在各層澆筑后48～72 h 左右；支墩混凝土內(nèi)部最高60.2 ℃，溫峰出現(xiàn)時(shí)間約為澆筑后第48 h左右?；炷僚芽估瓘?qiáng)度試驗(yàn)值、溫度應(yīng)力及安全系數(shù)見表3。

表3 錨體混凝土安全系數(shù)

各齡期混凝土安全系數(shù)均大于1.4[7]。滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 混凝土施工

錨體平面上分為兩大塊，單次澆筑最大3 545 m3，采用2 臺(tái)180 m3/h 攪拌站進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，2 臺(tái)63 m 泵車澆筑，加快混凝土澆筑速度。

澆筑方法為整體分層法，攤鋪厚度30 cm，插入式振搗棒振搗，振動(dòng)棒垂直插入，快插慢拔，振搗深度超過每層的接觸面10～20 cm，振搗時(shí)插點(diǎn)按70 cm 均勻分布。

5.4 保溫、保濕養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后，混凝土上表面覆蓋土工布保濕養(yǎng)護(hù)，持續(xù)養(yǎng)護(hù)至上層澆筑為止；混凝土側(cè)面帶模養(yǎng)護(hù)不少于7 d，并在模板外覆蓋EVA 保溫材料保溫，拆模后覆蓋塑料薄膜養(yǎng)護(hù)。錨塊后仰面采用噴霧保濕養(yǎng)護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

伶仃洋大橋東錨碇錨體，采用支架法和懸臂掛架模板克服施工高度高、空間異型表面施工難度大的困難，錨體施工功效最快可達(dá)11 d/層。

通過優(yōu)化混凝土配合比和加強(qiáng)施工質(zhì)量控制保證了大體積混凝土的施工質(zhì)量，混凝土澆筑后采用外保內(nèi)降、保濕養(yǎng)護(hù)的方法，錨塊混凝土澆筑后溫峰出現(xiàn)在澆筑后50-60 h 之間，最高溫度60.9 ℃，內(nèi)表溫差最大17.4 ℃，混凝土強(qiáng)度達(dá)50 Mpa，錨體裂縫較少，滿足外觀和強(qiáng)度要求。

采用定位支架法保證了前錨孔道中心坐標(biāo)誤差±5 mm 以內(nèi)，前錨面孔道角度誤差±0.10 °以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

目前東錨碇錨體散索鞍支墩和錨塊均已順利完成，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，外觀質(zhì)量良好。實(shí)踐證明，上述施工方法適用于大型錨體施工，為類似錨體施工提供參考。