海花岛跨海桥梁1-#桥闸工程施工技术研究_张照华.pdf

工程实践水利技术监督2023 年第 2 期DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.058海花岛跨海桥梁 1#桥闸工程施工技术研究张照华1，毛定华1，王耀增1，蒋寒乐2(1.恒大海花岛有限公司，海南 儋州 571741;2.启东市水利市政工程有限公司，江苏 启东 226200)摘要:海花岛跨海1#桥闸采用在海中整体围堰后干地作业的方式进行施工，为解决围堰止水问题，使用改进型全护筒旋挖钻机在抛石围堰上施工混凝土咬合桩，实现了围堰在强风浪、高水头、强透水条件下的止水效果;为解决透水地质下的桩基成孔问题，使用长螺旋压灌混凝土工艺施工水闸灌注桩，保证了成孔质量;通过严格控制闸室结构施工精度和水闸钢结构加工安装精度，实现了大型双扉钢闸门的精准安装和启闭运行，保证了工程进度与质量安全。关键词:跨海桥闸;抛石围堰;咬合桩;钢闸门中图分类号:TU997文献标识码:B文章编号:1008-1305(2023)02-0233-04收稿日期:2022-09-30作者简介:张照华(1973 年)，男，高级工程师。E-mail:1工程概况1.1设计概况海花岛建设 4 座连岛跨海桥梁和水闸，以满足交通、通航、防潮、排涝、防台、防灾减灾的需要。其中 1#跨海桥闸工程采用“桥+闸+桥”的总体布置方案，将水闸隐藏在两幅桥梁中间，桥梁结构总长 478m，接岸总长 580m，水闸 29 孔，单孔最大净宽 18m，孔口总净宽 354m，是目前国内最大的跨海桥闸工程1。主线桥梁采用现浇预应力混凝土箱梁结构，桥墩采用实体墩，最大墩高 19.113m，基础采用灌注桩，箱梁外侧设计钢结构装饰网架，桥梁两端接线护岸设计为直立式沉箱结构。水闸工程采用钢筋混凝土现浇结构，闸门采用上下双扉挡潮钢闸门，上扉门为平面滑块支承钢闸门，下扉门为平面滚轮支承钢闸门。桥闸断面如图 1 所示。1.2水文地质桥位分布地层从新至老描述如下:填石(Qml4)成分主要为花岗岩抛石，块径 20 100cm，厚度 0.4 15.1m;0 珊瑚岩(Qm4)生物沉积成因，厚度 0.5 3.7m;1 中砂(Qm2)中密 密实，厚度0.9 1.2m;粉砂质黏土(Qm1)可塑 硬塑状态，成分主要为黏性土和 25%左右的粉砂，厚 2.8 37.1m;凝灰岩(Qb1)火山灰碎屑沉积成因，质地坚硬，层厚 0.1 1.0m。水文情况为:平均高潮位 1.68m(黄海高程)，平均低潮位 0.39m;最高潮位 2.65m，最低潮位1.08m;平均海平面 0.50m，平均潮差 1.74m。2工程主要难点如此大型的桥闸结合工程世界罕见，没有先例可以参考，且不同于常规海上桥梁施工之处在于修建 354m 水闸工程无法水下作业，需要干地施工;工程所处位置水深、浪急，海底水文地质条件复杂;闸门设备安装工程精度要求高，上下双扉闸门启闭须避免空间上的碰撞;工期极为紧迫。为解决这些主要难点，需要研究的技术有:要解决海中潮汐、风浪作用下，深厚强透水抛石围堰(大于20m)的止水防渗问题;要解决复杂地质、透水条件下钻孔灌注桩的成孔问题;要解决坚硬珊瑚岩、凝灰岩夹层条件下桥梁承台开挖的基坑支护问题;要解决高大桥墩的施工进度问题;为保证闸门能正常启闭，要解决高大水闸闸墩垂直度、门槽轨道预埋件定位精度的问题。总体施工部署为:采用在海中整体围堰的方式进行桥闸施工，利用原有堤坝作为外海侧围堰，新建内海侧围堰。围堰完成后抽水、填土整理场地，形成施工平台，施工平台标高 3m。利用施工平台完 成桩基础、承台、墩柱、消力池、闸室施工。3322023 年第 2 期水利技术监督工程实践图 1桥闸断面图采用大吨位履带吊机在箱梁外吊装钢闸门。利用消力池结构为基础搭设箱梁支架，完成现浇箱梁施工并做好装饰网架预埋件。分单元整体吊装钢结构装饰网架，完成桥梁造型施工。3施工技术研究3.1抛石围堰止水施工外海侧利用原有堤坝作为围堰，原有堤坝长约1km，堤顶高程7.0m，在海上抛石堆填而成，抛石堤加海底珊瑚碎屑层等强透水层总厚度达 20m。堤坝中心线位置设计双排高压旋喷止水帷幕，在深水、海浪作用、超厚大空隙透水层条件下，高压旋喷止水帷幕成桩难、施工质量不可靠、止水效果差。后采用低压注浆工艺，在双排高压旋喷桩间注浆补强止水帷幕2，施工完成后止水效果仍然差，围堰内达不到抽水降水的条件。在分析图纸及施工条件后，决定先施工水闸工程防冲刷咬合桩作为抛石堤坝止水帷幕，提高咬合桩桩顶标高至平均高潮位。咬合桩施工需穿透堤坝抛石层 3 10m，在抛石层上打桩钻进、成孔较为困难。在比选、试打了多种成桩设备后，采用以全护筒改进型旋挖钻机为主、全套管全回转钻机为辅的工艺施打咬合桩。施工工艺和设备选型比较情况如表 1。咬合桩先施工 A 型桩，然后在 2 根 A 型桩之间施工 B 型桩，A、B 桩混凝土咬合形成整体防渗结构。施工示意图如图 2 所示。实践表明，在外海强风浪、高水头、强透水条件下，抛石围堰上施工的混凝土咬合桩能起到良好的止水防渗作用，为后续抽水干施工创造了条件。新建内海侧围堰，采用开山土石料填筑，因内海侧风浪小，水位标高低，新建土石围堰填筑至黄海高程 3.0m，仍先施工水闸工程防冲刷咬合桩作为土石围堰止水帷幕。3.2桩基础施工灌 注 桩 总 计 1256 根，其 中 桥 梁 灌 注 桩1200mm 224 根，水闸灌注桩 800mm 906 根，挡墙灌 注桩1000mm126根。海底地质条件较复杂，表 1咬合桩施工工艺及设备选型比较咬合桩施工工艺优点缺点全套管全回转钻机钻进全护筒护壁钻进，孔壁稳定性好，成桩垂直度好，质量有保证套管内破碎块石、抓斗取土施工速度缓慢、综合造价成本高旋挖钻机+搓管桩机全护筒钻进全护筒护壁钻进，孔壁稳定性好，成桩垂直度好，质量有保证搓管机抛石层内钻进困难，综合造价成本高常规旋挖桩机硬咬合设备通用性强，成本低抛石层钻进困难，易塌孔，桩身垂直度不佳，桩身下部易发生咬合不足开叉漏水长螺旋钻压灌混凝土后插钢筋笼设备通用性强，成本低，施工速度快，施工质量好抛石层上螺旋钻机无法钻进成孔改进型全护筒切削钻头旋挖钻机钻进全护筒护壁钻进，钻头能切削取出抛石层，孔壁稳定性好，成桩质量有保证，施工速度快全护筒需要定制后安装在大扭矩旋挖钻机上，需配备切削钻头432工程实践水利技术监督2023 年第 2 期含有珊瑚碎屑层、珊瑚岩和凝灰岩夹层，地下水丰富，易塌孔。为穿透凝灰岩夹层，确保在水压作用下不塌孔，充分发挥设备工效，1000mm 直径以上桩基采用旋挖钻机施工，配备长护筒穿透强透水层;800mm 桩基采用长螺旋压灌混凝土反插钢筋笼工艺施工。旋挖钻机钻孔穿透珊瑚碎屑层后施打钢护筒至粉质黏土层，有效避免了海水渗透压作用下的孔壁坍塌，确保了成桩质量。图 2咬合桩施工示意图长螺旋钻孔压灌桩施工工艺为:长螺旋钻机钻孔至预定标高;将混凝土通过钻杆内管压至钻头底端，边压混凝土边提升钻杆至完成混凝土压灌;起吊钢筋笼，通过导入管和震动锤将钢筋笼送入桩身混凝土内至设计标高位置3。该工艺施工的灌注桩成桩质量稳定、施工便捷、无需泥浆护壁、噪音小、成本低、效率高4。3.3承台、墩柱施工海底珊瑚岩夹层坚硬，承台基坑支护钢板桩施工前需要先引孔打穿硬质夹层。采用定制液压马达螺杆钻头，安装在专用打拔设备上，有效打穿了坚硬夹层，保证了钢板桩支护的施工。墩身高度较高、造型复杂，采用现场人工高空安装钢筋的常规方法施工难度大、工效低。经过分析模拟后，采用地面整体预制墩身钢筋，现场整体吊装墩身钢筋笼的工艺施工。墩身钢筋笼分成 2 个标准节段，地面上预先对接好两个节段间的钢筋直螺纹接头，并做好钢筋骨架定位和加固。吊装前使用平板车将钢筋笼运输至现场，200t 汽车吊一次吊装就位，拉缆风绳临时固定后将钢筋骨架焊接定位牢固，高空对接拧紧钢筋直螺纹接头。该工艺减少了人工高空作业，保证施工质量的同时加快了施工速度5。3.4水闸土建、金属结构施工设计采用上下双扉门6，下闸门沿预埋主轨升降，提升至最后成为平放状态;上闸门直上直下升降，闸门布置如图 3 所示。闸门工厂化预制后现场吊装拼接，启闭过程中上下闸门间隙设计预留仅5cm。因土建施工、金属结构制作安装过程中存在尺寸偏差，如施工误差、加工偏差、焊接变形、温度变形等，累积偏差过大会对闸门运行产生影响，故须严格控制闸室结构、预埋件安装、闸门制作以及启闭机设备安装的施工精度。图 3钢闸门上下双扉门设计布置图3.4.1闸室结构施工精度控制测量基准控制点须可靠保护并定期校核。严格控制门槽中心线位置和门槽尺寸，严格控制闸墩混凝土结构整体垂直度5mm、平整度3mm7。闸墩模板采用塑钢模板，支模前做好钢筋骨架定位，模板定位时预留混凝土浇筑产生的涨模量，加强对模板支撑、对拉和螺栓紧固的检查，分层浇筑混凝土并控制好振捣时间。拆模后再次复测闸墩垂直度，出现偏差时要进行磨平处理。提供给门槽施工的测量基准线必须反复复核，以控制门槽尺寸、埋件安装位置和安装精度。3.4.2埋件安装底槛安装前，将预埋钢筋焊成支架，支架顶高程比底槛构件底面低 50mm，便于底槛就位后有调5322023 年第 2 期水利技术监督工程实践整的余地。利用门槽两侧放好的样点，拉水平线，找正底槛的高程及水平，每隔 0.5m 测量一点，调整至合格。底槛中心的调整利用已设置的闸孔纵横中心 线 控 制，中 心 位 置 偏 差 5mm，倾 斜 度1mm，底槛左右两头相对高程3mm。底槛安装好后必须加固牢靠，以防二期混凝土浇筑振捣时走样。主轨安装前，在已装好的底槛上定出中心位置，根据底槛的中心位置定出主轨的位置，再将主轨吊入门槽，底部落在底槛上，同时对准底槛中心位置。主轨后焊调整螺栓，主轨前 100mm 焊线锤支架，挂线锤校核垂直度，从下部开始，逐步向上进行，每隔 0.5m 测量一点，控制垂直度偏差5mm。轨道安装过程中出现垂直度偏差，调整螺栓丝口使垂直度符合要求。埋件安装调整完成并可靠加固后，再次复测确认无误后，方可浇筑二期混凝土。浇筑二期混凝土时注意防止震动棒或其他物体撞击埋件，控制好砼涨模变形。二期混凝土拆模后对埋件再次进行复测，同时检查二期混凝土面的垂直度，不符合要求的，磨平至整体垂直度5mm。3.4.3钢闸门安装门体安装次序为:门体外形及配合尺寸复测检查;门槽清理、检查;单节运输、吊装、焊接拼接;水封安装及与水封座板面密封情况检查、处理;启闭试验。钢闸门上主轮、起吊滑轮等整体安装检验合格后，利用 400t 履带吊机分节将钢闸门吊入门槽，现场焊接节段焊缝，安装水封，形成闸门整体。检查水封与水封座板的透光情况，控制水封的压缩量4mm。3.4.4启闭机安装固定卷扬式启闭机系统在工厂制作完成，进行预组装并试运转合格后方能运至工地现场。启闭机安装中心线根据闸门起吊中心线确定，控制其纵横向中心线允许偏差3mm，高程允许偏差5mm，水平度偏差0.5。启闭机安装完成后进行闸门静平衡试验、无水情况下全行程启闭试验，无水试验合格后进行静水情况下的全行程启闭试验。试验过程检查滑道和滚轮的运行是否有卡阻现象，双吊点闸门的同步应达到设计要求。在闸门全关位置，水封橡皮无损伤，漏光检查合格，止水严密。3.5上部结构施工预应力混凝土现浇箱梁采用承插盘扣式钢管支架作为支撑体系，腹板、端横梁下方支架立杆加密。采用 4 台塔式起重机进行垂直运输，避免现场汽车吊过多导致场地拥挤。预应力张拉、压浆采用智能化控制设备，程序化控制施工操作，数据实现实时上传。装饰网架结构施工前在工厂做好深化设计，分好吊装单元，采用 BIM 软件先进行模拟拼装，排除各种碰撞冲突后，在工厂加工好吊装单元后运至现场拼装8。单元与箱梁预埋板采用栓焊结合方式连接，临时固定采用栓接，调整完成后满焊固定，栓焊结合的施工方法避免了搭设高空拼装胎架，加快了工程进度。4结语对于海中潮汐浪涌、强透水条件下深厚抛石围堰的止水处理，应用高压旋喷、低压注浆等工艺形成止水帷幕难以达到止水效果，而采用全护筒混凝土咬合桩施工工艺能够实现止水效果。针对深厚抛石层上咬合桩桩基成孔，使用改进型全护筒旋挖钻机经济技术效果最优。