港珠澳大橋西人工島非通航孔橋現澆箱梁施工工藝及特點

何榮堅

（港珠澳大橋管理局，廣東 珠海 519000）

1 工程概況

本工程位于港珠澳大橋西人工島與橋梁主體CB03段的交接處，樁號范圍 K13+159．5～K13+413，橋梁全長250．25 m（含橋臺），全橋為一聯，跨徑布置為5×49．8 m，全橋平面處于直線上，由于上下島加減速需要，主梁為變寬，左右幅對稱；11號墩至14號墩之間主梁梁寬為20．3 m，14號墩至16號墩之間主梁梁寬由20．3 m線性變化為16．3 m。主梁分兩幅設計，為預應力混凝土連續梁。本橋起點和西人工島相接，終點通過16號界面過渡墩和深水區非通航孔橋相接。平面布置見圖1。

圖1 平面布置圖Fig.1 Layout plan

箱梁為單箱雙室斷面，梁高3 m，跨中斷面頂板厚 0．32 m，底板厚 0．30 m，邊腹板厚 0．6 m，中間腹板厚0．5 m，支點斷面頂板厚0．6 m，底板厚 0．70 m，邊腹板厚 1．0 m，中間腹板厚 0．8 m。主梁頂板不設置橫向預應力，橋面橫坡2．5%，由箱梁整體旋轉形成[1]。箱梁標準斷面如圖2。

圖2 箱梁標準斷面及現澆支架布置圖Fig.2 Layout of standard section and cast-in-situ support of box girder

箱梁縱向按全預應力結構設計，預應力鋼束設計張拉控制應力為0．75，預應力鋼束采用張拉噸位與引伸量雙控，以張拉力控制為主。斷面上預應力鋼絞線布置如圖2。

2 施工工藝

2.1 施工流程

本工程箱梁雙幅共計10跨，采用逐跨現澆方案施工，先施工左幅、后施工右幅，從西人工島向深水區非通航孔橋方向進行，施工縫位置距離墩中心線8 m，施工流程及支架拆除嚴格按設計圖紙施工。每跨箱梁混凝土澆筑一次性完成[2]。詳細施工工藝流程如圖3所示。

2.2 支架工程

2.2.1 支架設計

標準49．8 m跨縱向布置5排鋼管樁支架，每排橫橋向設鋼管立柱5根；鋼管立柱采用φ800×14鋼管樁，鋼管立柱縱橫向設有連接，采用φ426×6 mm鋼管；鋼管立柱樁頂設樁帽，橫向主橫梁采用雙拼HN800型鋼；縱向主梁采用組合貝雷梁；橫向分配梁采用I12．6型鋼，75 cm間距布置[3]，現澆支架布置圖如圖2所示。

圖3 現澆箱梁施工工藝流程圖Fig.3 Construction technology flow chart of cast-in-situ box girder

由于橋臺處的主梁采用的型鋼而支架處采用的貝雷梁，為消除兩種結構主梁之間在受載后產生的撓度差異，在箱梁預壓時實測預壓彈性變形，以便在反拱設置時調節此種差異。保證箱梁底板成橋線形與設計線形一致。

2.2.2 支架預壓

支架與模板安裝完成后，為了檢驗支架及基礎是否滿足受力要求，消除支架非彈性變形及地基變形以及實測支架各處撓度變形量，為設置施工預拱度提供依據，需對支架進行逐跨壓載試驗。壓載試驗取箱梁自重與施工荷載之和的1．1倍分級加載，壓載時在支架上設置若干沉降、變位觀測點以便對沉降、變位進行觀測。每跨均以墩臺中心線由香港側至珠海側每5 m、15 m、25 m、35 m、45 m處縱向布置1個監測斷面；每個監測斷面上布置5個監測點，其中箱梁中心線1個，箱梁底模邊緣2個，箱梁翼緣2個，進行左右對稱布置。

預壓荷載采用袋裝沙袋進行加載，因為箱梁斷面橫橋向荷載分布不均（腹板位置最大，底板次之，翼緣板最小），壓載荷載盡量模擬箱梁荷載分布。預壓施工時按照0→50%→80%→100%→110%加載，按照100%→80%→50%→0%卸載。各級荷載加載完成，測量觀測數據無異常情況方可進行下一級荷載的施加。全部加載完成后進行連續觀測，若連續2 d觀測支架沉降、位移均小于3 mm則可認為地基沉降基本穩定。

2.3 模板工程

2.3.1 模板施工

現澆箱梁模板分為外模和內模：外模采用鋼模板；內模及頂板底模采用木模板，頂板采用鋼管腳手架支撐[4]。

1）底模施工

底模為分塊鋼模板，用螺栓連接，直接鋪設在分配梁上。按邊線及里程位置安裝，測量復核軸線、邊線及高程。拼接過程中保證螺栓緊固，拼縫嚴密不漏漿。

墩頂位置設型鋼墊梁，支座與底模空隙用木模拼接，安裝縫用玻璃膠密封。

2）側模施工

側模和翼緣模板采用整體定型支架鋼模板，側模間、側模與底模間均用螺栓連接，拼縫間設止漿條。模板安裝到位后，測量復測變形、標高及腹板傾角。腹板傾角及標高可通過模板支架調節螺栓進行調節。

3）內模施工

內模板采用竹膠板和方木組合的形式，在后場按照圖紙設計尺寸進行下料、加工。內模支架采用30 cm長的方形墊塊作為支撐，作用于底模上，每個箱室每斷面設置5個。方形墊塊用φ12的短鋼筋固定在箱梁主筋上，防止墊塊在施工過程中傾倒失穩。支架下方采用10 cm×10 cm的條形方木作分配梁，作用于倒角模板及方形墊塊上。條形分配方木與方形墊塊之間用楔形方木支墊牢固[5]。

4）模板對拉螺桿設置

腹板采用直徑φ20對拉螺桿進行模板固定，豎向設2道，縱向間距1．2 m，拉桿受力梁采用2[10槽鋼，對拉螺桿通過安裝時套設φ25的PVC管，在模板拆除時將對拉螺桿取出，將PVC管道用同標號的水泥砂漿封閉。

2.3.2 模板拆除

模板拆除順序遵循先裝后拆原則，即先拆內模，再拆側模，最后拆底模。內模待混凝土強度達到10 MPa方可拆除，側模、底模等預應力張拉完成后才能拆除。為了防止箱梁施工縫處新老混凝土接縫錯臺，箱梁張拉完成后，箱梁懸臂8 m底模與側模不卸載拆除，待后一跨施工完成后懸臂8 m模板一起拆除。

2.4 鋼筋工程

鋼筋制作依據設計圖紙結合現場鋼筋實際標長和余料配料，由鋼筋加工場制作。鋼筋安裝遵循從下至上進行的原則，先綁扎底板鋼筋，同時安裝底板預應力管道，再綁扎腹板及橫隔梁鋼筋，同時安裝腹板預應力管道，最后綁扎頂板（含翼板）鋼筋，同時安裝預應力管道。

1）箱梁底、腹板鋼筋綁扎

在底模上梅花布置混凝土墊塊，焊設“井”字架立鋼筋或板凳架立筋定位，布置間距不得大于2 m。在綁扎腹板筋時，反算控制骨架主筋高度。

2）箱梁頂板鋼筋綁扎

底板、腹板鋼筋、預應力管道安裝完成后，進行頂板支架及模板安裝，頂板模板安裝并校準后，進行頂板鋼筋綁扎。頂板鋼筋安裝時注意人孔邊緣的搭接長度滿足規范要求，同時注意梁體鋼筋與各種預埋鋼筋的連接。

2.5 支座安裝

在支座安裝前，首先對支座墊石進行測量復核，對于低于設計標高的墊石，應先用環氧砂漿找平，高出的部分用磨光機打磨。支座安裝采用環氧樹脂砂漿找平，利用水平尺檢查；安裝完成后，必須固定牢固，防止在混凝土澆筑過程中由于受力不均，支座上鋼板出現翹曲或脫空現象。

2.6 混凝土工程

1）混凝土澆筑

混凝土一次澆筑成型，單次澆筑最大方量約1 100 m3，由汽車泵泵送入倉。從低端開始采用階梯式布料向前推進，布料以10 m為控制長度。采取多點分層對稱布料，每層厚度為30～40 cm。橫梁、腹板及腹板倒角直接設在正上方布料。梁底從預留的布料孔布料，間距約為5 m。

箱梁混凝土澆筑按截面部位分4個區，按照腹板下倒角—底板—腹板—翼板頂板的澆筑順序（A—B—C—D）布料[6]，見圖4所示。

圖4 箱梁橫斷面澆筑分區示意圖Fig.4 Partition diagram of pouring cross section of box girder

采用50型振動棒，垂直點振，振搗點按平面50 cm×50 cm布設。分層振搗插入下層5～10 cm；每點振搗時長20～30 s。

2）混凝土養護

箱梁頂板采用覆蓋土工布澆水養護，箱梁室內采用自高點噴淋養護，使混凝土表面始終保持濕潤。模板未拆前向模板表面灑水降溫，拆除后及時灑水養護。養護時間不少于7 d[2]。

2.7 預應力工程

箱梁為縱向預應力結構，采用φ15．20 mm的高強度低松弛鋼絞線，抗拉強度為1 860 MPa，計算彈性模量為1．95×105 MPa，縱向預應力主要有15-22型、15-16型、15-12型及15-4型。預應力管道采用高密度聚乙烯波紋管。

預應力束采用單端張拉后聯接器接長法施工，壓漿采用真空輔助壓漿法[7]。

1）鋼絞線下料穿束

下料采用切割機切割，下方鋪設彩條布，防止鋼絞線受污染。采用機械穿束：用穿束機牽引向孔內穿束，拖拉方向和鋼束穿入方向要與錨具墊板垂直。

2）預應力束張拉

穿束完成并安裝好錨墊板及夾片等，混凝土強度達到設計強度的90%且滿足養護齡期后，張拉預應力束。

張拉順序如下：

0→0．1σk（測伸長值，測工具錨夾片外露）→0．2σk（測伸長值，測工具錨夾片外露）→σk（穩壓5 min、測伸長值，測工具錨夾片外露）→回油錨固（測總回縮量、測工作錨夾片外露）→畫線作鋼絞線滑絲觀察標記。其中σk為指張拉控制應力。

張拉嚴格按照設計圖紙的張拉順序：先腹板束后底板束，兩側同時對稱張拉，即至少2臺張拉千斤頂同時工作。

預應力張拉時，以張拉力為控制，以伸長值為校核。

3）預應力管道壓漿及封錨

終張拉完成后，鋼束切除后用高標號水泥漿封錨，在48 h內進行管道壓漿，采用真空壓漿法壓漿，真空度控制在-0．06～-0．1 MPa 并保持穩定，灌入漿液直至漿液從出漿口溢出，關閉出漿口閥門，保持壓力不小于0．5 MPa，時間3～5 min。關閉灌漿泵及灌漿端閥門，完成灌漿。

孔道最后壓漿完畢，經檢查及時進行梁體封錨。封錨采用C50干硬性補償收縮混凝土，強度與梁體同級。

3 施工工藝特點分析

港珠澳大橋西人工島非通航孔橋現澆箱梁施工部分施工工藝與國內現澆箱梁施工常見工藝相似，如支架施工、鋼筋施工、支座安裝、預應力施工。但國內支架法現澆箱梁通常采用兩次澆筑工藝，即先澆筑底板及腹板，再澆筑頂板及翼板；而本項目采用的箱室內滿堂支架法全斷面一次性澆筑施工工藝，即在模板施工、混凝土澆筑方面有別于常規施工工藝，由此帶來了施工難度，同時也有優于常規工藝的方面。

3.1 難點分析

1）由于采用全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，所以支架、模板需一次性安裝完成，如何確保箱室內支架在澆筑時的穩定性是最大的施工難點。

應對措施：積極參考國內已有項目施工經驗，精心編制具有可實施性的施工方案；應用短鋼筋等措施重點固定好墊塊，嚴禁墊塊失穩；制定嚴格的檢查措施，做好施工人員交底、培訓工作。

2）采用全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，增加了混凝土振搗的難度，如質量控制不嚴，容易出現空洞、蜂窩、麻面等質量問題。

應對措施：通過工藝試驗選擇最優的混凝土配合比；澆筑時嚴格控制底板、腹板混凝土的入灰量，避免底板入灰過多增加清理工作量而導致腹板出現冷縫；加強底板倒角及下腹板振搗質量控制、控制好腹板澆筑的時間間隔。

3）采用全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，必須做好平衡澆筑工作，防止出現橫向力過大導致箱室內支架、模板失穩。

應對措施：嚴格按照澆筑方案縱橫向同步澆筑，安排專人做好檢查監督工作；同時安排有經驗的木工工人做好澆筑檢查工作，發現模板問題及時暫停澆筑，待加固完成后再行澆筑。

4）西人工島非通航孔橋現澆箱梁屬于高標號的外海大體積混凝土結構，施工采用全斷面一次性澆筑，單次澆筑方量大、澆筑時間長，施工過程中必須作好溫控措施，預防混凝土因溫度應力過大而產生裂縫。

應對措施：通過降低混凝土原材料溫度、增設冷卻水裝置確保混凝土出倉溫度符合設計要求；在運輸過程中采取運輸車包裹保溫布，并在拌和站下料口附近設置水管噴頭溫度控制等手段確保混凝土入模溫度符合設計要求；在養護過程嚴格做好養護措施，避免出現收縮裂縫。

3.2 優點分析

1）兩次澆筑的施工工藝，在首次澆筑后需先行拆除腹板內側模板，此時松開對拉螺桿容易造成外側模板松動而產生位移，二次收緊仍難以確保不漏漿而導致錯臺或污染下層混凝土。全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，則避免了箱梁腹板設置施工縫而出現的漏漿、錯臺、色差等問題，提高了箱梁外觀質量[8]。

2）兩次澆筑的施工工藝，在澆筑頂板時容易導致底板混凝土出現裂紋，同時因前后澆筑的混凝土存在齡期差（約15 d），容易導致頂板混凝土產生橫向裂縫。全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，克服了上層澆筑壓力造成的底板混凝土裂紋現象，避免了因混凝土齡期差產生頂板裂縫，提高了箱梁混凝土耐久性。

3）通過與本項目東人工島非通航孔橋箱梁施工兩次澆筑工藝對比，全斷面一次性澆筑省去了下層混凝土鑿毛、休整鋼筋等工序，縮短了工序間銜接時間，因此單跨施工時間縮短了7 d[4]，大大提高了施工功效，節約了成本。

4）兩次澆筑的施工工藝，在施工縫位置因有預埋的波紋管，給鑿毛帶來很大困難，如施工管理不到位，導致鑿毛質量不滿足規范要求，將對箱梁整體質量造成很大影響。全斷面一次性澆筑箱梁混凝土，避免了施工縫，增強了箱梁的整體剛度，延長了箱梁的使用壽命。

4 結語

港珠澳大橋港珠澳大橋西人工島非通航孔橋現澆箱梁施工采用科學合理的全斷面一次性澆筑施工工藝，施工過程中嚴格做好支架工程、模板工程、鋼筋制安、箱梁混凝土澆筑、預應力施工等質量控制要點，確保了箱梁整體質量，達到了設計要求。