水中系梁裝配式施工關鍵技術及其應用效益分析

高 明

(中鐵十六局集團第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1 水中系梁施工簡介

1.1 水中系梁施工概述及原理

水中系梁預制吊裝施工是指系梁在預制場分片預制,達到設計強度后用運輸車運至墩位處安裝就位。在預制系梁施工過程中,系梁鋼筋籠綁扎采用胎模進行精密加工,確保其鋼筋籠尺寸及間距等符合設計規范要求,避免了在水上系梁施工中,鋼筋籠綁扎的尺寸及間距偏差大,特別是在海域中鋼筋的銹蝕嚴重。對其調平層的精度把控,利用樁基施工護筒內徑比樁徑大200～400 mm的現場實際情況,將鋼護筒割至系梁底標高,鑿除樁頭低于鋼護筒20～30 mm,采用M7.5水泥砂漿抹調平層至系梁底設計標高(全站儀、水準儀監控),作為預制系梁的落點。

在安裝過程中,采用履帶吊或汽車吊進行系梁安裝,并對系梁吊裝精確定位,采用全站儀、水準儀進行全程定位監控,確保其與設計一致,無偏差。系梁安裝完成后再一次用全站儀、水準儀進行精準復核,確保其無誤后進行下一步施工[1]。

1.2 技術特點

1)系梁在預制廠集中生產,集中運輸到現場采用裝配式施工技術,保證了系梁施工質量,加快了施工進度,減少了施工用地。

2)施工作業時占用鋼棧橋的時間大大縮短,吊裝作業時間短,緩解了鋼棧橋交通堵路的現象,降低了施工安全風險,大量節約了現場施工組織協調的工作任務。

3)與傳統施工方法相比其施工工序周期短,操作簡便,機械設備利用率高,獨立性強,可多個作業面同時作業。

4)與其他同類施工技術相比解決了海水中施工的混隔離海水養護等技術性問題,大大加快了施工進度和質量保證。

5)其操作性與適用性強。該技術相對于水中現澆系梁節約了鋼套箱、鋼板樁圍堰、機械設備等措施費用,應用前景廣。

1.3 適用范圍

水中系梁施工技術適用于設有系梁的橋梁工程,尤其對深水(海水)區域與淤泥地質區域的施工難度大、環保要求高的各種結構尺寸的現澆系梁,特別適用于跨海、江、河、沼澤橋梁系梁，更能顯示出優越性。

2 水中系梁施工技術

2.1 預制場地的選擇

由于系梁體積較小,系梁預制場地選擇在距離施工現場較近和運輸方便的地方。

2.2 臺座的制作

臺座采用定型鋼模作底座,長寬與系梁尺寸一樣。定型鋼模底座放置在平整堅實的地面上。每次生產系梁前,底座上均勻涂抹脫模劑,以防系梁與臺座粘貼。見圖1。

2.3 綁扎鋼筋

在鋼筋加工廠進行加工并進行綁扎,目的是為了將其原來樁基中的鋼筋進行接長等操作，以達到其穩定性要求。見圖2。

圖1 水平矯正 圖2 鋼筋綁扎

2.4 模板的制作

立模順序：模板涂脫模劑→安裝外模→上底部拉桿→安裝端模→上頂部拉桿→調模。

外模采用定型拼裝式鋼模。模板先拼裝,后吊裝就位。模板安置位置、尺寸準確,牢固可靠。確保在澆注混凝土和振搗過程中不變形,不移位。見圖3。

圖3 模板制作

2.5 澆注混凝土

根據設計混凝土采用C35,混凝土澆注前對鋼筋及模板進行檢查驗收。

混凝土采用自動計量拌合站集中拌合,運輸采用混凝土輸送車。混凝土輸送轉接入模,灌注時用插入式振搗棒和附著式振搗器同時搗固。振搗標準為混凝土不再下沉,無氣泡上升,表面平坦并有薄層水泥漿出現。同時對系梁兩端與接樁混凝土連接處作鑿毛處理,鑿毛后表面石子外露10～15 mm,以保證與樁頭混凝土良好地結合。見圖4。

圖4 混凝土澆筑

混凝土澆注完之后對系梁進行養護,達到一定強度后拆除側模板,轉入下一循環。

2.6 樁頭清理及放樣

樁基施工完成后,將鋼護筒切割到系梁底標高,然后鑿除樁頭,進行測量放樣,確定系梁落點位置。

2.7 預制系梁運輸

系梁在運輸車輛上的臨時擱置位置應符合設計要求,不得出現支點受力不均、結構扭曲等情況。側向定位裝置除限制預制梁運輸途中水平向滑動外,不得有導致結構損壞的附加應力。

為保證運輸設備能勻速、安全地行駛,速度限制要求見表1。

表1 速度限制表

運送系梁采用大型運輸車。運輸設備通過路口時,應按指揮信號行駛,確保安全通行。通過橋梁時,速度不大于5 km/h。應嚴格服從管理部門的指揮,在指定道路上勻速行駛,不得急加速、換檔和緊急制動。

2.8 系梁吊裝

系梁吊裝施工前,履帶吊在鋼棧橋施工平臺上停穩,待系梁運輸至指定位置后,開始吊裝作業。

正式開始起吊,吊點設在系梁端頭進去600 mm位置,見圖5。

圖5 系梁吊點位置

施工時由系梁架設總指揮指揮起重設備開始起吊,收緊鋼絲繩,待系梁離開地面時(200～300 mm),停一下保證系梁的穩定,然后起重設備在指揮下慢慢提升,提升的高度超過平臺護欄后,緩慢旋轉至系梁上方位置,再緩慢下放。

系梁吊裝前,用砂漿在系梁落點處攤鋪一層,以確保系梁底與樁基連接處密實無縫隙。在系梁下落過程中,施工人員應隨時觀測系梁底面是否水平和系梁水平鋼筋與樁基預留鋼筋對位是否準確,若偏差較大 ,應停止下落,調平和對位準確后方可繼續[2]。

2.9 清洗樁頭

樁頭清洗是一個重要環節,采用高壓水槍沖洗,把樁頭里面的泥漿、細砂、焊渣等清洗干凈。

2.10 灌注混凝土

立模,灌注樁頭混凝土,灌注樁頂1.2 m高度范圍內系梁混凝土。灌注時間選擇在低水位,采用普通吊斗或汽車泵直接輸送[3]。

3 工程應用

3.1 溫嶺澤國至玉環大麥嶼疏港公路項目

溫嶺澤國至玉環大麥嶼疏港公路(228國道玉環段)工程項目,線路全長10.674 km,其中特大橋7 058.26 m/1座(漩門灣特大橋)；大橋1 809.6 m/2座(臺山、小青大橋)；上部結構為30 m預應力混凝土預制T梁；下部結構為蓋梁、墩柱及系梁,鉆孔灌注樁基礎。本項目漩門灣特大橋所處的環境類別為：跨海路段下部結構為Ⅲ類,上部結構為Ⅱ類,其余均為Ⅰ類并穿越漩門灣國家濕地公園；該特大橋大部分是在水中作業,現澆系梁設計78根,其中66根系梁在水中,最深處水深4.5 m,而且系梁位置全部在漩門灣國家濕地公園水體中,水中小島內有多種鳥類棲息，還有水產養殖,水體邊修建有出境水質監測站,施工過程中稍有不慎,便會引起環保問題,環保壓力非常大。施工難度大、施工成本高、施工周期長及施工安全風險高；采用傳統鋼吊箱法或鋼板樁圍堰方法非常困難。

采用預制吊裝施工方法后,水中系梁于2017年3月20日開工,在2017年6月7日完成漩門灣特大橋66根水中系梁的施工,變更后系梁施工情況有兩種：一為漩門灣特大橋系梁,系梁位于漩門灣公園水體中,常水位-0.4 m,水中墩系梁設計底標高為-0.3 m。施工期間系梁吊裝后底部均位于水面以上,系梁在岸上預制完成滿足強度后,采用80 t履帶吊機架設,然后直接立接樁模板,澆筑接樁混凝土。二為小青和臺山大橋外海中系梁,系梁頂標高在潮水位以下,吊裝后樁頭混凝土用鋼護筒防護,澆筑接樁混凝土。至此完成了系梁施工全過程。

3.2 溫州甌海天長嶺隧道復線及接線改建項目

溫州甌海天長嶺隧道復線及接線改建工程項目,線路全長5.211 km。本項目共有嶺根橋、雷鋒渠橋和戌浦江大橋,線路起點位于郭南村溫瞿公路折角交叉處,向東順接現狀溫瞿公路,地表水有戌浦江、山塘水庫、山區小流域、平原區內河河網,地下水主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。該地水系復雜,且為當地居民生活飲用水源地。施工過程中對水源的保護極其重要。施工之前當地政府也特意提前告知項目部,施工過程中,切不可野蠻施工,導致水系被污染。本項目水中系梁共計53根,均采用現澆改預制施工方案進行施工。

這種施工技術可以大幅度地縮短工期，降低施工成本,減少工人水中施工時間,降低安全風險,還減少了環境干擾,是一種良好的施工技術,有著施工安全、工期短、文明環保、經濟高效的。該技術的實施,為企業樹立了良好的形象,為單位創造了較好的經濟效益、社會效益和節能環保效益,對以后同類型的橋梁下部工程有著重要的指導作用。受到當地政府和業主的好評。

4 效益分析

4.1 228國道(玉環段)項目效益分析

4.1.1 經濟效益

系梁采用裝配式吊裝施工方法,可以最小限度地利用工廠化集中預制,在實體質量、生產運輸安全、環境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標準。

228國道玉環段工程水中系梁共計138根,現采用混凝土預制吊裝方案施工,取消使用鋼套箱圍堰施工,混凝土成本費用不變。見表2。

表2 228國道項目經濟效益分析

4.1.2 社會效益

228國道(玉環段)工程建成后,將有效地促進玉環市沿線經濟的發展,使百姓出行更方便,減少地面交通運輸壓力,縮短了玉環至溫嶺的距離。

采用傳統的鋼套箱圍堰隔水現澆施工,無法保證對浪濺區以下的新澆混凝土結構,在10 d內且混凝土強度達到設計強度等級70%之前,不受海水的侵襲,不符合《公路橋涵施工技術規范(JTG/T F50—2011)》中20.3.6的要求,存在質量隱患；然而項目部采用“系梁裝配式吊裝”施工技術，保證漩門灣特大橋施工安全、快速、高效、保質,有效地縮短了三個月合同有效工期，高標準高質量地完成了業主下達的節點目標和施工任務,受到當地政府、業主和各界人士的好評,取得了良好的社會效益。

4.1.3 節能環保效益

本工程處于玉環市漩門灣國家濕地公園,為確保該公園的水域環境得到有效的保護,采用本工法大大減少了建筑垃圾污染、噪聲污染、水質污染、機械設備污染。

系梁預制場地選擇在560 m路基上,集中預制,施工更便捷,能更有效地控制工程質量,減少對施工現場環境的破壞,作業人員水中作業時間減少,能有效降低作業人員的安全風險,避開了當地7—9月份臺風季節,雨水增多造成現澆圍堰施工的難度,預制系梁吊裝施工節約了鋼套箱圍堰的措施費,有利于下部結構組織平行作業、流水作業，避免窩工，提升施工效率,減少人、機投入,縮短工期。

現場運用證明,該工法在實體質量、生產運輸安全、環境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標準,特別是在經濟、社會、節能環保效益等方面效果顯著,推廣運用前景廣泛。

4.2 溫州天長嶺隧道項目效益分析

4.2.1 經濟效益

系梁采用裝配式吊裝施工方法,可以最小限度地利用工廠化集中預制,在實體質量、生產運輸安全、環境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標準。

溫州天長嶺隧道項目工程水中系梁共計53根,現采用混凝土預制吊裝方案施工,取消使用鋼套箱圍堰施工,混凝土成本費用不變。見表3。

表3 溫州天長嶺遂道項目經濟效益分析

4.2.2 社會效益

溫州天長嶺隧道項目建成后,將有效地促進溫州市甌海區沿線經濟的發展,改善百姓出行,減少地面交通運輸壓力,縮短了澤雅鎮至溫州市區的出行時間。項目部采用“系梁裝配式吊裝”施工方法保證戌浦江大橋和雷鋒渠橋施工安全、快速、高效、保質,有效地縮短了合同有效工期一個月,在溫州市甌海區眾多施工企業中是第一家高標準高質量地完成了業主下達的節點目標和施工任務,同樣受到當地政府、業主和各界人士的好評,取得了良好的社會效益。

4.2.3 節能環保效益

本工程處于溫州市甌海區澤雅鎮戌浦江處,戌浦江為當地農田灌溉主要水源,為確保此水源水域環境得到有效的保護,采用本工法大大減少了建筑垃圾污染、噪聲污染、水質污染、機械設備污染。

現場運用證明,該工法在實體質量、生產運輸安全、環境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了標準,特別是在經濟、社會、節能環保效益等方面效果顯著,推廣運用前景廣泛。

5 結 語

水中系梁采用裝配式施工技術,不僅解決了水域中施工現澆系梁采取的鋼板樁、鋼套箱圍堰的措施工程,還解決了海水區域施工中混凝土構件養生等難題,從而達到施工高效優質和節約成本的目的。

此技術對施工中的原材料、機械設備、施工方法、質量保證、進度指標等方面的研究與實踐,滿足了設計提出的技術標準,取得了寶貴的經驗,形成了一項較為完整的施工技術,值得推廣與應用。