伶仃洋大橋東錨碇鉆石形錨體施工技術

李思吟，肖 翀，李 冕

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

引言

深中通道東接機荷高速，跨越珠江口，西至中山馬鞍島，與規劃的中開、東部外環高速對接，實現在深圳、中山及廣州南沙登陸。項目全長約24.03 km，其中跨海段長22.39 km，采用100 km/h 設計速度、雙向八車道高速公路技術標準，是集“橋、島、隧、地下互通”為一體的系統集群工程。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，單側支墩平面投影尺寸29.86 m×27.45 m，散索鞍支墩側墻和后墻與錨塊連為一體，側墻厚度1 m，內腔高度30 m，后墻厚度3.7 m。支墩前俯面和側墻面與水平面夾角分別為71.4 °和86.8 °。

錨固系統為前錨式多股成品索預應力錨固系統，錨固系統由索股錨固連接構造和預應力錨固構造組成。索股錨固連接構造由拉桿及其組件、連接平板及連接筒組成；預應力錨固構造由管道、環氧鋼絞線成品索及錨具、錨頭防護帽等組成。目前國內幾座大跨懸索橋，如楊泗港大橋和南沙大橋錨體結構均較常規，對比伶仃洋大橋所處環境較為適宜，伶仃洋大橋錨體施工存在以下難點：

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

2）錨固系統的預應力管道多，且定位精度要求高，預應力管道定位難度大；

3）錨體處于高鹽高濕的海中環境，設計使用年限100 年，對混凝土強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，外觀質量要求高，混凝土施工流動性要求較高，澆筑時間長，對設備和現場管理要求高，施工組織協調難度大。

1 總體施工方案

為克服上述難點，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；錨塊及支墩兩側異型面采用懸壁掛架模板施工；散索支墩內腔采用支架+木模板施工；錨固體系采用定位支架法施工；混凝土強度和耐久性通過優化配合比和提高施工質量得到保證；大體積混凝土分層分塊施工[1]，嚴格控制混凝土原材料質量和入模溫度，混凝土表面保溫保濕養護，內部通冷卻水降溫[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 支架設計

2.1 支墩內腔支架設計

散索鞍支墩內部截面逐漸縮小，頂部寬度僅2.2 m，為適應內部形狀變化，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，平聯四周安裝2I25 型鋼作為模板支撐梁，支架結構如圖4。

圖4 散索鞍支墩支架示意圖

2.2 錨塊后仰面支架設計

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 模板設計

錨體各個面及編號如圖6 所示。

圖6 錨體各面編號

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埋件承擔，不需另搭支架，模板無需額外加固措施，施工簡單，適于錨體多轉角和收分的異型斜面和高空作業[3]。如圖7。

圖7 懸壁模板施工現場

3.1 后仰面鋼模板設計

單塊模板長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使用。

3.2 錨體異型面模板設計

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

圖8 模板設計示意圖

圖9 錨塊混凝土計算結果（單位：℃）

圖10 散索鞍支墩計算結果（單位：℃）

通過模塊化的設計可大大提升模板的通用性，提升使用率，便于施工且節約成本。

4 錨固體系施工

錨固體系主要施工內容包括預應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、錨墊板和預應力管道安裝調位。

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、分段接長預應力管道”的原則，根據預應力管道分段在管道長度方向分為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制加工，然后現場接長，之后安裝支撐橫梁及斜撐等，為預應力管道安裝及調整提供支撐。

4.2 錨固體系施工

錨固體系施工前，首先進行后錨室支架、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；再進行預應力管道安裝和調整，管道調整采用管口測量工裝輔助測量，手拉葫蘆調整位置，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，前錨墊板與長度調整后的第三節預應力管到嵌套安裝，精確調位后與預應力管道焊接，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

前述錨體及其環境特點、大體積混凝土施工難點和質量要求，主要通過優化混凝土配合比、原材料質量控制、加強大體積混凝土溫控和加強施工質量四方面進行控制。

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、絕對收縮值低，減小大體積混凝土自身的溫度應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度、耐久性和溫峰過后的持續水化能力[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度，減少混凝土表面開裂[6]。混凝土初凝時間控制在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行控制：

①對原材料進行防曬遮蓋和預冷卻，以控制混凝土入倉溫度；

②利用冷卻水拌和碎冰降溫；

③設置多個水泥罐，提前儲存水泥，使之溫度不高于60 ℃。

2）冷卻水管通水

混凝土內部布置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，最外側冷卻水管距混凝土側面70 cm。采用冷智能循環控制系統，對冷卻水進行智能化、自動化的管理，通過加水和放水的方式保證循環的冷卻水進出水溫溫差不超過10 ℃，通水流速不低于0.65 m/s，連續通水10 d。

3）溫控計算

①控制標準

錨體混凝土溫控標準詳見表2。

表2 錨體混凝土溫控標準

②邊界條件

混凝土澆筑溫度28 ℃，環境溫度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，計算考慮冷卻水管的影響。

③計算結果

通過FEA 計算，錨塊混凝土內部最高60.3 ℃，溫峰出現在各層澆筑后48～72 h 左右；支墩混凝土內部最高60.2 ℃，溫峰出現時間約為澆筑后第48 h左右。混凝土劈裂抗拉強度試驗值、溫度應力及安全系數見表3。

表3 錨體混凝土安全系數

各齡期混凝土安全系數均大于1.4[7]。滿足溫控標準。

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180 m3/h 攪拌站進行混凝土生產，2 臺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，振搗時插點按70 cm 均勻分布。

5.4 保溫、保濕養護

混凝土澆筑完成后，混凝土上表面覆蓋土工布保濕養護，持續養護至上層澆筑為止；混凝土側面帶模養護不少于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護。錨塊后仰面采用噴霧保濕養護。

6 結語

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11 d/層。

通過優化混凝土配合比和加強施工質量控制保證了大體積混凝土的施工質量，混凝土澆筑后采用外保內降、保濕養護的方法，錨塊混凝土澆筑后溫峰出現在澆筑后50-60 h 之間，最高溫度60.9 ℃，內表溫差最大17.4 ℃，混凝土強度達50 Mpa，錨體裂縫較少，滿足外觀和強度要求。

采用定位支架法保證了前錨孔道中心坐標誤差±5 mm 以內，前錨面孔道角度誤差±0.10 °以內，滿足設計要求。

目前東錨碇錨體散索鞍支墩和錨塊均已順利完成，混凝土強度達到設計要求，外觀質量良好。實踐證明，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。