紅樹林保護區跨海橋梁設計與施工探討

作者簡介：賀 銀（1995—），助理工程師，主要從事公路橋梁工程建設與管理工作。

摘要：文章以龍門大橋工程建設紅樹林保護為背景，對穿越紅樹林的揚帆立交主線橋上部結構、下部結構設計以及下部結構樁基施工、護筒內樁接柱、墩柱一次性澆筑等關鍵技術進行研究，總結出一套施工質量、安全易于控制，對紅樹林影響小，復制性和可操作性較強的紅樹林區域跨海橋梁設計與施工技術，為類似跨海橋梁建設提供技術參考。

關鍵詞：樁基施工；護筒內樁接柱；墩身一次性澆筑；紅樹林保護；龍門大橋

中圖分類號：U442.1

0 引言

近年來，全球環境問題愈發嚴重，包括氣候變化、生物多樣性喪失、環境污染等，給人類社會帶來了巨大的生態風險^[1]。紅樹林作為熱帶亞熱帶海岸潮間帶的木本植物群落，在消浪護岸、固碳儲碳^[2]、凈化海水、維持近海生物多樣性等方面有著不可取代的作用，具有極高的生態系統服務價值。保護珍稀植物是保護生態環境的重要內容，一定要尊重科學、落實責任，把紅樹林保護好^[3]。然而，在工程建設領域，不同的設計與施工方案對紅樹林生態系統有不同的生態效應，且目前利于紅樹林保護的施工工藝和措施還鮮有研究，因此本文通過研究總結出一套操作性較強、對紅樹林生態影響較小的跨海橋梁設計與施工技術。

1 項目概況

1.1 工程概況

廣西濱海公路龍門大橋項目路線全長7.637 km，主體工程由龍門大橋、揚帆立交及三段路基組成。項目橋梁總長6 597 m，主航道橋采用主跨1 098 m單跨吊全漂浮體系鋼箱梁懸索橋，索塔采用門式混凝土索塔，塔高174 m，通航凈空為1 020 m×44.6 m，滿足20 000 GT郵輪通航要求。全線按雙向六車道一級公路標準建設，主航道橋橋寬38.6 m，輔航道橋橋寬33 m，路基寬33.5 m，設計時速為100 km。其中，揚帆立交主線橋橋長590 m，共7聯，跨徑布置為3×（3×30）m+2×25 m+2×（3×30）m+（25+30+25）m，橋梁分左右幅布置。按施工圖設計，上部結構采用現澆連續箱梁，下部結構采用柱式墩接承臺樁基礎。

1.2 環境概況

龍門大橋路線所經海域紅樹林密布，海洋養殖業發達，路線自西向東，先后穿越欽州茅尾海紅樹林自然保護區邊緣及龍門七十二涇風景區的7個島嶼，涉及紅樹林范圍廣，生態敏感點多，紅樹林保護要求極為嚴苛。龍門大橋項目永久占用紅樹林0.87 hm²，其中揚帆立交永久占用紅樹林0.64 hm²，主要位于揚帆立交主線橋5^#～10^#墩，分布情況見圖1。

2 設計優化

2.1 上部結構優化方案

揚帆立交主線橋上部結構原設計為滿堂支架現澆箱梁，該方案在施工時，橋梁投影面積的紅樹林將全部被破壞。為最大限度地保護紅樹林，降低現澆箱梁支架搭設對橋梁下部紅樹林的占用和破壞，將揚帆立交主線橋優化為架橋機安裝預制小箱梁，主線橋全橋共7聯，跨徑布置為3×（3×30）m+2×25 m+2×（3×30）m+（25+30+25）m。橋梁分左右幅布置，上部結構采用簡支25 m、30 m預應力混凝土小箱梁結構，分幅設置，單幅橋寬16.5～30 m，橫斷面上共布置5～9片預制小箱梁，小箱梁采用6-?15.2 mm鋼絞線，梁高1.75 m。A、B匝道橋上部結構設計保持不變。

2.2 下部結構優化方案

揚帆立交主線橋下部結構原設計為柱式墩接承臺樁基礎，該方案在施工承臺時，施作的鋼板樁圍堰將擴大紅樹林影響范圍。為減少主線橋下部結構永久占地面積及影響，將橋墩優化為柱式墩接樁基礎，取消承臺及系梁，適當減少墩柱數量，增加蓋梁設計；調整與主線橋銜接的匝道橋的墩柱外觀形式，保證主線橋與匝道橋視覺形態協調統一。下部結構優化前后對比見圖2，優化后樁基長度為29～41 m，墩柱高度為5.29～14.44 m。

3 施工技術

3.1 樁基施工

揚帆立交受條件限制，采用旋挖鉆和沖擊鉆混合施工，為保證后續墩柱模板安裝空間，樁基施工時采用大護筒施工的方法^[4]，即選擇鋼護筒直徑比樁直徑大40 cm，在棧橋平臺上用振動錘設備插打鋼護筒，根據鉆孔灌注樁施工工藝完成樁基。

3.1.1 旋挖鉆施工

旋挖鉆屬于綠色施工工藝^[5]，為防止泥漿污染紅樹林，在紅樹林區域宜采用旋挖鉆施工樁基，環保性能更好^[6]、成孔速度更快、對周邊環境污染小、影響時間短。干法成孔時，基本不會對現場和周邊環境造成污染，即便采用靜態泥漿成孔時，相對于沖擊鉆的污染也較小。

3.1.2 沖擊鉆施工

當受到地理地質條件限制需要采用沖擊鉆施工時，應重點關注泥漿泄漏污染問題，護筒入巖深度不足和護筒內外水頭差過大均易造成泥漿泄露。因此，樁基沖孔前，要確保鋼護筒插打深度，遇到較硬巖層時可在沖孔過程中逐步跟進，過程中要時刻關注潮汐漲落情況和護筒外的水面環境。若出現泥漿泄漏，應查明情況，及時抽吸降低護筒內泥漿水頭，補接鋼護筒并持續插打跟進，直到泥漿不再外漏。

3.2 護筒內樁接柱施工

揚帆立交護筒內樁接柱施工技術是為減少施工圍堰對紅樹林區域的影響而專門制定的一種小空間作業的施工技術，利用海上樁基施工時插打的鋼護筒作為施工圍堰，待樁基施工完成后，在護筒內用旋挖鉆掏除淤泥，水磨鉆配合風鎬進行樁頭破除，樁接柱鋼筋連接，變截段澆筑。工藝流程及工作面示意圖見圖3及下頁圖4。

3.2.1 施工準備

清理樁頭前，需準備好水磨鉆、風鎬、起吊架、泥漿儲存箱等設備，待樁基檢測合格后方可進行施工。

3.2.2 樁頭清理

樁頭頂部有較多泥漿、水泥混合物沉淀，采用小型旋挖鉆清理樁中心混合物，人工清理剩余混合物，將清理出的混合物存于平臺上的泥漿儲存箱，然后運到指定位置處置，防止污染環境。

3.2.3 樁頭破除

利用護筒口及棧橋作為作業平臺，用鋼管搭設鎖扣，采用水磨鉆和人工鑿除結合的方式。在樁基混凝土澆筑初凝后，人工通過爬梯沿著鋼護筒內部進入樁頂，用水磨鉆頭沿樁基鋼筋籠內10 cm鉆一圈孔，取出中心混凝土塊，每層進鉆宜為50 cm，逐層鉆至接樁標高，再用風鎬鑿除側面混凝土，露出鋼筋。護筒內采用空壓機或鼓風機進行通風，單個破樁頭小組設置3人，一人操作水磨鉆，另兩人配合出渣兼安全警戒。

3.2.4 樁接柱鋼筋連接

待樁頭破除完成后，根據放樣結果，將樁基預留鋼筋與墩柱鋼筋進行連接，固定箍筋，并細部調整鋼筋間距和位置，保證各項指標符合設計要求。

3.2.5 變截段混凝土澆筑

對放樣結果進行復核，復核符合設計要求后進行1.6 m樁接柱變截段混凝土澆筑，澆筑完成后對頂部進行鑿毛處理，為后續墩柱施工做好準備。

3.3 墩柱一次性澆筑施工

3.3.1 樁接柱鋼筋吊裝

墩柱鋼筋籠采用部品化施工，即根據每個墩柱高度在鋼筋加工廠進行整體節段加工，加工完成后運輸到現場吊裝連接，減少了施工現場綁扎的安全風險和環境污染，同時有利于質量控制和快速化施工^[7]。

3.3.2 模板安裝

圓柱墩采用兩塊半圓形模板拼裝，安裝前必須進行全面檢查，模板不得有變形，同時模板厚度、剛度、平整度要達到規范要求，模板污漬銹跡須打磨干凈，然后涂刷脫模劑。模板在施工平臺上安裝成型后，采用吊機整體吊運安裝在鋼護筒內，模板安裝牢固穩定后，全面檢查結構尺寸、標高、平面位置等各項指標是否符合要求。部分較高墩柱，高度在護筒以上的采用一般模板安裝工藝。

3.3.3 鋼筋籠模板加固

模板安裝完后，需放出中心點位置，在模板頂拉十字絲調整模板位置。為防止鋼筋籠及模板偏位，保證其穩定性，在鋼筋籠、模板頂部對稱設置4根纜風繩，纜風繩與地面的夾角宜為30°，最大應≤45°。纜風繩地錨抗拔力應≥1 t。纜風繩使用?12 mm鋼絲繩，用CO型M22花籃螺絲收緊，其布置見圖5。

3.3.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑前，檢測混凝土坍落度和均勻性，坍落度要求在14～18 cm，通過墩身直徑和料斗容量，計算每澆筑30 cm墩身所需的料斗混凝土，確保控制每層混凝土灌注厚度≤30 cm。每處混凝土振搗應保持在15～22 s，振動棒與側模應保持5～10 cm距離，嚴禁碰觸模板、鋼筋及其他預埋件。澆筑過程中，安排專人負責檢查各部件穩固情況，發現異常情況時，及時進行處理，并做好混凝土施工記錄。

3.3.5 拆模及養生

混凝土強度達到設計要求后方可進行模板拆除，為防止后續鋼護筒拆除時對成品墩柱的磕碰損傷，應先用吊車配合進行鋼護筒切割吊裝拆除，待鋼護筒拆除完畢后，按一般施工工序進行墩柱模板拆除，然后及時給墩柱覆蓋薄膜以保水養生，保證墩柱外觀質量。

4 特點及成效

4.1 技術特點

龍門大橋施工嚴格按照上述設計與施工技術進行施工組織，節省大量臨時結構、臨時用地，歷時8個月便成功完成所有主線橋樁基礎過渡段及墩身的施工，效果良好。該設計與施工技術原理明確，具有施工安全、質量易于控制、縮短工期、降低成本、節能環保等較為顯著的優勢。

（1）上部結構現澆改預制減少了現場施工對紅樹林生態的污染程度和影響時長。

（2）利用樁基礎施工階段的鋼護筒作為止水圍堰及支護結構，無須額外設置鋼圍堰，節省材料用量，且圓形鋼護筒力學性能好，結構形式適用于支護結構，施工安全風險低。

（3）樁基旋挖鉆施工、護筒內樁接柱、鋼筋籠部品化施工及墩柱一次性澆筑不但提高了施工效率，且基本沒有污染物排放，對紅樹林生態保護效果好。

（4）下部結構施工所需機械設備基本為小型設備，成本較低，可擴大規模投入施工。

（5）僅占用永久結構物上方的空間，有效隔離施工對紅樹林的影響，特別適用于生態環境敏感及空間條件受限的施工。

4.2 社會經濟效益

該技術應用在龍門大橋建設中，大量占用紅樹林的情況得以減少，避免約17 000株紅樹林被破壞，對當地環境保護事業做出了較大貢獻，為同類型跨海橋梁設計與施工提供了借鑒，具有出色的社會效益。

該技術施工方便，所需設備簡單，施工速度快，節省工期。與原設計現澆箱梁相比，節約了圍堰、支架等大量臨時鋼材使用。在龍門大橋揚帆立交主線橋施工中應用節省施工費用約205.08萬元，具有較好的經濟效益。

5 結語

為探索跨海橋梁工程建設中利于紅樹林保護的設計與施工技術，本文基于龍門大橋工程，從橋梁上、下部結構設計優化，樁基、樁接柱過渡段、墩柱施工等方面進行技術改進，對紅樹林起到了較好的保護作用，施工質量安全也更易于控制，同時，該技術降低了大量臨時結構成本，極大地優化了施工流程，工藝技術措施齊全，優勢明顯。經過實際項目工程的施工實踐，本文所論述的紅樹林保護區跨海橋梁設計與施工技術合理有效，可為同類型工程項目參考借鑒。

參考文獻：

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