水中系梁装配式施工关键技术及其应用效益分析

高 明

(中铁十六局集团第三工程有限公司,浙江 湖州 313000)

1 水中系梁施工简介

1.1 水中系梁施工概述及原理

水中系梁预制吊装施工是指系梁在预制场分片预制,达到设计强度后用运输车运至墩位处安装就位。在预制系梁施工过程中,系梁钢筋笼绑扎采用胎模进行精密加工,确保其钢筋笼尺寸及间距等符合设计规范要求,避免了在水上系梁施工中,钢筋笼绑扎的尺寸及间距偏差大,特别是在海域中钢筋的锈蚀严重。对其调平层的精度把控,利用桩基施工护筒内径比桩径大200～400 mm的现场实际情况,将钢护筒割至系梁底标高,凿除桩头低于钢护筒20～30 mm,采用M7.5水泥砂浆抹调平层至系梁底设计标高(全站仪、水准仪监控),作为预制系梁的落点。

在安装过程中,采用履带吊或汽车吊进行系梁安装,并对系梁吊装精确定位,采用全站仪、水准仪进行全程定位监控,确保其与设计一致,无偏差。系梁安装完成后再一次用全站仪、水准仪进行精准复核,确保其无误后进行下一步施工[1]。

1.2 技术特点

1)系梁在预制厂集中生产,集中运输到现场采用装配式施工技术,保证了系梁施工质量,加快了施工进度,减少了施工用地。

2)施工作业时占用钢栈桥的时间大大缩短,吊装作业时间短,缓解了钢栈桥交通堵路的现象,降低了施工安全风险,大量节约了现场施工组织协调的工作任务。

3)与传统施工方法相比其施工工序周期短,操作简便,机械设备利用率高,独立性强,可多个作业面同时作业。

4)与其他同类施工技术相比解决了海水中施工的混隔离海水养护等技术性问题,大大加快了施工进度和质量保证。

5)其操作性与适用性强。该技术相对于水中现浇系梁节约了钢套箱、钢板桩围堰、机械设备等措施费用,应用前景广。

1.3 适用范围

水中系梁施工技术适用于设有系梁的桥梁工程,尤其对深水(海水)区域与淤泥地质区域的施工难度大、环保要求高的各种结构尺寸的现浇系梁,特别适用于跨海、江、河、沼泽桥梁系梁，更能显示出优越性。

2 水中系梁施工技术

2.1 预制场地的选择

由于系梁体积较小,系梁预制场地选择在距离施工现场较近和运输方便的地方。

2.2 台座的制作

台座采用定型钢模作底座,长宽与系梁尺寸一样。定型钢模底座放置在平整坚实的地面上。每次生产系梁前,底座上均匀涂抹脱模剂,以防系梁与台座粘贴。见图1。

2.3 绑扎钢筋

在钢筋加工厂进行加工并进行绑扎,目的是为了将其原来桩基中的钢筋进行接长等操作，以达到其稳定性要求。见图2。

图1 水平矫正 图2 钢筋绑扎

2.4 模板的制作

立模顺序：模板涂脱模剂→安装外模→上底部拉杆→安装端模→上顶部拉杆→调模。

外模采用定型拼装式钢模。模板先拼装,后吊装就位。模板安置位置、尺寸准确,牢固可靠。确保在浇注混凝土和振捣过程中不变形,不移位。见图3。

图3 模板制作

2.5 浇注混凝土

根据设计混凝土采用C35,混凝土浇注前对钢筋及模板进行检查验收。

混凝土采用自动计量拌合站集中拌合,运输采用混凝土输送车。混凝土输送转接入模,灌注时用插入式振捣棒和附着式振捣器同时捣固。振捣标准为混凝土不再下沉,无气泡上升,表面平坦并有薄层水泥浆出现。同时对系梁两端与接桩混凝土连接处作凿毛处理,凿毛后表面石子外露10～15 mm,以保证与桩头混凝土良好地结合。见图4。

图4 混凝土浇筑

混凝土浇注完之后对系梁进行养护,达到一定强度后拆除侧模板,转入下一循环。

2.6 桩头清理及放样

桩基施工完成后,将钢护筒切割到系梁底标高,然后凿除桩头,进行测量放样,确定系梁落点位置。

2.7 预制系梁运输

系梁在运输车辆上的临时搁置位置应符合设计要求,不得出现支点受力不均、结构扭曲等情况。侧向定位装置除限制预制梁运输途中水平向滑动外,不得有导致结构损坏的附加应力。

为保证运输设备能匀速、安全地行驶,速度限制要求见表1。

表1 速度限制表

运送系梁采用大型运输车。运输设备通过路口时,应按指挥信号行驶,确保安全通行。通过桥梁时,速度不大于5 km/h。应严格服从管理部门的指挥,在指定道路上匀速行驶,不得急加速、换档和紧急制动。

2.8 系梁吊装

系梁吊装施工前,履带吊在钢栈桥施工平台上停稳,待系梁运输至指定位置后,开始吊装作业。

正式开始起吊,吊点设在系梁端头进去600 mm位置,见图5。

图5 系梁吊点位置

施工时由系梁架设总指挥指挥起重设备开始起吊,收紧钢丝绳,待系梁离开地面时(200～300 mm),停一下保证系梁的稳定,然后起重设备在指挥下慢慢提升,提升的高度超过平台护栏后,缓慢旋转至系梁上方位置,再缓慢下放。

系梁吊装前,用砂浆在系梁落点处摊铺一层,以确保系梁底与桩基连接处密实无缝隙。在系梁下落过程中,施工人员应随时观测系梁底面是否水平和系梁水平钢筋与桩基预留钢筋对位是否准确,若偏差较大 ,应停止下落,调平和对位准确后方可继续[2]。

2.9 清洗桩头

桩头清洗是一个重要环节,采用高压水枪冲洗,把桩头里面的泥浆、细砂、焊渣等清洗干净。

2.10 灌注混凝土

立模,灌注桩头混凝土,灌注桩顶1.2 m高度范围内系梁混凝土。灌注时间选择在低水位,采用普通吊斗或汽车泵直接输送[3]。

3 工程应用

3.1 温岭泽国至玉环大麦屿疏港公路项目

温岭泽国至玉环大麦屿疏港公路(228国道玉环段)工程项目,线路全长10.674 km,其中特大桥7 058.26 m/1座(漩门湾特大桥)；大桥1 809.6 m/2座(台山、小青大桥)；上部结构为30 m预应力混凝土预制T梁；下部结构为盖梁、墩柱及系梁,钻孔灌注桩基础。本项目漩门湾特大桥所处的环境类别为：跨海路段下部结构为Ⅲ类,上部结构为Ⅱ类,其余均为Ⅰ类并穿越漩门湾国家湿地公园；该特大桥大部分是在水中作业,现浇系梁设计78根,其中66根系梁在水中,最深处水深4.5 m,而且系梁位置全部在漩门湾国家湿地公园水体中,水中小岛内有多种鸟类栖息，还有水产养殖,水体边修建有出境水质监测站,施工过程中稍有不慎,便会引起环保问题,环保压力非常大。施工难度大、施工成本高、施工周期长及施工安全风险高；采用传统钢吊箱法或钢板桩围堰方法非常困难。

采用预制吊装施工方法后,水中系梁于2017年3月20日开工,在2017年6月7日完成漩门湾特大桥66根水中系梁的施工,变更后系梁施工情况有两种：一为漩门湾特大桥系梁,系梁位于漩门湾公园水体中,常水位-0.4 m,水中墩系梁设计底标高为-0.3 m。施工期间系梁吊装后底部均位于水面以上,系梁在岸上预制完成满足强度后,采用80 t履带吊机架设,然后直接立接桩模板,浇筑接桩混凝土。二为小青和台山大桥外海中系梁,系梁顶标高在潮水位以下,吊装后桩头混凝土用钢护筒防护,浇筑接桩混凝土。至此完成了系梁施工全过程。

3.2 温州瓯海天长岭隧道复线及接线改建项目

温州瓯海天长岭隧道复线及接线改建工程项目,线路全长5.211 km。本项目共有岭根桥、雷锋渠桥和戌浦江大桥,线路起点位于郭南村温瞿公路折角交叉处,向东顺接现状温瞿公路,地表水有戌浦江、山塘水库、山区小流域、平原区内河河网,地下水主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。该地水系复杂,且为当地居民生活饮用水源地。施工过程中对水源的保护极其重要。施工之前当地政府也特意提前告知项目部,施工过程中,切不可野蛮施工,导致水系被污染。本项目水中系梁共计53根,均采用现浇改预制施工方案进行施工。

这种施工技术可以大幅度地缩短工期，降低施工成本,减少工人水中施工时间,降低安全风险,还减少了环境干扰,是一种良好的施工技术,有着施工安全、工期短、文明环保、经济高效的。该技术的实施,为企业树立了良好的形象,为单位创造了较好的经济效益、社会效益和节能环保效益,对以后同类型的桥梁下部工程有着重要的指导作用。受到当地政府和业主的好评。

4 效益分析

4.1 228国道(玉环段)项目效益分析

4.1.1 经济效益

系梁采用装配式吊装施工方法,可以最小限度地利用工厂化集中预制,在实体质量、生产运输安全、环境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了标准。

228国道玉环段工程水中系梁共计138根,现采用混凝土预制吊装方案施工,取消使用钢套箱围堰施工,混凝土成本费用不变。见表2。

表2 228国道项目经济效益分析

4.1.2 社会效益

228国道(玉环段)工程建成后,将有效地促进玉环市沿线经济的发展,使百姓出行更方便,减少地面交通运输压力,缩短了玉环至温岭的距离。

采用传统的钢套箱围堰隔水现浇施工,无法保证对浪溅区以下的新浇混凝土结构,在10 d内且混凝土强度达到设计强度等级70%之前,不受海水的侵袭,不符合《公路桥涵施工技术规范(JTG/T F50—2011)》中20.3.6的要求,存在质量隐患；然而项目部采用“系梁装配式吊装”施工技术，保证漩门湾特大桥施工安全、快速、高效、保质,有效地缩短了三个月合同有效工期，高标准高质量地完成了业主下达的节点目标和施工任务,受到当地政府、业主和各界人士的好评,取得了良好的社会效益。

4.1.3 节能环保效益

本工程处于玉环市漩门湾国家湿地公园,为确保该公园的水域环境得到有效的保护,采用本工法大大减少了建筑垃圾污染、噪声污染、水质污染、机械设备污染。

系梁预制场地选择在560 m路基上,集中预制,施工更便捷,能更有效地控制工程质量,减少对施工现场环境的破坏,作业人员水中作业时间减少,能有效降低作业人员的安全风险,避开了当地7—9月份台风季节,雨水增多造成现浇围堰施工的难度,预制系梁吊装施工节约了钢套箱围堰的措施费,有利于下部结构组织平行作业、流水作业，避免窝工，提升施工效率,减少人、机投入,缩短工期。

现场运用证明,该工法在实体质量、生产运输安全、环境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了标准,特别是在经济、社会、节能环保效益等方面效果显著,推广运用前景广泛。

4.2 温州天长岭隧道项目效益分析

4.2.1 经济效益

系梁采用装配式吊装施工方法,可以最小限度地利用工厂化集中预制,在实体质量、生产运输安全、环境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了标准。

温州天长岭隧道项目工程水中系梁共计53根,现采用混凝土预制吊装方案施工,取消使用钢套箱围堰施工,混凝土成本费用不变。见表3。

表3 温州天长岭遂道项目经济效益分析

4.2.2 社会效益

温州天长岭隧道项目建成后,将有效地促进温州市瓯海区沿线经济的发展,改善百姓出行,减少地面交通运输压力,缩短了泽雅镇至温州市区的出行时间。项目部采用“系梁装配式吊装”施工方法保证戌浦江大桥和雷锋渠桥施工安全、快速、高效、保质,有效地缩短了合同有效工期一个月,在温州市瓯海区众多施工企业中是第一家高标准高质量地完成了业主下达的节点目标和施工任务,同样受到当地政府、业主和各界人士的好评,取得了良好的社会效益。

4.2.3 节能环保效益

本工程处于温州市瓯海区泽雅镇戌浦江处,戌浦江为当地农田灌溉主要水源,为确保此水源水域环境得到有效的保护,采用本工法大大减少了建筑垃圾污染、噪声污染、水质污染、机械设备污染。

现场运用证明,该工法在实体质量、生产运输安全、环境污染、文明施工、成本控制等方面大大提高了标准,特别是在经济、社会、节能环保效益等方面效果显著,推广运用前景广泛。

5 结 语

水中系梁采用装配式施工技术,不仅解决了水域中施工现浇系梁采取的钢板桩、钢套箱围堰的措施工程,还解决了海水区域施工中混凝土构件养生等难题,从而达到施工高效优质和节约成本的目的。

此技术对施工中的原材料、机械设备、施工方法、质量保证、进度指标等方面的研究与实践,满足了设计提出的技术标准,取得了宝贵的经验,形成了一项较为完整的施工技术,值得推广与应用。