湛江海湾大桥施工综述

湛江海湾大桥施工综述傅光奇，饶思礼（广东省长大公路工程有限公司，广东广州510620）摘要湛江海湾大桥是目前国内在建斜拉桥中施工难度大、技术含量高的项目之一，大直径超长桩基，大体积承台，曲线形高塔，引桥50MPC连续箱梁采用移动模架施工。本文介绍大桥概况及施工方案和关键工艺方法。关键词施工方案；混合梁斜拉桥；曲线主塔1工程概况湛江海湾大桥起于湛江市坡头区，于湛江市平乐渡口上游13KM处跨越麻斜海湾，止于湛江市乐山大道。大桥全长398117M，主桥全长840M，为双塔双索面斜拉桥，跨径组合6012048012060M。其中东西两侧60M边跨为混凝土箱梁结构，480M主跨及120M边跨为钢箱梁结构，钢箱梁与混凝土箱梁外形尺寸相同，高3M，宽285M（不包括风嘴）。塔高15511M，斜拉索为平行钢丝束（图1、图2）。图1主桥概貌图2桥型总体布置图主墩基础为31条290250CM变截面钻孔灌注桩（图3）。引桥分左右两幅，岸上东、西引桥全长1441M，主要为跨径28M的PC连续箱梁，单幅箱梁宽1274M，梁高16M，桥墩为空心薄壁墩，单幅桥墩基础为2160220CM钻孔灌注桩。水上东、西引桥全长1700M，为跨径50M的PC连续箱梁，梁宽1274M，梁高26M，桥墩为空心薄壁墩，单幅桥墩基础为4150或180CM钻孔灌注桩。承台底桩基直径变化标高处桩基底承台顶图3主墩桩基布置示意图道路等级按一级公路兼城市快速道路标准设计，计算行车速度80KM/H，设计荷载汽超20级，验算荷载挂车120。该工程位于粤西雷州半岛的东北侧，濒临南海，陆地地势北高南低，桥位所处的麻斜海湾水面宽约25KM，最大水深25M，10M等深线宽度约为800M。该地区雷暴频繁，夏秋季台风为主要自然灾害。桥位区属不规则半日潮型，平均高潮水位149M，平均低潮水位0658M，最大涨潮差456M，最大落潮差545M。桥址区为第四系地层所覆盖，基岩埋深达250M。上部为全新统海积相地层，下部为下更新统湛江组河口三角洲相地层，地质情况非常特别，除少数砂层外几乎都是硬塑、坚硬状的粘土、亚粘土层。2施工组织湛江海湾大桥施工面广，为便于施工管理，在东西两岸各设一个施工处。东岸为施工一处，负责施工主桥跨中以东的所有工程量；西岸为施工二处，负责施工主桥跨中以西的所有工程量。21施工场地东、西两岸施工处分别设置施工场地、办公室及生活区，施工场地面积为13万M,其中东岸为50000M，西岸为80000M。22施工栈桥和码头东、西两岸各搭设长约10KM，宽为65M的栈桥，并在两岸各设置一座码头，作为对栈桥物资运输的一种补充。两主墩均搭设面积约2000M的施工平台。23拌和楼全桥混凝土方量约26万M3，在两岸各设置2座全自动配料拌和楼，混凝土生产能力均可达120M/H。混凝土砼用运输车运送到浇筑点，再用输送泵泵送到位。24供水和供电情况湛江地区水源短缺，工地高峰期日需用水量达1600M3，施工和生活用水均采用打井取水解决。根据施工总体计划安排，东岸安装容量为2600KVA变压器，西岸安装4000KVA变压器，另在两岸各增设300KW发电机组备用。25主要大型设备投入情况两岸投入的主要大型设备2艘打桩船、8艘工作船、2台50T和1台80T浮吊、8台KP3500型钻机、4台移动模架、6台塔吊及6台电梯。26施工总体计划安排本工程于2003年8月开工，预计2006年6月完成主体结构的施工。主桥斜拉桥为控制工期，计划35个月完成。3施工难点及解决方案根据湛江海湾大桥工程结构、地质及地理环境特点，工程施工技术难点主要体现在以下几个方面。主墩钻孔灌注桩，由于地质情况特别，钻孔灌注桩成孔难度较大，成孔时间超出预期的一倍；桩长超过100M，砼混凝土方量约650M3，水下砼混凝土灌注强度较大。主墩承台，面积达1238M2，采用单壁有底钢套箱方法施工，无论是套箱拼装、封底及承台砼混凝土浇筑等，不但砼混凝土灌注工作量大，还要解决大体积砼混凝土的温控问题。索塔设计造型复杂，给模板工艺及施工测量都带来相当大的难度。引桥50M箱梁，采用自行研究设计的移动模架施工，有很多工艺问题需要解决。31主墩桩基础施工采用固定平台施工方案，未考虑钢护筒参与施工平台的受力。每个施工平台配套的起重设备有60T龙门吊和2艘浮吊。设计考虑钢护筒参与结构防腐，其入土深度、焊缝等级及防护涂装等都有严格要求，钢护筒下沉采用激振力250T振动锤振入。成孔设备采用KP3500型回旋钻机，每个主墩投入4台，配套设备包括4台2730M/MIN空压机、4套自行设计泥浆处理设备（图4）。采用孔位原土淡水泥浆工艺，为了提高除砂效率，经反复实践，设计制作“旋流器”除砂；为了保证钻孔的垂度，设置了导向钻杆。采取这些措施处理后效果显著，并推广到了本公司其它项目。图4泥浆循环系统示意图由于地质情况特别及对这种土层成孔工艺认识不足，钻孔初期出现了严重的糊钻现象，极大地影响了成孔进度，通过改进钻头的结构形式、改善泥浆循环系统、对施工机具进行工艺优化后，钻进速度由原来23M/D提高到56M/D，成孔时间由原来的每桩平均24D缩短为16D。钢筋笼为双层钢筋笼，总长1026M，总重37T，分9节安装，钢筋笼接头采用了直螺纹接头，提高了效率也保证了钢筋笼接头质量。主墩每根桩基砼混凝土量达650M，必须在砼混凝土初凝前（10H左右）浇筑完毕，水下砼混凝土的平均灌注强度超过65M/H，要达到这一速度，从砼混凝土拌和运输泵送灌注整个过程的各个环节都需精确计算砼混凝土的流量，不能出现“瓶颈”。在砼混凝土灌注过程中应用了“多维电探法”技术对砼混凝土浇筑质量进行全面监控。由于施工方案完善、工艺成熟，施工过程比较顺利，进度理想，主墩桩基检测优良率100，其中类桩比例占80以上。32主墩承台施工净化池钻孔泥浆处理器第三级过滤第二级过滤第一级过滤净化池钻孔主墩承台底、顶面高程分别为20M和45M，厚65M，长484M，宽303M，面积1238M，承台砼混凝土总方量8047M。在对工期进行了合理安排并充分考虑了水流、风力和潮差等不利荷载作用、套箱的最不利稳定状态等综合因素的基础上，采用单壁有底钢套箱施工方案（图5）。每个承台套箱仅用钢材440T并可全部回收利用，比任何其它方案都显著地降低了施工成本。图5主墩承台有底套箱示意图有底套箱下承重系统由砼混凝土底梁、底板组成，模板系统同时作为围堰结构，内撑系统47墩用型钢，48墩用钢管桁架结构，上承重系统由贝雷梁及双拼45工字钢组成，吊杆用32精轧螺纹钢，立柱为6060CM钢筋砼混凝土柱。施工步骤清理平台割除桩基钢护筒安装施工立柱安装下支撑系统安装侧模板安装下内撑安装上支撑系统穿入并拉紧吊杆下放套箱安装上内撑浇筑封底砼混凝土套箱内抽水并施工承台砼混凝土。套箱采用千斤顶下放。封底砼混凝土浇筑是比较关键的工序，封底砼混凝土厚12M，浇筑方量1485M3，分4个点同时浇筑历时14H完成。主墩承台砼混凝土浇注属大体积砼混凝土施工，综合考虑砼混凝土水化热、套箱荷载等因素，承台浇筑分3层进行第1、2、3层分别浇筑15M、30、20M。施工过程中采取了内部埋设冷却水管通循环水、冰水拌和降低砼混凝土入模温度等一系列温控措施，有效地防止了温差应力造成的砼混凝土开裂，达到了温度裂缝预期控制目标。33主塔施工主塔为曲线火矩状、外形线条极为复杂的钢筋砼混凝土结构，采用50砼混凝土，塔底高程为45M，塔顶高程为15961M，自桥面以上塔高为103M。331施工机械布置方案每个主塔布置2台塔吊（其中1台主塔吊布置在两肢塔柱中间并从承台面上垂直到塔顶；另1台辅助塔吊布置在承台面并在其对角线方向作一次平面转换，负责0块支架搭设）、3台电梯（1台垂直电梯和2台斜爬电梯）。332各部位施工方案下塔柱高4053M，轴线倾斜度为14001，采用满堂式支架与翻模配合施工，分成7个节段浇筑，下塔柱施工完成后在浇筑第1层横梁砼混凝土前，为防止下塔柱根部内侧产生过大的拉应力而导致开裂，在双肢塔柱之间30M高处张拉4束共28根J1524MM钢绞线，张拉力为4200KN，一次张拉到位。主塔横梁高70M，横桥向长4784M，顺桥向长80M，截面为单箱多室预应力箱形结构，砼混凝土总方量约1000M。采用大刚度竖向钢管和牛腿支撑体系方法现浇施工（图6），克服了可能的砼混凝土开裂以及在下窄上宽的不利空间中无法有效布撑等难题。横梁和相应部位的塔柱整体施工，分两层浇筑，每层35M。第1层砼混凝土施工后张拉部分预应力钢铰线，第2层砼混凝土施工荷载由支架及第1层砼混凝土共同承受。图6横梁现浇支架示意图中、上塔柱高10758M，采用液压自爬模施工工艺，标准施工节段高45M，分26个节段施工。中塔柱为无索区，高7357M，浇注时通过设置3道预施水平顶力的主动横撑对中塔柱根部应力进行控制，解决了大高度、大斜率塔身浇筑线形与应力控制难于解决的问题，很好地实现了线形、内力双控目标，加快了施工进度。333主要工序的工艺措施劲性骨架工艺由于主塔造型呈火炬状，上下塔柱倾斜度较大，为便于钢筋定位及模板支撑，用角钢焊接桁架超前安装形成劲性骨架，作为钢筋和模板施工的结构依托并承受浇筑砼混凝土产生的倾覆力。主钢筋接头工艺为降低现场作业工作量，主筋接头均采用直螺纹接头工艺。砼混凝土工艺塔柱设计为高标号砼混凝土，泵送性能要求较高，配合比设计除满足强度要求及混合料的各项指标要求外，加入适量泵送剂。砼混凝土用运输车通过栈桥运到塔底平台，再用高压砼混凝土泵一次泵送到位。砼混凝土养生用水由高压水泵送到施工部位。测量放样采用“交汇法”进行施工放样，每个截面通过交汇法放出3个控制点，同截面的其余各点根据3个基准点用钢尺定位。在塔柱、横梁砼混凝土浇筑过程中，对塔柱及横梁支架进行监控观测。另外，斜拉索锚管测量定位也进行了详细的工艺设计。钢箱梁施工湛江海湾大桥主桥上部构造为封闭式流线型扁平钢箱梁，梁宽285M，梁高30M，梁长7164M。沿纵向划分为51个节段，其中标准节段长16M，共40块，中跨合龙段1块，两边跨合龙段各1块，两00块各3块，结合段2块。0块和JH段钢箱梁节段最大重量约115T，采用1000T大型水上浮吊吊装就位，起吊高度65M。钢箱梁标准段每块重约200T，吊装设备为4台步履式架梁吊机。钢箱梁设计时采用了空腹式横梁，箱内透空率大，横梁刚度小，若采用常规吊装方法，两节段钢箱梁拼装接缝的跨中挠度差将比实腹横梁大约一倍，因此架梁吊机设计时采用了加长底梁减轻前端反力等措施，很好地解决了装配时桥面板可能产生的塑性变形问题。50MPC连续箱梁施工东岸水中引桥跨度组成为9050950M，全长900M；西岸水中引桥跨度组成为850850M，全长800M。均为等高度预应力连续箱梁，每孔箱梁重约1000T。箱梁施工采用广东省长大公路工程公司自行设计制造的CDMSS50/1200上承式移动模架逐孔原位现浇（图7）。根据工期安排，在东西两岸施工点各投入两套移动模架进行施工。图7移动模架示意图移动模架由主梁、导梁、横梁、推进台车、支撑拖架、外模、内模和挂梁等部分组成。模架主梁支撑于桥墩上安装的大型托架上。整个移动模架系统采用全液压操作系统完成模架的前移、张合、升降、内模系统的装拆和外模系统的定位、调整，实用性强、操作方便、工艺简单。4斜拉桥主梁施工控制和体系转换在主梁施工过程中要着重解决0块支架上基准块件的精确定位、标高与索力及缝宽三者之间的综合控制、主梁轴线控制等主要问题，以确保主梁的顺利合龙。为此成立了专门的施工控制小组，制定了科学合理的施工控制方案，建立了完善的施工控制体系。中跨合龙过程应选择稳定的天气且温度控制在20左右完成，并在主要焊缝完成后的本时段内迅速解除拉压临时支座，使主跨结构由单悬臂状态向斜拉桥五跨连续状态转换，并要保证在整个体系转换过程中不出现内力对正在焊接中的合龙段施工质量造成影响。5工程质量管理湛江海湾大桥是广东省重点工程建设项目之一，该桥结构设计复杂，外形新颖美观，水文地质情况复杂，工期紧，施工任务重。项目部本着“内业指导外业、试验指导施工、设备保证工艺、工艺保证质量”的思想，精心组织施工，以争创“鲁班奖”为质量目标，严格按ISO2000标准建立质量管理体系。51内在质量管理建立完善的项目组织机构，落实岗位责任制，编制质量管理制度，加强员工质量意识。做好施工技术交底工作，贯彻落实“三检制度”。严把原材料的检验、试验关，确保结构物内在质量满足规范要求。外观质量管理重视配合比设计工作，对各标号砼混凝土进行多种配合比的试配，择优用于工程中。严格工艺操作规程，抓好砼混凝土浇筑振捣工作，尽量