劉雁冰

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

港珠澳大橋珠海連接線人工島設(shè)計與施工技術(shù)研究

劉雁冰

(中鐵十八局集團(tuán)有限公司，天津 300222)

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，人口密集、城市擁擠，發(fā)展人工島成為目前世界用海的流行趨勢。本文以港珠澳大橋珠海連接線人工島為例，對工程施工方案、施工方法及施工技術(shù)進(jìn)行了介紹，并對工程質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行了探討，供類似工程施工時參考。

港珠澳大橋；人工島；設(shè)計施工

1 概 述

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)，人口密集、城市擁擠，發(fā)展人工島成為目前世界用海的流行趨勢。港珠澳大橋珠海連接線人工島通過筑島形成陸域，較好地完成了橋、隧、島上銜接轉(zhuǎn)換，并為隧道和島上交通設(shè)施提供了安全穩(wěn)定的掩護(hù)功能。

2 工程概況

港珠澳大橋珠海連接線人工島工程，位于珠海市拱北灣近岸海域拱北口岸的東南側(cè)、澳門的北側(cè)。人工島填海面積9.27萬m2，護(hù)岸總長度2684.19m，其中南護(hù)岸長1276m，北護(hù)岸長1408.19m。港珠澳大橋珠海連接線人工島填海工程由人工島護(hù)岸、陸域形成及地基處理等部分組成。形成后的陸域交工標(biāo)高4.30～4.80m。人工島護(hù)岸設(shè)計使用壽命為100年，結(jié)構(gòu)安全設(shè)計等級為一級。

通過開挖基槽，清除表層淤泥，取黏土及砂礫層作為持力層，基槽分臺階從岸側(cè)向海側(cè)逐漸加深。人工島自西向東總體可分為兩種典型斷面結(jié)構(gòu)(見圖1和圖2)，東側(cè)N0+105～S0+498約583m為堤心兩側(cè)先填石后填砂，西側(cè)S0+498～S1+276與岸連接778m為堤身全填砂后外側(cè)采用塊石護(hù)面的結(jié)構(gòu)。采用C40鋼筋混凝土直立式擋浪墻，底寬3.20m，高2.90m,每10m一段。

圖1 典型結(jié)構(gòu)一(N0+105～S0+498)

圖2 典型結(jié)構(gòu)二(S0+498～S1+276)

3 工程施工方案

該人工島主要劃分為兩個施工階段。首先開挖臨時航道，然后進(jìn)行人工島表面清淤，使用泥駁和抓斗船配合進(jìn)行疏浚挖泥施工。清淤時從西向東劃分為三個自然段，需要按照不同斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工，整個施工階段使用“后退式”推進(jìn)方式，然后按照從下向上順序平行流水作業(yè)的方法進(jìn)行施工；在隧道施工完成后，重新組織進(jìn)場施工，使用中細(xì)砂進(jìn)行島內(nèi)頂面砂施工，采用吹砂船進(jìn)行施工。在島內(nèi)頂面砂體施工完成后進(jìn)行擋浪墻和兩側(cè)護(hù)面施工。

4 人工島關(guān)鍵施工技術(shù)

4.1 拋石擠淤

近岸段為保護(hù)原有護(hù)岸安全，人工島兩側(cè)采用從岸邊向海域推填片石擠淤。海水落潮時按設(shè)計圖要求測量放線，確定其拋石范圍，拋填時，自中線向兩側(cè)展開，使淤泥向兩邊擠出，自卸車運(yùn)輸片石，裝載機(jī)、挖掘機(jī)配合施工。片石拋出淤泥面80cm后，采用重型機(jī)械碾壓緊密。

4.2 水下基槽及邊坡開挖

人工島施工過程中，水下基槽和邊坡采用分段、分條、分層方式開挖。8m3抓斗船和4m3抓斗船分別開挖主槽和進(jìn)行邊坡開挖及主槽西部施工。一區(qū)段和二區(qū)段按照100m施工段劃分驗收段，各個施工段按照10m寬度分條，每個施工段劃分為若干條展開施工。在施工過程中，各施工段的搭接施工長度1m，各施工條搭接施工寬度2m。在挖泥船開挖過程中，按照每層2m展開開挖施工 ，第一施工段開挖完成1～3層后，開始開挖第二施工段1～3層，再開挖第三施工段1～3層，再開挖第四施工段1～3層，再返回對基地西部進(jìn)行開挖，最后完成基槽淤泥和土層開挖施工[1]。在挖泥過程中堅持先邊坡后基槽的原則，嚴(yán)格控制邊坡寬度小于等于2m，超深小于等于0.80m。將基槽挖出的所有泥土都運(yùn)送到在指定區(qū)域，施工使用GPS進(jìn)行定位，確保施工順利開展。

4.3 水下拋填砂施工

拋填砂包含中粗砂與中細(xì)砂，使用500m3開底駁和1000m3皮帶船將砂子分層拋填與回填施工。水下2m一層拋填砂子，并從基槽中間向兩邊擠砂。在施工區(qū)域的臨時航道，分堆拋砂到±4.50m標(biāo)高，然后使用堆土機(jī)兩側(cè)整平±4.00m(+3.0m)。對水下不足部分或是水上部分則使用吹砂船吹填。

根據(jù)施工工程設(shè)計計算出不同施工段需要消耗的中粗砂和細(xì)粗砂的工程量，然后分配船舶數(shù)量和位置，形成平面分布圖與工程量表格。使用開底駁與皮帶船拋填砂，再使用堆土機(jī)推平砂堆到標(biāo)高+4.00(+3.0m)。當(dāng)一區(qū)段拋填到-2.80m后使用壓腳棱體進(jìn)行施工。-2.80m以上部分需要等壓腳棱體施工完成后再進(jìn)行拋填。針對局部區(qū)域缺砂現(xiàn)象，若工程量相對小，可直接使用堆土機(jī)附近取砂補(bǔ)充，若工程量相對大，則使用14英寸吹砂船吹填。

4.4 棱體塊石和護(hù)面石拋填

通常情況下，水下拋填棱體塊石與護(hù)面石可采用兩種方式。一是使用大棱體護(hù)腳石，所有水下粗拋工作均使用500m3開底駁拋填，并使用橫雞躉補(bǔ)拋，再使用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行理坡。并在棱體頂面放置坡面護(hù)面塊石，然后使用大型挖掘機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)和理坡。二是把島內(nèi)填砂到-2.80m，可使用500m3或者是1000m3運(yùn)石船乘潮進(jìn)行壓腳棱體塊石拋填，然后使用挖掘機(jī)搬運(yùn)護(hù)面石。再通過中細(xì)砂兩側(cè)臨時航道，運(yùn)送石塊至指定位置，再利用開體駁進(jìn)行拋填。

水下拋填工作主要使用定位船定位，采取GPS-RTK和測深儀對拋石水下實際情況展開測量。完成拋填后應(yīng)立刻展開拋填水深測量，使用GPS測深系統(tǒng)測量深度，其中每5m作為一個測量面，每1～2m作為一個測深點(diǎn)，利用拖輪將橫雞躉運(yùn)送至拋石現(xiàn)場，結(jié)合擬拋石區(qū)域的總體指揮使用GPS定位系統(tǒng)對船拋錨進(jìn)行定位。在實際拋石時必須要對橫雞躉船位的實際情況進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合拋填網(wǎng)格進(jìn)行移船定位。使用網(wǎng)格法進(jìn)行補(bǔ)拋石，網(wǎng)格尺寸為2m×2m，網(wǎng)格擬拋填量需要結(jié)合粗拋測量數(shù)據(jù)與圖像進(jìn)行計算。根據(jù)船邊相應(yīng)標(biāo)記尋找橫雞躉抓斗的目標(biāo)區(qū)域，結(jié)合預(yù)控拋石量進(jìn)行拋放，結(jié)合斗容容量進(jìn)行目測。完成補(bǔ)拋后再進(jìn)行測量，確保效果滿足設(shè)計斷面需求。

使用拋放與長臂挖掘機(jī)理坡相互結(jié)合的方式，開展護(hù)面塊石施工工作。采用橫雞躉補(bǔ)填缺料位置，使用長臂挖掘機(jī)乘低潮對水下邊坡進(jìn)行整理，低潮以上部分邊坡使用普通挖掘機(jī)進(jìn)行理坡。圖3為挖掘機(jī)理坡示意圖。水下部分使用長臂挖掘機(jī)進(jìn)行理坡，不足部分則使用挖掘機(jī)進(jìn)行補(bǔ)填，保證邊坡施工滿足設(shè)計的基本要求。其中，墊層塊石的厚度大于等于設(shè)計厚度。

圖3 挖掘機(jī)理坡示意

4.5 處理軟基的基本措施

當(dāng)陸域完全形成后振沖砂處理軟基，其中振沖面積大約為7萬m2。在陸上施工時間距為3m×3m，并按照等邊三角形分布。50t履帶吊用作振沖設(shè)備的起重設(shè)備，選用規(guī)格為ZCQ75的振沖器。其中，振沖點(diǎn)需要按照等邊三角形布設(shè)，振沖功率為100kW，初步設(shè)定振沖間距為3m，在施工過程中可以結(jié)合振沖試驗效果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。在施工之前需要展開現(xiàn)場工藝性試驗，明確振密的相關(guān)物理力學(xué)指標(biāo)。

嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行振沖孔施工，沿著直線逐點(diǎn)進(jìn)行施工。在成孔貫入時水壓保持在200～600kPa，水量保持在200～400L/min。為有效避免塌孔現(xiàn)象，振沖頭應(yīng)迅速下放，速度保持在1～2m/min。當(dāng)水量達(dá)到施工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高度后再將射水量減到最小，留振至密實電流穩(wěn)定值比規(guī)定值大，則以0.30～1m/min的提升速度將振沖器迅速提出，然后交替上提，留振至孔頂。對中粗砂進(jìn)行施工時，若振沖器無法貫入，則可增加輔助水管，加大下沉速度。通常情況下，每米留振時間大約1min。并且，留振密實穩(wěn)定電流值須大約等于90A。結(jié)合施工試驗參數(shù)，對密實電流和留振時間進(jìn)行嚴(yán)格控制。回填砂振沖施工情況如圖4所示。

圖4 回填砂振沖施工示意1—潛水泵；2—水泵發(fā)電機(jī)；3—電動機(jī)；4—蓄水箱；5—高壓離心泵；6—輸水管；7—空氣壓縮機(jī)；8—振沖器發(fā)電機(jī)；9—自動記錄器；10—履帶式起重機(jī)；11—供水管；12—供氣管；13—電表及水氣閥；14—導(dǎo)管；15—振動器

4.6 中細(xì)砂回填碾壓施工工藝

人工島內(nèi)填砂的覆蓋范圍和平均厚度不能小于施工設(shè)計值，并且不能出現(xiàn)基層裸露現(xiàn)象。使用14英寸的吹砂船展開吹填施工工作，再使用機(jī)械整平碾壓，其中施工工藝的基本流程是：先進(jìn)行施工準(zhǔn)備工作，然后使用吹砂船吹填碾壓，再對施工效果進(jìn)行驗收，最后再進(jìn)行下道施工工序。

施工過程中，應(yīng)當(dāng)將砂船設(shè)置在最東側(cè)，并且延伸管線到施工區(qū)域，針對于吹砂外圍就需要使用條形砂袋防護(hù)兩側(cè)的情況，根據(jù)層厚的基本要求開展碾壓工作，按照由西向東的順序進(jìn)行吹砂，并分段分層供給施工材料。在施工過程中應(yīng)當(dāng)先整體吹填第一層砂，再每隔100m構(gòu)成吹砂備料區(qū)域。先對整體進(jìn)行第一層砂吹填，待排水干后再展開碾壓工作；再在備砂區(qū)域放置吹砂備料；使用車輛將施工砂料運(yùn)送到固定地點(diǎn)，然后再開始二、三、四層砂碾壓施工工作。嚴(yán)格對分層密實度進(jìn)行檢測。

碾壓后，場地平均標(biāo)高應(yīng)高于設(shè)計標(biāo)高(場地整平偏差和檢驗數(shù)量以及方法應(yīng)當(dāng)遵照下表的規(guī)定)。場地碾壓后的壓實度應(yīng)符合設(shè)計要求，檢驗數(shù)量以施工段抽樣的方式確定，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。

碾壓整平的允許偏差、檢驗數(shù)量和方法表

4.7 混凝土擋浪墻現(xiàn)澆施工

拋石堤身與地基沉降施工完成后進(jìn)行現(xiàn)澆擋浪墻混凝土結(jié)構(gòu)施工，其中，擋浪墻為C40鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，定制大型鋼模板，使用吊車進(jìn)行模板安裝與拆除。

4.7.1 模板安裝

按照施工要求和順序安裝模板，確保模板系統(tǒng)穩(wěn)定。安裝模板前涂刷脫模劑，不能在模板上涂刷廢機(jī)油[2]。模板地面找平，在施工前確保模板放置平穩(wěn)。固定配件，墊實支承面，確保受壓面積。此外，澆筑混凝土施工前需驗收模板成果。

4.7.2 鋼筋綁扎

施工現(xiàn)場直接將鋼筋綁扎成型。豎向鋼筋分層應(yīng)考慮同截面接頭數(shù)量，接頭數(shù)量小于50%，搭接長度不小于35d。綁扎前，確?；炷帘Ｗo(hù)層基本厚度。墻身鋼筋可利用輔助架進(jìn)行豎向和橫向綁扎搭接，按照位置分類并做好標(biāo)記。

4.7.3 混凝土施工

混凝土澆筑過程中應(yīng)嚴(yán)格控制分層厚度，同時對上下層覆蓋時間進(jìn)行控制，以免產(chǎn)生施工冷縫現(xiàn)象；采用二次振搗與二次抹面方式，進(jìn)行墻頂層混凝土施工，保證頂層平整光滑。澆筑過程中需對各施工工序進(jìn)行檢查和養(yǎng)護(hù)，確保施工質(zhì)量。

5 結(jié) 語

港珠澳大橋珠海連接線人工島工程，在施工過程中克服了中粗砂和石料資源缺乏、季節(jié)性災(zāi)害天氣、海水浪高潮大等因素的影響，解決了一系列的施工難題。順利完成了人工島施工任務(wù)。該工程施工方法，值得類似工程借鑒和參考。

[1] 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院有限公司.大連臨空產(chǎn)業(yè)園填海造地工程總體設(shè)計方案[R].北京:中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院有限公司,2010.

[2] 中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院有限公司.大連新機(jī)場人工島建設(shè)中幾個重大關(guān)鍵技術(shù)問題的解決思路與建議[R].北京:中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院有限公司,2010.

Technical Research on Artificial Island Design and Construction of Zhuhai Connecting Line in Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge

LIU Yanbing

(ChinaRailwayNo.18BureauGroupCo.,Ltd.,Tianjin300222,China)

The coastal areas with developed modern industry are characterized by dense population and crowded city situation. Development of artificial islands is a popular trend of sea use all over the world currently. In the paper, artificial island of Zhuhai connecting line in Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge is adopted as an example for introducing the engineering construction plan, construction method and construction technology. The engineering quality control keys are discussed for providing reference for similar project construction.

Hong Kong-Zhuhai-Macau Bridge; artificial island; design and construction

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.015

TV92

A

1673-8241(2017)06- 0063- 04