劉卓, 董宏源, 解威威, 王振琦

(廣西路橋工程集團(tuán)有限公司， 廣西 南寧 530000)

中國(guó)海岸線分布具有南北跨度大及不同的海灣海況差異較大的特點(diǎn)，跨海大橋需跨越錯(cuò)綜復(fù)雜的地層及承受水域海水潮汐、流速、方向等水文的變化，這些現(xiàn)場(chǎng)外部環(huán)境增加了跨海橋梁的建設(shè)難度。

下部結(jié)構(gòu)是跨海大橋的重要組成部分，其施工進(jìn)度控制著橋梁建設(shè)的工期。下構(gòu)施工平臺(tái)作為下部結(jié)構(gòu)施工材料運(yùn)輸?shù)耐ǖ兰叭藛T作業(yè)場(chǎng)地。材料的運(yùn)輸及人員作業(yè)的效率決定著橋梁下部結(jié)構(gòu)施工的進(jìn)度，但目前缺乏統(tǒng)一的下構(gòu)施工平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，因此有必要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程概況對(duì)下部結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)的建設(shè)方案進(jìn)行優(yōu)化比選，選取最優(yōu)方案，為橋梁工程的建設(shè)提供強(qiáng)有力的保障?？绾４髽蚬こ桃?guī)模大，受自然條件影響大，施工制約因素多，特別是橋梁下部結(jié)構(gòu)施工對(duì)其質(zhì)量和工期有著關(guān)鍵影響，直接影響跨海大橋的建設(shè)成敗，為確保在規(guī)定的工期內(nèi)安全高效高質(zhì)量地完成橋梁工程的建設(shè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同因素對(duì)工程的影響進(jìn)行分析，該文對(duì)跨海大橋的不同下構(gòu)施工平臺(tái)方案進(jìn)行比選，為相似橋梁下構(gòu)施工平臺(tái)的建設(shè)提供參考依據(jù)。

1 工程概況

某跨海特大橋位于廣西北部灣海岸，是某高速公路由原雙向四車道高速公路改擴(kuò)建為雙向八車道高速公路項(xiàng)目的控制性工程，原橋?qū)?6.5 m，特大橋改擴(kuò)建方案為在橋梁前進(jìn)方向右側(cè)新建一橋，當(dāng)新橋施工時(shí)舊橋維持交通通行，待新橋建成后分流社會(huì)車輛，再將舊橋上部及蓋梁拆除重建整合為一幅寬20.5 m的橋。其中，特大橋舊橋全長(zhǎng)為2 898 m，上部結(jié)構(gòu)為(27×30+3×50+27×30+56×20) m布置，跨徑20、30 m上部結(jié)構(gòu)為寬幅預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，先簡(jiǎn)支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，跨徑50 m的上部結(jié)構(gòu)為槽形梁，四支座受力，橋面連續(xù)，全橋共113跨。特大橋新橋上部結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)以(13×40+27×30+3×50+27×30+56×20+23×40) m布置，其中20、30、40 m跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁進(jìn)行架設(shè)，50 m跨采用鋼-混工字組合梁架設(shè)，橋梁全長(zhǎng)4 338 m，橋?qū)?0.5m，全橋149跨(圖1)。整個(gè)項(xiàng)目工期3年，新橋共148個(gè)橋墩，456根樁，1 043片梁；舊橋共112個(gè)墩，348根樁，791片梁。

圖1 跨海大橋布置圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，跨海大橋示意圖如圖2所示，將特大橋新橋施工區(qū)分為淺水區(qū)(漫灘段)、深水區(qū)和橋頭公路段。其中，淺水區(qū)長(zhǎng)度約2.1 km，深水區(qū)長(zhǎng)度約為1.4 km(低潮時(shí)水位大于5 m)，橋頭公路段可利用現(xiàn)有便道進(jìn)行橋梁下構(gòu)(下部結(jié)構(gòu))施工。該處海港潮汐為非正規(guī)全日潮，每天的漲退潮時(shí)間都在變化，漲潮歷時(shí)約15 h，退潮歷時(shí)約9 h。漫灘段漲潮時(shí)有1～4 m水深，退潮時(shí)全為干處，且每個(gè)月有9 d是低潮位時(shí)期，船舶無(wú)法通行。

圖2 跨海大橋示意圖

2 下構(gòu)施工平臺(tái)方案

鋼棧橋通長(zhǎng)方案、鋼棧橋通長(zhǎng)+占用車道拆橋方案及淺灘鋼棧橋+浮式平臺(tái)方案3種方案分別命名為方案1、方案2、方案3。通過(guò)對(duì)3種方案工程進(jìn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)效益及施工效率等方面綜合分析，比選出該跨海大橋下構(gòu)施工平臺(tái)的最優(yōu)方案。

2.1 鋼棧橋通長(zhǎng)方案

新橋建設(shè)時(shí)鋼棧橋通長(zhǎng)架設(shè)(總體平面布置如圖3、施工布置如圖4所示)主要由主棧橋、支棧橋及鋼平臺(tái)等組成，新橋建好后將主鋼棧橋拆除移至舊橋一側(cè)繼續(xù)通長(zhǎng)架設(shè)。根據(jù)水文資料，海灣水位變化主要受潮汐作用影響，歷史最高潮位為6.31 m，由此擬定鋼棧橋橋面標(biāo)高為9 m；根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)資料，計(jì)算出鋼管樁平均樁長(zhǎng)約為11 m。

圖3 方案1總體平面布置示意圖

圖4 棧橋施工布置示意圖(單位：cm)

下構(gòu)平臺(tái)從兩端同時(shí)施工，主棧橋單跨跨徑9 m，一天可架設(shè)2跨，單個(gè)支棧橋和鋼平臺(tái)架設(shè)工期約為4 d。下構(gòu)墩柱施工以4個(gè)階段為單樁號(hào)施工單元(表1)，進(jìn)行循環(huán)施工，直至橋梁墩柱施工完畢。鋼棧橋采用“釣魚法”施工，在主棧橋全線貫通時(shí)，支棧橋雙邊設(shè)置36個(gè)進(jìn)行周轉(zhuǎn)，鋼平臺(tái)雙邊共設(shè)置30個(gè)進(jìn)行周轉(zhuǎn)。

表1 墩柱施工次序

舊橋拆除方案為單側(cè)拆除，從小樁號(hào)方向往大樁號(hào)進(jìn)行拆除，舊橋蓋梁拆除后即進(jìn)行墩柱接高與新澆筑蓋梁施工，舊橋單跨上部結(jié)構(gòu)拆除需要4 d，舊橋墩柱接高及新澆蓋梁需設(shè)置5個(gè)工作面。新橋施工后期可拆除富余的鋼棧橋轉(zhuǎn)運(yùn)至舊橋側(cè)搭設(shè)，鋼棧橋從小樁號(hào)往大樁號(hào)搭設(shè)。舊橋拆除翻新的兩個(gè)階段，如表2所示。此外，按施工順序及經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，該方案新橋建設(shè)工期為507 d，舊橋改造工期為566 d，總工期為1 073 d。

表2 舊橋建設(shè)

2.2 鋼棧橋通長(zhǎng)+占用車道拆橋方案

該方案中，新橋建設(shè)的方案總體布置如圖5所示，與方案1相同，采用通長(zhǎng)架設(shè)鋼棧橋，舊橋拆除蓋梁時(shí)不架設(shè)鋼棧橋，采用搭設(shè)抱箍支架進(jìn)行切割并移除。蓋梁拆除方案為單向拆除，從小樁號(hào)往大樁號(hào)逐跨進(jìn)行，拆除時(shí)需在系梁上搭設(shè)支架作為舊橋下構(gòu)施工作業(yè)平臺(tái)，舊橋通過(guò)纜索便橋(圖6、7)為施工作業(yè)提供人員、設(shè)備進(jìn)出通道，舊橋蓋梁在切割后利用新橋采用履帶起重機(jī)進(jìn)行吊移。

圖5 方案2總體布置示意圖

圖6 舊橋纜索布設(shè)及拆除作業(yè)示意圖(單位:cm)

(a) 平面示意

如圖6所示進(jìn)行纜索便橋的架設(shè)時(shí)，纜索設(shè)置于舊橋靠近新橋側(cè)墩柱上架的抱箍支點(diǎn)上，且兩端錨固于舊橋墩與系梁交匯處。蓋梁的拆除采用抱箍法施工，在墩柱頂部設(shè)置抱箍支架支撐蓋梁，采用繩鋸切割線對(duì)蓋梁進(jìn)行分塊切割，下端墊木楔，切割完成后采用履帶起重機(jī)吊移。其中履帶起重機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件及切割工況分析，采用90 t SCC900A履帶起重機(jī)，機(jī)重機(jī)設(shè)置在新橋左幅，需占用一個(gè)車道進(jìn)行施工，新橋保持雙向三車道通行，節(jié)假日停止施工維持雙向四車道通行，降低施工對(duì)社會(huì)交通的影響。采用鋼棧橋通長(zhǎng)+占用車道拆橋結(jié)合的下部結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)方案，新橋建設(shè)工期為507 d，舊橋拆除工期為799 d，總工期為1 306 d。

2.3 淺灘鋼棧橋+浮式平臺(tái)方案

該方案在淺水區(qū)(漫灘段)搭設(shè)鋼棧橋及深水區(qū)采用浮式平臺(tái)形成下構(gòu)施工平臺(tái)進(jìn)行橋梁施工(總體布置見圖8)。根據(jù)水位實(shí)測(cè)結(jié)果，深水區(qū)墩號(hào)范圍為27#～71#墩，共45個(gè)橋墩，方案的施工組織根據(jù)工期安排進(jìn)行設(shè)計(jì)，新橋主棧橋總長(zhǎng)約為2 100 m，支棧橋共設(shè)置28個(gè)，其中西岸9個(gè)，東岸19個(gè)；鋼平臺(tái)設(shè)置22個(gè)，其中西岸6個(gè)，東岸16個(gè)；海上浮式作業(yè)平臺(tái)示意圖如圖9所示，施工平臺(tái)共設(shè)置8套。深水區(qū)樁基施工的海上作業(yè)平臺(tái)采用鋼浮箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，浮式平臺(tái)主要承受平臺(tái)面荷載、鉆機(jī)荷載及機(jī)械材料堆放荷載等，設(shè)計(jì)最大荷載為300 t。

圖8 方案3總體布置示意圖

圖9 浮式平臺(tái)布置示意圖

單浮箱結(jié)構(gòu)外形尺寸為9 m×2.7 m×1.5 m，浮式平臺(tái)由12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)浮箱及2個(gè)3 m×3 m的浮箱拼接而成。浮箱與浮箱的連接采用內(nèi)嵌式，通過(guò)下部丙丁鉤嵌入和上部單雙耳插銷連接成整體，樁基間做4 m寬搭接蓋板，蓋板骨架采用I30a工字鋼，間隔1 m布置。標(biāo)準(zhǔn)浮箱重7 t，浮式平臺(tái)總重約91 t，達(dá)到設(shè)計(jì)荷載300 t時(shí)吃水深度約為1.18 m。此外，在東、西岸主棧橋端頭各設(shè)置臨時(shí)碼頭一座，棧橋前端打設(shè)一排防撞樁，兩側(cè)架設(shè)40 m龍門吊軌道，龍門吊最大吊重為100 t，基礎(chǔ)采用φ609×10 mm鋼管樁，每排2根，中心間距為60 cm，軌道架設(shè)在2根2I40a工字鋼縱梁上，施工平臺(tái)布置示意圖如圖10所示。浮式平臺(tái)在海上拼裝，通過(guò)拖船移動(dòng)運(yùn)輸，由于需要先搭建西岸主棧橋建設(shè)臨時(shí)碼頭，開工后3個(gè)月可開始浮式平臺(tái)的拼裝，深水區(qū)45個(gè)橋墩下構(gòu)采用浮式平臺(tái)的總工期為338 d。綜合建設(shè)工期中，新橋建設(shè)工期為613 d，舊橋改造工期為566 d，總工期為1 179 d。

圖10 施工平臺(tái)布置示意圖(單位：cm)

3 工期、費(fèi)用、安全及環(huán)境影響對(duì)比分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工方案需滿足安全、經(jīng)濟(jì)及合理的原則，對(duì)3種方案從工期、建設(shè)費(fèi)用、安全及環(huán)境影響4方面進(jìn)行對(duì)比，選取最優(yōu)的下構(gòu)施工方案。

跨海大橋下構(gòu)施工方案比選經(jīng)濟(jì)性分析如表3所示，平臺(tái)施工費(fèi)用的計(jì)算充分考慮了主棧橋、支棧橋、鋼平臺(tái)、支棧橋周轉(zhuǎn)、鋼棧橋周轉(zhuǎn)、舊橋拆除時(shí)下構(gòu)平臺(tái)周轉(zhuǎn)及平臺(tái)建設(shè)的其他工程等建設(shè)中的支出費(fèi)用。其中方案1的總建設(shè)費(fèi)用最高為14 630.8萬(wàn)元，方案2的總建設(shè)費(fèi)用次之為13 822.5萬(wàn)元，方案3的建設(shè)費(fèi)用最低為13 235.5萬(wàn)元，方案3總建設(shè)費(fèi)用中的其他費(fèi)用包括浮箱額外費(fèi)用，如表4所示，浮箱額外費(fèi)用由浮箱、交通船、浮吊、拖船及臨時(shí)碼頭等費(fèi)用組成。從工程經(jīng)濟(jì)性角度分析，方案3經(jīng)濟(jì)性最好。

表3 各方案總費(fèi)用明細(xì)

表4 浮箱額外費(fèi)用明細(xì)

安全性能評(píng)估結(jié)果如表5所示，從海洋環(huán)境氣候、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)、吊裝風(fēng)險(xiǎn)、交叉作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、施工質(zhì)量隱患、對(duì)外界影響程度及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等方面對(duì)3個(gè)方案進(jìn)行綜合安全分析評(píng)估，方案1中鋼棧橋施工技術(shù)成熟且材料運(yùn)輸通道穩(wěn)定，吊裝作業(yè)、交叉作業(yè)少，減少了人員及設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)；方案2中存在與社會(huì)車輛共用車道情況，運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)較高，同時(shí)施工作業(yè)面多、吊裝作業(yè)等存在較大風(fēng)險(xiǎn)；方案3中海上運(yùn)輸次數(shù)較多，海陸轉(zhuǎn)運(yùn)及交叉作業(yè)多，存在較高風(fēng)險(xiǎn)。

表5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)比

因此，方案1的綜合安全性較好，而方案2和方案3綜合安全性較差，從工程建設(shè)的安全性考慮，方案1最佳。

如前所述，方案1、2、3施工工期分別為1 073、1 306、1 179 d，從工程建設(shè)角度出發(fā)，方案1最優(yōu)，且只有方案1能滿足3年工期的要求。

根據(jù)工程的安全高效、經(jīng)濟(jì)效益及施工效率等方面對(duì)3種方案進(jìn)行綜合分析。方案1造價(jià)相對(duì)最高，經(jīng)濟(jì)效益性最差，總施工費(fèi)用與方案3差額10.5%，與方案2差額8.3%，但工期最短，安全性最高，交叉作業(yè)少，施工過(guò)程可控，能較好地實(shí)現(xiàn)工期、質(zhì)量的目標(biāo)。方案2造價(jià)較低，但占用現(xiàn)有通行車道施工，安全隱患高，社會(huì)影響大，不利于實(shí)現(xiàn)保障社會(huì)車輛正常通行的目標(biāo)，且工期最長(zhǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)工期。方案3造價(jià)最低，但安全隱患大，交叉作業(yè)復(fù)雜，施工不可控因素多，施工質(zhì)量保證難，工期受外界環(huán)境影響大，對(duì)施工組織要求極高，且不能滿足預(yù)定工期要求。

因此，根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工安全高效的原則，綜合考慮各因素對(duì)下構(gòu)施工平臺(tái)的影響，該跨海特大橋下構(gòu)選取方案1進(jìn)行施工。

4 實(shí)施效果

鋼棧橋通長(zhǎng)方案采用“釣魚法”導(dǎo)向定位架制作及安裝，方便高效地實(shí)現(xiàn)了鋼棧橋的施工。在定位上，利用懸臂導(dǎo)向架進(jìn)行鋼管樁的定位，導(dǎo)向架采用貝雷桁架與型鋼加工形成，其中貝雷桁架長(zhǎng)12 m。通過(guò)此導(dǎo)向定位架系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水上精確定位。

現(xiàn)場(chǎng)施工中準(zhǔn)確定出鋼管樁樁位及確保鋼管樁垂直度滿足要求后，采用振樁錘進(jìn)行鋼管樁振沉，在鋼管樁下沉過(guò)程中不斷檢測(cè)樁位與樁的垂直度，且下沉過(guò)程中途不可有較長(zhǎng)時(shí)間的停頓，避免樁周土擾動(dòng)恢復(fù)造成沉樁困難。鋼管樁振沉到位即進(jìn)行樁頂承重橫梁、貝雷梁及橋面板的安裝，之后進(jìn)行插打下一跨鋼管樁。

通過(guò)鋼棧橋(圖11)的架設(shè)，特大橋下部結(jié)構(gòu)得以迅速開展，大大地加快了項(xiàng)目的建設(shè)速度。從現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)施工作業(yè)分析：① 現(xiàn)場(chǎng)人員通道、材料運(yùn)輸、機(jī)械設(shè)備平臺(tái)等穩(wěn)定合理；② 各工作面開展相互獨(dú)立，交叉作業(yè)少，大大降低了施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；③ 應(yīng)對(duì)海洋環(huán)境氣候變化的能力較好，作業(yè)平臺(tái)穩(wěn)定，滿足機(jī)械作業(yè)的要求，且鋼棧橋施工平臺(tái)對(duì)海面環(huán)境影響較低。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)鋼棧橋圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)淺灘跨海特大橋下構(gòu)施工平臺(tái)方案從工程安全性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)效益及施工效率等方面進(jìn)行了全面的分析，得到以下結(jié)論：

(1) 在跨海大橋選擇下部結(jié)構(gòu)施工平臺(tái)方案時(shí)，應(yīng)充分考慮外界不同因素對(duì)平臺(tái)建設(shè)及橋梁施工的影響。

(2) 在橋梁建設(shè)中，考慮經(jīng)濟(jì)因素的同時(shí)，也需結(jié)合安全性及施工進(jìn)度進(jìn)行全面分析，確保項(xiàng)目安全高效、滿足施工工期要求。

(3) 下構(gòu)施工平臺(tái)選擇應(yīng)充分考慮下構(gòu)施工作業(yè)工況，盡量避免多工況交叉作業(yè)，保障施工安全。