某跨海大桥工程主要施工技术的应用分析

摘要：主要介绍某海湾跨海大桥主要的结构耐久性设计及斜拉索施工技术,并提出些该工程中遇到的难题和解决办法,以供日后类似跨海工程借鉴。

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

某海湾地理位置重要，地处经济发达地区，此跨海大桥的建设意义重大,东西纵长约100km,湾口处宽约100km,湾顶处宽约20km,大桥跨越海湾中部,桥位处海面宽达32km。某海湾两岸为广阔平原,北岸为凹岸,由冲刷形成,陆地标高+3.0m左右,南岸为凸岸陆地标高+3.0~+3.5m。桥区两岸滩涂发育,北岸宽约1.6km,海床标高-2.0~+2.0m。南岸宽约9.7km,标高约-3.0~+2.0m。退潮时可见滩面。南北滩涂间的海床较为平坦,标高约为-11.0m,平均水深8~10m,北深南浅。某海湾口的东海大桥桥位处平均水深8~12m。大桥主要工程量为:混凝土215.85万m3,钢筋24.45万t,普通钢材40.63万t,高强钢材4.52万t。桥位地质为第四系沉积层,为亚粘土、亚砂土、淤泥质粘土、粉砂、细砂、砂砾和中细砂。覆盖层总厚度北岸约150~200m,南岸约80~130m。大桥指挥部自1994年以来组织进行了88项科研项目,为大桥的建设和建成后大桥的安全性与耐久性提供了科学保证。

2技术标准

(1)道路等级:全线采用双向六车道高速公路标准建设;

(2)行车速度:大桥为100km/h引线为120km/h;

(3)路基宽:大桥为33m引线为35m;

(4)设计荷载:汽—超20级挂—120;

(5)最大纵坡:

(6)桥面横坡:2%;

(7)设计洪水频率:大桥1/300引线1/100;

(8)设计基准期:桥梁上下部100年、斜拉索25~30年、支座30~50年、伸缩缝30年;

(9)地震基本烈度为Ⅳ级;

(10)通航标准:按设计最高通航水位+5.19m,北航道按3.5万t海轮,净空为325×47m,南航道按3000级海轮,净空为125×31m,引桥为双幅。

3 结构耐久性设计

(1)混凝土结构一律采用高性能混凝土。

(2)进行20年使用年限外表涂装设计,全桥总涂装面积多达210万m2,承台和浪溅区以下部位的表湿区,喷涂湿固化,快速固结涂料,干膜厚400μm,浪溅区以上墩身和梁部的表干区,采用耐候性保光,色泽度性能良好的涂料,干膜厚350μm。

(3)混凝土结构钢筋保护层严格按照标准设计。

(4)混凝土箱梁:按全预应力结构设计,提高混凝土强度等级,预应力采用PE管成孔,采用真空辅助压浆,并按(1)(2)(3)执行。

(5)钻孔桩:钢护筒水位变化区以下保留,并按(1)(3)执行。

(6)承台:环氧涂层钢筋,混凝土中加阻锈剂,并按(1)(2)(3)执行。

(7)现浇墩座:环氧涂层钢筋,加阻锈剂,加聚丙稀纤维外表喷涂硅烷,并按(1)(3)执行。

(8)桥墩身:浪溅区环氧钢筋+阻锈剂并按(1)(2)(3)执行。

(9)索塔:除按(1)(2)(3)(6)(8),对承台及下塔柱用可动态监控的通电流钛阴极保护,以实现持续防腐。

(10)钢管桩:其外表进行环氧涂层防腐,顶部即处于浪溅区,潮差区及部份水中区有三层环氧涂层,干膜厚800～100μm,中部即水中区为二层涂层厚600μm,下部即泥中区为一层涂层厚300μm,桩内-12.0m标高以上混凝土填芯。并采用牺牲阳极的阴极保护。

(11)钢箱梁:外表喷铝+油漆涂装,确保防护年限不小于30年。箱内、南北航道桥分别安装4~8台除湿机,保证箱内相对湿度小于50%。

(12)索塔钢锚箱:与混凝土不粘结的表面,笔者建议防腐至少与钢箱梁外表相同。

4斜拉索安装工艺

4.1 斜拉索运输与上桥后放索。主桥主塔施工时在主塔承台上侧布置 1 台 ST70/27- 16 型自升式高塔吊，索盘经栈桥下河装船，水运至承台下游侧后，由塔吊起吊上桥放置至放索处。塔端锚头锚固后即可进行梁端放索，梁端放索是利用梁前端靠近桥面吊机侧的卷扬机通过滑车导向将索朝桥面吊机处牵引，牵引时在索下间隔 3～4m 放垫索小车，索头落下索盘时下面垫枕木以保护索头丝扣，索盘上垫橡胶皮与木板以保护索的 PE 护套。

4.2斜拉索塔端挂设。在塔端锚头上安装张拉杆和牵引杆，在距锚杯适当位置安装两个拉索的专用吊装夹具(哈弗夹)，用钢丝绳将夹具与塔吊吊钩相连。将牵引杆与钢丝绳绑在一起，防止提升过程中碰撞挂索平台及已挂设好的斜拉索。提升塔吊吊钩，将塔端牵引杆提至待挂索索导管口附近，将牵引杆前端锚座与索导管内伸出的内牵引钢丝绳相连，以便牵引杆进入索导管。在待挂索索导管的上一个索道管处吊挂一台 100KN 倒链，在待挂索导管的上两个导管口设一台 400KN 滑车组，将其与斜拉索上的夹具相连，以调整斜拉索角度，使牵引杆顺利进入索导管，收紧滑车组及倒链，用牵引杆接长斜拉索，安装张拉撑脚、千斤顶，做好斜拉索张拉工作。

4.3梁面展索。塔端挂设完成后，放索盘上还存有部分拉索，在斜拉索上设置单吊点，注意吊点的位置，防止失稳滑出。用塔吊垂直提升索体，直至梁端锚杯脱离放索盘并高主梁上桁面 1m 左右时停止提升。然后使用 50KN 卷杨机牵引索体，塔吊同步放下索体，直到摘除吊点，卷扬机在牵引的过程中需在展索通道上设转向滑车。最后临时固定梁端锚杯，梁面展索完毕。

4.4 梁端安装。在梁端距固定端锚杯 6m 与 15m 处的索体安装 200KN 与 400KN 专用哈弗夹，用 200KN 软质吊装绳设置牵引点，与梁面卷扬机牵引系统相连。启动梁面卷扬机牵引系统，当锚杯牵引到距梁面索导管口 2～3m 时，在索体上安装 100KN 软质吊装带，通过汽车吊缓慢提升索体，使锚杯顺利从导向托架上通过。在锚杯下端口刚好座在梁面索导管上端口时，汽车吊缓慢提升索体来逐步提高锚杯的倾角，使其与索导管轴线重合。当锚杯外露出梁下锚垫板 5- 10cm 时，停止牵引，梁下工作人员将锚固螺母旋入锚杯上 2- 3 丝扣，以保证后期牵引安全。继续卷杨机牵引，同时旋紧锚固螺母，直至将锚杯牵引至设计位置。

4.5塔端硬性牵引。斜拉索梁端安装的同时塔内施工人员安装张拉机具，当斜拉索梁端安装完成后，塔端开始进行硬性牵引。当 6500KN 张拉杆拉出千斤顶后端面15- 20cm 时，锁紧锚垫板处 6500KN 张拉杆副螺母，拆除2000KN 张拉杆，在千斤顶后端将 6500KN 张拉杆锚固螺母旋上并锁紧，塔端初步硬牵引结束，当同一索号四根斜拉索梁端安装到位之后，塔端四根斜拉索开始同步、对称进行硬性牵引，当锚杯外露出锚垫板 5- 10cm 时，停止张拉，塔内工作人员将锚杯锚固螺母旋入锚杯上 2- 4 丝扣，此时不得回油，继续张拉，只有当锚杯锚固螺母旋入锚杯上有锚杯锚固螺母一半丝扣时方可回油。继续张拉，锚杯锚固螺母在锚杯上戴平时即算塔端硬性牵引结束。

5结语

目前厂制“热桥PE护套半平行钢丝索”(俗称“成品索”)和“平行钢绞线索”两种索型都在国内斜拉桥中得到应用。两种索型相比“成品索”在运输与安装方面尤其是长索既麻烦又难度较大,而钢绞线索是化整为零,现场组索,施工简便,设备轻小;在安全性方面钢绞线索两端不论是无粘接还是有粘接锚具均符合国家“锚夹具技术标准”。在耐久性方面钢绞线索比成品索要久得多。号称可使用30年的成品索,有的桥梁建成后仅10年左右就不得不在外表缠包一层昂贵的美国布朗公司Cableguard热缩防腐带,更有甚者,有座桥建成后仅4、5年时间多根拉索的PE护套多处出现环状断裂。可见号称可使用30年的成品索实际年限要短的多。然而钢绞线拉索其绞线外表有多层防护,只有在外护管,内护套均先后老化或损坏情况下,有害物质才能侵蚀绞线,在外护管一旦被发现老化后即可单换外护管。成品索外表面仅主要靠紧裹的PE套,一旦老化或破损将立即波及钢丝。钢绞线索在桥梁100年的设计基准期内全索更换多则一次,少则仅换外护管,然而号称30年的“成品索”恐怕需更换四次以上。

因此笔者建议,今后的跨海大桥和特大跨度的斜拉桥由于换索不易应首选“钢绞线”索为佳。对于建设中的某海湾大桥的“成品索”除原材料外若再从①选用抗老化50年的高品质PE护套料②锚具外表需具有能保证50年不会锈蚀的热镀锌层厚度③绕钢盘运输④精心施工⑤定期的检查与维护等方面加以考虑,则可确保原30年的设计寿命。

随着我国的经济迅速发展,规划中的跨海大桥相继在兴建,首座大桥—长达32km的东海大桥已于去年建成通车,跨海大桥长达数十公里,在有航道桥的情况下,非通航孔的总长也约占全桥长的90%以上,为减少海上作业,提高质量和加快进度,国内外桥梁工程师都认同,其上部结构采用预制吊装为最佳选择。据悉国外最大预制梁长已达190m,重8200t,安装梁的浮吊高度超过百米。我国的上述两座大桥中预制梁长为60m和70m(滩涂区为50m),最大吊重2300t。笔者拙见,我国今后的跨海大桥可以从A:将梁的混凝土标号提高到C60以上,B:用液压千斤顶提梁安装;C:改悬臂吊机为垂直提升架(以提高吊船起重能力和减轻设备自重)的运架一体船施工等方面着手,将混凝土梁跨提高到90~100m,这一方案可能更为经济合理,仅供参考。

参考文献：

徐博.某跨海大桥工程主要施工技术.[J].建筑施工.2012