淺談臺(tái)風(fēng)區(qū)跨海大橋施工措施研究

于 鵬

（中新凱瑞工程咨詢有限公司，四川 成都 610036）

伴隨著橋梁事業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁建設(shè)領(lǐng)域逐漸向近海拓展，跨海橋梁項(xiàng)目越來越多，復(fù)雜的海域環(huán)境成為影響海橋施工的主要因素，面對(duì)多變海洋氣候和復(fù)雜水文情況，如何抵抗和消除風(fēng)、浪、潮、流、霧和雷暴等因素對(duì)施工造成不利影響，已成為一個(gè)重要的研究課題。

1 工程概況

1.1 工程簡介

新建福州至平潭鐵路平潭海峽公鐵兩用大橋跨越北東口水道部分長3712m。公鐵主跨均采用92m+2×168m+92m 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，其余孔跨鐵路為64m 及40m 簡支箱梁，公路左右幅各5 聯(lián)連續(xù)箱梁，孔跨與鐵路簡支梁跨度相對(duì)應(yīng)。上部結(jié)構(gòu)：鐵路為簡支箱梁位于下層，公路梁按兩幅設(shè)置位于上層，形成倒“品”字結(jié)構(gòu)。下部結(jié)構(gòu)：樁基礎(chǔ)，高、低樁承臺(tái)，鐵路門式空心墩，公路花瓶狀墩，公路墩身修筑于鐵路墩身之上[1]。

1.2 建設(shè)環(huán)境

氣象環(huán)境：工程區(qū)域?yàn)榈湫偷暮Ｑ笮约撅L(fēng)氣候，風(fēng)向季節(jié)性變化明顯，且穩(wěn)定，年最大風(fēng)頻是NNE 和NE，均為26%，次大為SW（9%）；各風(fēng)向的平均風(fēng)速NNE 最大，其次是NE。6 級(jí)以上大風(fēng)的年日數(shù)309 天，7 級(jí)以上234 天，8級(jí)以上123 天，9 級(jí)以上35 天。臺(tái)風(fēng)頻繁，最大風(fēng)速達(dá)45.4m/s。年10 月～次年2 月為季風(fēng)期，占全年的50%左右。水文環(huán)境：橋址處最大水深42m，最大潮差7.0m，最大浪高2.71m，最大流速3.09m/s[2]。

2 建造施工方案策劃要點(diǎn)

海上施工作業(yè)包括鐵路深水承臺(tái)、高墩、梁部、公路墩、公路梁及公鐵交叉施工，都將受到大風(fēng)天氣的嚴(yán)重影響，加之惡劣的海況、復(fù)雜的地質(zhì)條件，使得大風(fēng)天氣的影響更加突出，海橋施工將面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)和工期壓力。將大風(fēng)天氣視作常態(tài)化的施工環(huán)境是方案的關(guān)鍵，所以施工方案的制定應(yīng)從盡量減少大風(fēng)天氣對(duì)施工影響入手，想辦法采取設(shè)計(jì)、施工措施降低季風(fēng)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高施工工效，確保工期計(jì)劃。

2.1 實(shí)現(xiàn)海上施工陸地化

海上棧橋盡可能拉通，用于物資運(yùn)輸及人員通行。梁場設(shè)置在臺(tái)后路基上，直接臺(tái)后運(yùn)梁上橋，避免節(jié)段梁海上運(yùn)輸運(yùn)。鋼構(gòu)件加工焊接工作盡量安排在后場，拼成后整體吊裝，減少海上焊接、吊裝工作量。通過以上三項(xiàng)措施來實(shí)現(xiàn)海上施工陸地化，從而大大減少了海上作業(yè)內(nèi)容，有效的降低了季風(fēng)因素帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 施工裝備適應(yīng)性非常規(guī)配置

為有效降低風(fēng)、浪天氣對(duì)施工產(chǎn)生的影響，確保施工裝備的安全穩(wěn)定性及工效，施工過程中使用的打樁船、攪拌船、浮吊、履帶吊等裝備均采用適應(yīng)性非常規(guī)配置。起重吊裝等關(guān)鍵設(shè)備根據(jù)施工風(fēng)力條件進(jìn)行選型，確保設(shè)備滿足抗風(fēng)要求。

2.3 專項(xiàng)抗風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

為確保海橋施工在季風(fēng)因素影響下能夠安全進(jìn)行，在平臺(tái)、棧橋、高墩模板、制式爬梯、支架、掛籃、鋼筋棚、拌合站粉料罐、造橋機(jī)、移動(dòng)模架等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中均加入了專項(xiàng)抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)置了必要的抗風(fēng)措施[3]。

2.4 海上施工后場保障安全可靠

本工程規(guī)模較大，所需原材及半成品大部分需通過海運(yùn)至碼頭中轉(zhuǎn)，而受風(fēng)、浪的影響使海運(yùn)不受控，尤其是在季風(fēng)期，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)物資供應(yīng)中斷，影響施工進(jìn)度。為確保海橋施工的物資保障，物資存儲(chǔ)能力必須得到保證，為此分別在漁限及和平村分別設(shè)置大型碼頭。

3 采取的施工措施

為應(yīng)對(duì)特殊的海島氣象條件，棧橋、平臺(tái)設(shè)計(jì)需要結(jié)構(gòu)可承受臺(tái)風(fēng)及引起的波流力、大噸位起重設(shè)備荷載，有保障施工安全。

為保證平臺(tái)、棧橋在季風(fēng)期（8 級(jí)風(fēng)以下） 安全使用，臺(tái)風(fēng)期（14 級(jí)臺(tái)風(fēng)） 不被破壞，及現(xiàn)場施工需求，對(duì)平臺(tái)、棧橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

深水裸巖棧橋基礎(chǔ)施工難度大，采用大剛度縱梁結(jié)構(gòu)增加棧橋跨度，減少基礎(chǔ)的數(shù)量，加快施工進(jìn)度，從而減少風(fēng)、浪的影響。

針對(duì)深水涌急傾斜裸巖區(qū)，研發(fā)了“埋置式組合平臺(tái)”。快速打設(shè)連接鋼管形成“板凳”結(jié)構(gòu)，護(hù)筒范圍內(nèi)拋壘水下模袋圍堰，灌注不離散混凝土，使鋼結(jié)構(gòu)、混凝土與基巖固結(jié)形成能抗臺(tái)、抗涌的作業(yè)平臺(tái)[4]。

1） 樁基施工：樁基施工采用沖擊鉆反循環(huán)法成孔，海水造漿，相鄰護(hù)筒做為泥漿循環(huán)池，鋼筋籠長線法分節(jié)加工，充分考慮大風(fēng)對(duì)鋼筋籠吊裝穩(wěn)定性的影響，履帶吊吊裝，直螺紋套筒連接。采用水下灌注混凝土，混凝土由拌合船直接供應(yīng)。

2） 承臺(tái)施工：承臺(tái)采用鋼吊箱、鋼板樁圍堰施工，通過實(shí)測海中大尺度結(jié)構(gòu)動(dòng)水壓力，優(yōu)化鋼吊箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在天氣窗口內(nèi)，采用整體拼裝，利用2000t 浮吊快速就位、快速封底，快速形成受力結(jié)構(gòu)，研究出一種惡劣海況條件下鋼吊箱快速施工技術(shù)[5]。

3） 墩身施工：墩身模板、制式爬梯、拱形支架、防墜網(wǎng)、勁型鋼骨架等相關(guān)措施結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專項(xiàng)抗風(fēng)設(shè)計(jì)，確保結(jié)構(gòu)滿足抗風(fēng)要求。

4） 梁部施工：針對(duì)公鐵合建和自然環(huán)境特點(diǎn)，利用BIM 技術(shù)，建立起空間碰撞、時(shí)間沖突、環(huán)境影響結(jié)構(gòu)響應(yīng)的四維模型，指導(dǎo)現(xiàn)場設(shè)備調(diào)度、施工組織。

①掛籃懸臂施工：三角掛籃設(shè)計(jì)按走行狀態(tài)7 級(jí)風(fēng)、工作狀態(tài)8 級(jí)風(fēng)、抗臺(tái)狀態(tài)14 級(jí)風(fēng)工況標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

鑒于本橋施工常年處于大風(fēng)期，為了增加掛籃施工期操作人員的安全，共設(shè)置主桁架操作平臺(tái)、側(cè)模板安全通道及防護(hù)、底模封閉操作平臺(tái)及前下橫梁操作平臺(tái)等，并在掛籃底模下設(shè)置封閉工作平臺(tái)。

②造橋機(jī)節(jié)段拼裝施工：節(jié)段拼裝造橋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按過孔狀態(tài)7 級(jí)風(fēng)、工作狀態(tài)8 級(jí)風(fēng)、抗臺(tái)14 級(jí)風(fēng)工況標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

節(jié)段拼裝造橋機(jī)設(shè)計(jì)選用重心底、穩(wěn)定性好的腹位式結(jié)構(gòu)，即下托梁結(jié)構(gòu)支撐箱梁節(jié)段，相對(duì)于吊掛結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，下托梁與主梁可形成封閉的操作空間，作業(yè)環(huán)境安全，適合大風(fēng)作業(yè)環(huán)境。為適應(yīng)橋址區(qū)臺(tái)風(fēng)頻繁、季風(fēng)期長的惡劣的大風(fēng)環(huán)境，主導(dǎo)研制出首臺(tái)高鐵雙孔連做節(jié)段拼裝造橋機(jī)，達(dá)到過孔一次完成兩孔梁的造橋任務(wù)，降低惡劣自然條件下造橋機(jī)過孔的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高工效。

4 現(xiàn)場實(shí)施管理

針對(duì)現(xiàn)場臺(tái)風(fēng)、季風(fēng)等大風(fēng)條件下施工作業(yè)，建立作業(yè)條件實(shí)施分級(jí)管理制度，全過程適時(shí)控制。由項(xiàng)目部、分部、施工班組按照作業(yè)條件適時(shí)發(fā)布施工、停工指令，合理安排現(xiàn)場施工，確保安全。

項(xiàng)目部：界定作業(yè)條件、制定辦法、過程監(jiān)管；分部：現(xiàn)場安裝風(fēng)速儀、顯示屏，對(duì)照作業(yè)條件適時(shí)發(fā)布施/停工指令；架子隊(duì)：執(zhí)行發(fā)布的施工指令，合理安排現(xiàn)場施工。

5 結(jié)語

針對(duì)臺(tái)風(fēng)區(qū)海橋施工，施工前精心策劃、分析，施工中不斷實(shí)踐、積累，施工后及時(shí)總結(jié)、提高。在充分認(rèn)識(shí)復(fù)雜施工環(huán)境存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，深刻分析環(huán)境對(duì)海橋各工序施工影響程度的前提下，精心策劃編制具有針對(duì)性施工方案及抗風(fēng)措施，切實(shí)保證施工安全進(jìn)行，從而有效保證工期順利實(shí)現(xiàn)。