某航站樓出港高架橋工程關(guān)鍵施工技術(shù)

黃斌偉

（廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 廣州510500）

1 工程概況

某航站樓出港高架橋工程（見(jiàn)圖1）總造價(jià)1.7億元，橋梁寬度12.25～52.45 m，最大跨度36 m，單向三車(chē)道至單向十車(chē)道，總長(zhǎng)1 062.7 m，包括橋梁結(jié)構(gòu)和兩端的引道。橋梁由10 聯(lián)現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土和現(xiàn)澆混凝土連續(xù)箱梁組成；橋墩、橋臺(tái)基礎(chǔ)都采用鉆（沖）孔成孔灌注樁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為100年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)。建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類，地震設(shè)防烈度為7度［1］。

圖1 高架橋效果Fig.1 Effect of Viaduct

全線的跨徑組合為：（4×30 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+2×（3×22 m）（普通鋼筋混凝土梁）+（3×36 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（4×36 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（3×36 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（3×22 m）（普通鋼筋混凝土梁）+（3×20 m）（普通鋼筋混凝土梁）+（3×30 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）+（3×30 m）（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁）=918 m。

出港高架橋與航站樓、GTC 交通中心、隧道、地鐵及城軌相結(jié)合形成了航空、地面及地下的三位一體的立體交通樞紐，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化航空樞紐的地位與功能。

2 工程難點(diǎn)

⑴項(xiàng)目地質(zhì)復(fù)雜，溶洞見(jiàn)洞率多達(dá)34%，有些溶洞間相互貫通，漏漿嚴(yán)重，對(duì)樁基成孔成樁十分不利［2］。出港高架橋基礎(chǔ)都采用沖孔成孔灌注樁，樁徑為1.2 m、1.5 m、1.8 m三種，樁基總數(shù)226根，樁基均為嵌巖樁，持力層為微風(fēng)化灰?guī)r。在橋梁樁基礎(chǔ)施工過(guò)程中，樁基沖樁施工時(shí)埋錘［3］不可避免地時(shí)有發(fā)生，如何高效、安全地處理沖孔樁埋錘的問(wèn)題，是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。

⑵出港高架橋第四聯(lián)～六聯(lián)（見(jiàn)圖2）總長(zhǎng)度360 m，3跨+4跨+3跨共10跨，橋面橫向52.45 m，橋面北邊距離航站樓5.3 m，橋面南邊聯(lián)通GTC 交通中心并且平面投影重合2.38 m。橋下設(shè)置進(jìn)港大巴隧道及的士隧道、下穿隧道、GTC 交通中心地下室及上部結(jié)構(gòu)、管廊、地鐵、城軌、換乘通道、換乘大廳等，上述結(jié)構(gòu)大部分存在支承高架橋施工荷載承載力不足的情況，高架橋施工重大安全隱患較多。且橋縱向二側(cè)及橋內(nèi)均無(wú)法設(shè)置沿縱向暢通的施工道路，材料運(yùn)輸條件惡劣程度十分罕見(jiàn)。

圖2 出港高架橋第四聯(lián)～六聯(lián)周?chē)h(huán)境Fig.2 The Fourth To Sixth Sets of the Surrounding Environment of the Outbound Viaduct

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 大直徑?jīng)_孔灌注樁埋錘打撈施工技術(shù)

樁基施工沖孔過(guò)程中遇到溶洞，樁孔壁和護(hù)筒側(cè)極易發(fā)生塌孔，造成埋錘，常規(guī)的埋錘處理方法有小孔沉渣法［4］、空心錘沖擊法［5］、高壓水槍切割法［6］、爆破松動(dòng)法［7］等，均不能較好地解決樁錘埋深長(zhǎng)、掩體方量大、掩體含大量粘土等問(wèn)題。項(xiàng)目研發(fā)出了1 種全新的埋錘打撈裝置。

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生埋錘事件，先量測(cè)樁基塌孔位置深度、寬度、位置，確認(rèn)塌孔時(shí)鋼護(hù)筒是否發(fā)生擾動(dòng)，隨后安排吊車(chē)對(duì)樁機(jī)進(jìn)行吊離移位處理，以防止塌孔進(jìn)一步擴(kuò)大，造成更大損失。針對(duì)塌孔且鋼護(hù)筒未發(fā)生擾動(dòng)的情況，立刻采取回填處理，回填分兩層進(jìn)行處理，下層采用粘土摻水泥灰進(jìn)行回填，回填至鋼護(hù)筒底以上0.5 m，上層采用碎石回填，碎石填入鋼護(hù)筒內(nèi)，回填后抽出鋼護(hù)筒內(nèi)碎石頂面以上泥漿水，碎石回填能起到排水反壓固結(jié)作用?；靥詈蠓胖?4 h，查看鋼護(hù)筒內(nèi)外是否發(fā)生下沉，如下沉繼續(xù)補(bǔ)填；如不下沉，則開(kāi)始護(hù)筒外回填。護(hù)筒外凹位采用混凝土回填護(hù)壁，起到穩(wěn)固鋼護(hù)筒和樁基作業(yè)平臺(tái)作用，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，重新進(jìn)行樁基就位，再進(jìn)行下一步埋錘打撈工作。

利用現(xiàn)場(chǎng)的沖孔樁機(jī)設(shè)備及鋼絲繩等，就地取材制作一套由1 臺(tái)沖孔樁機(jī)（含JKL6 主卷?yè)P(yáng)機(jī)、JK2 副卷?yè)P(yáng)機(jī)）、1個(gè)大錘（直徑1.0 m）、1個(gè)小錘（直徑0.3 m）、1 個(gè)定位滑輪、1 套動(dòng)滑輪組、1 個(gè)導(dǎo)向輪、JK2 卷?yè)P(yáng)機(jī)（加裝用）、1 臺(tái)泥漿泵、泥漿輸送管、優(yōu)質(zhì)泥漿等組成的埋錘打撈裝置［8］，其中，JKL6 主卷?yè)P(yáng)機(jī)、大錘（直徑1.0 m）、小錘（直徑0.3 m）、定位滑輪組成埋錘打撈裝置的沖孔系統(tǒng)，見(jiàn)圖3?；JK2 副卷?yè)P(yáng)機(jī)、泥漿泵、泥漿輸送管、優(yōu)質(zhì)泥漿組成埋錘打撈裝置的循漿系統(tǒng)；JK2加裝卷?yè)P(yáng)機(jī)、動(dòng)滑輪組、導(dǎo)向輪組成埋錘打撈裝置的提升系統(tǒng)，見(jiàn)圖3?。

圖3 系統(tǒng)示意圖Fig.3 Schematic Diagram of System

施工工藝包括以下步驟。

⑴沖孔樁機(jī)定位：沖孔樁機(jī)初步就位后，進(jìn)行樁中心放樣，放樣后設(shè)置護(hù)樁，進(jìn)行沖孔樁機(jī)的精準(zhǔn)定位；

⑵組裝新的沖孔系統(tǒng)：將沖孔樁機(jī)主卷?yè)P(yáng)機(jī)和被埋樁錘連接的原鋼絲繩進(jìn)行解除；將新的大樁錘通過(guò)另外1條鋼絲繩經(jīng)樁機(jī)上方的主滑輪連接到原沖孔樁機(jī)主卷?yè)P(yáng)機(jī)上，形成新的沖孔系統(tǒng)；

⑶安放動(dòng)滑輪組：用鋼絲繩將動(dòng)滑輪組吊放在樁機(jī)的主桿與斜撐連接處；

⑷安裝加裝卷?yè)P(yáng)機(jī)和導(dǎo)向輪：在樁機(jī)的樁架后方安裝加裝卷?yè)P(yáng)機(jī)，用于牽引動(dòng)滑輪組；在樁架前方加裝導(dǎo)向輪，用于架設(shè)動(dòng)滑輪組牽引鋼絲繩；

⑸組裝新的提升系統(tǒng)：將動(dòng)滑輪組牽引端的鋼絲繩通過(guò)導(dǎo)向輪連接到加裝卷?yè)P(yáng)機(jī)上，將動(dòng)滑輪組的下端與被埋樁錘的原鋼絲繩連接；

⑹組裝新的循漿系統(tǒng)并注漿：通過(guò)副卷?yè)P(yáng)機(jī)下放循漿系統(tǒng)的泥漿輸送管，通過(guò)泥漿泵向泥漿管輸送泥漿來(lái)懸浮泥渣；

⑺大樁錘沖孔作業(yè)：首先用新的大樁錘進(jìn)行沖孔，見(jiàn)圖4?；

⑻小樁錘沖孔作業(yè)：用小樁錘替換新的大樁錘繼續(xù)進(jìn)行沖孔，見(jiàn)圖4?；

圖4 沖孔作業(yè)示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Pile Punching

⑼提升系統(tǒng)提升：待清渣完成后，利用加裝卷?yè)P(yáng)機(jī)（見(jiàn)圖5）施加拉力進(jìn)而提升。

圖5 被埋樁錘的提升示意圖Fig.5 Lifting Schematic Diagram of Buried Pile Hammer

大直徑?jīng)_孔灌注樁埋錘打撈施工技術(shù)適用大直徑?jīng)_孔灌注樁在粘土、粉質(zhì)土、砂、碎石、礫石、塊石各種掩埋體所引起的埋錘事故打撈。大、小樁錘沖孔時(shí)能很好地保護(hù)連接埋錘的鋼絲繩，避免發(fā)生鋼絲繩被割斷或沖斷的情況［9］，無(wú)需專業(yè)潛水人員下水在水下接長(zhǎng)鋼絲繩［10］，進(jìn)一步減少安全隱患、降低了打撈費(fèi)用。加裝提升系統(tǒng)提供了足夠大的拉力，不需要高壓水槍切割法輔助，也不需要借助吊車(chē)或千斤頂。埋錘打撈施工工藝、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，打撈設(shè)備可以重復(fù)利用，非一次性使用，過(guò)程中不產(chǎn)生其他廢物，符合綠色環(huán)保要求。

3.2 下部結(jié)構(gòu)承載力不足與非常規(guī)運(yùn)輸條件的現(xiàn)澆箱梁施工技術(shù)

3.2.1 原位支點(diǎn)加固技術(shù)

對(duì)承受高架橋施工荷載能力不足的下部梁板結(jié)構(gòu)，采用雙層型鋼將高架橋荷載傳遞至原位支點(diǎn)（結(jié)構(gòu)柱）而不接觸承載力不足的梁板結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6），達(dá)到保護(hù)梁板結(jié)構(gòu)安全及不影響其使用功能的目的。本加固方法不增加支點(diǎn)、不會(huì)影響下部結(jié)構(gòu)的使用功能，不粘貼鋼板、不會(huì)增大結(jié)構(gòu)尺寸、增加成本及加固時(shí)間，加固型鋼在高架橋施工完成后可拆除及周轉(zhuǎn)使用，施工期間不影響下部結(jié)構(gòu)樓層的施工及正常使用。

圖6 原位支點(diǎn)加固技術(shù)Fig.6 In Situ Fulcrum Reinforcement Technique

3.2.2 減載加固技術(shù)

高架橋下存在大面積大跨度結(jié)構(gòu)，回填土面承受高架橋施工荷載能力不足，采用減低下部結(jié)構(gòu)承受總荷載的方法。通過(guò)力學(xué)計(jì)算確定高架橋施工荷載后，等效折算成回填厚度、相應(yīng)降低下部結(jié)構(gòu)上的回填土厚度（見(jiàn)圖7），從而達(dá)到減少下部結(jié)構(gòu)承受的總荷載、保證下部結(jié)構(gòu)安全的目的。局部荷載較大時(shí)，采用型鋼擴(kuò)大受力面積的方法以減少下部結(jié)構(gòu)局部承載。

圖7 減載加固技術(shù)Fig.7 Reduction and Reinforcement Technique

3.2.3 增加支點(diǎn)與型鋼聯(lián)合加固技術(shù)

土建屋面板結(jié)構(gòu)面離高架橋底高度低，不能滿足高架橋模板安裝及拆除所需的作業(yè)空間，且屋面板及下層樓板承載能力不足。項(xiàng)目采用均布支點(diǎn)將2層承受的高架橋荷載傳遞至設(shè)置在首層樓板上的懸臂型鋼上，再在型鋼的延伸段下增加支點(diǎn)支撐型鋼，且屋面板預(yù)留一跨半結(jié)構(gòu)后做（見(jiàn)圖8）。這種后做屋面、增加支點(diǎn)及型鋼懸臂將荷載傳遞至承載力足夠的剪力墻的加固技術(shù)，提高了首層及2層結(jié)構(gòu)的安全性。

圖8 增加支點(diǎn)與型鋼聯(lián)合加固技術(shù)Fig.8 Increase the Joint Reinforcement Technology of Fulcrum and Section Steel

3.2.4 鋼管柱+型鋼多功能平臺(tái)

橋面超寬達(dá)52.45 m，在橋的兩邊無(wú)法設(shè)置沿橋縱向貫通的臨時(shí)道路進(jìn)行高架橋施工材料運(yùn)輸，無(wú)法在橋邊停放吊車(chē)，施工條件惡劣。采用在超寬的高架橋平面內(nèi)下部結(jié)構(gòu)樓板上設(shè)置可行車(chē)及支撐高架橋荷載的多功能平臺(tái)（見(jiàn)圖9），平臺(tái)由鋼管柱、型鋼及鋼板組成，有效解決了材料運(yùn)輸困難的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

圖9 多功能平臺(tái)示意圖及剖面圖Fig.9 Schematic Diagram and Cross-sectional View of Multi-functional Platform

出港高架橋作為航站樓出發(fā)平臺(tái)，相較于一般的高架橋具有工期緊、綠色環(huán)保施工要求高、場(chǎng)地狹窄、交叉作業(yè)多、材料運(yùn)輸困難等難題。項(xiàng)目創(chuàng)造性提出并成功實(shí)施了大直徑?jīng)_孔灌注樁埋錘打撈施工技術(shù)，利用現(xiàn)場(chǎng)的沖孔樁機(jī)設(shè)備及鋼絲繩等，就地取材制作包含大小錘的新沖孔系統(tǒng)、循漿系統(tǒng)、提升系統(tǒng)，解決了埋錘打撈的難題，綠色施工效果理想。原位支點(diǎn)加固技術(shù)、減載加固技術(shù)、增加支點(diǎn)與型鋼聯(lián)合加固技術(shù)及鋼管柱+型鋼多功能平臺(tái)等，解決了下部結(jié)構(gòu)承載力不足與材料運(yùn)輸難的問(wèn)題，保護(hù)了航站樓的既有結(jié)構(gòu)。

研究成果可為下部結(jié)構(gòu)承載力不足與非常規(guī)運(yùn)輸條件的高架橋施工提供參考。