裝配式跨海橋梁大型墩臺預(yù)制新技術(shù)

張臣 高慶利 王海波 白虹 文健勇 董松松 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概況

廈門第二東通道是交通部批復(fù)的省市級重點工程。其中跨海段橋梁共預(yù)制墩臺35座，兩節(jié)式22座，三節(jié)式13座，共83件。預(yù)制墩臺包括海工高性能混凝土4.98×104m3，高性能環(huán)氧鋼筋1.05×104t，φ75mm預(yù)應(yīng)力精軋螺紋鋼1375t，預(yù)制場內(nèi)立式分節(jié)匹配預(yù)制。構(gòu)件單件最高26.1m，單件最重2620t，臺車+頂推移運至出運碼頭，3000t半潛駁船海上運輸，4000t浮吊船海上安裝。充分體現(xiàn)工廠化、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化的施工理念。

2.墩臺預(yù)制特點

（1）墩臺耐久性要求高，抗裂難度大。本工程按100年使用年限設(shè)計，預(yù)制墩臺采用海工高性能混凝土，耐久性要求高。預(yù)制墩臺的承臺、蓋梁均為大體積實心混凝土結(jié)構(gòu)，單次澆筑混凝土最大量1050m3，混凝土抗裂難度大?？孤入x子滲透、鋼筋保護(hù)層厚度、構(gòu)件表面硅烷浸漬和景觀涂裝質(zhì)量要求高。

（2）墩臺結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工難度大。承臺及蓋梁鋼筋密集、預(yù)埋件多、構(gòu)造復(fù)雜。承臺后澆孔預(yù)留甩筋，對接鋼筋水平匹配同心度要求高，對鋼筋安裝精度及后澆孔內(nèi)芯圓模板設(shè)計要求高。蓋梁體積大、鋼筋密集，還有橫向預(yù)應(yīng)力鋼絞線，施工難度大。

（3）預(yù)制墩臺高度高，匹配預(yù)制精度要求高。預(yù)制墩臺最高21.6m，要求小于豎向垂直度滿足H/3000且不大于20mm的控制標(biāo)準(zhǔn)。分節(jié)式墩臺拼縫處要求匹配預(yù)制，以保證干接縫及剪力鍵槽口的緊密接觸、上下節(jié)墩身順直，實現(xiàn)這一要求有很高難度。蓋梁為相交斜截面，結(jié)構(gòu)尺寸多樣，精度要求高，相應(yīng)模板設(shè)計與施工難度很大。

3.關(guān)鍵技術(shù)

3.1 高性能雙層環(huán)氧鋼筋涂層噴涂與加工一體化工藝

預(yù)制墩臺采用高性能環(huán)氧鋼筋，雙層環(huán)氧涂層質(zhì)量管控是重點之一。墩臺預(yù)制場建設(shè)環(huán)氧鋼筋加工及噴涂車間一座，平面尺寸144m×34.5m，占地面積5000m2，引進(jìn)了國內(nèi)先進(jìn)的環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線和鋼筋加工生產(chǎn)線各一條。

與以往環(huán)氧鋼筋噴涂和加工的方式不同，以前港珠澳大橋施工時從廠家采購成品環(huán)氧鋼筋運輸至車間內(nèi)再加工，本項目對環(huán)氧鋼筋工藝進(jìn)行優(yōu)化，將環(huán)氧噴涂生產(chǎn)線和鋼筋加工規(guī)劃在同一場地，環(huán)氧鋼筋噴涂及加工采用以下兩種方法：①對于需要彎曲鋼筋，通過環(huán)氧噴涂（拋丸除銹→加熱噴涂→過水冷卻→檢測打包）后，將環(huán)氧鋼筋轉(zhuǎn)移至鋼筋加工生產(chǎn)線上再加工（鋸切→墩粗→滾絲→打磨→彎曲），實現(xiàn)環(huán)氧鋼筋噴涂和加工一體化施工，體現(xiàn)了自動化和機(jī)械化，具有避免環(huán)氧鋼筋運輸導(dǎo)致的涂層破壞、減少運輸費用、提高工效等優(yōu)點；②對于直徑小于φ28mm和不彎曲鋼筋，采用先加工后環(huán)氧噴涂的形式，相比方法一能避免環(huán)氧鋼筋加工導(dǎo)致的涂層破壞，利于質(zhì)量控制、減少涂層修補(bǔ)量等優(yōu)點。

主要施工要點有以下幾方面：

①拋丸除銹處理：檢測鋼筋拋丸后的清潔度及錨紋深度應(yīng)符合要求。

②鋼筋環(huán)氧噴涂：檢查粉末質(zhì)量、控制加熱溫度、觀察噴槍等過程監(jiān)控。

③環(huán)氧鋼筋冷卻：采用過水冷卻工藝將原有的噴水冷卻改為全入水冷卻。

④環(huán)氧涂層檢測：現(xiàn)場進(jìn)行抽檢涂層漏點和涂層厚度，并展開其他理化試驗，主要檢測涂層附著性、連續(xù)性、可彎性、粘結(jié)強(qiáng)度、抗沖擊性等指標(biāo)。

⑤鋸切、墩粗、滾絲、打磨、彎折：預(yù)制場鋼筋車間內(nèi)購買國內(nèi)先進(jìn)的鋼筋加工生產(chǎn)線一條。為防止鋼筋加工過程中造成表面涂層破損，現(xiàn)場對鋼筋加工設(shè)備進(jìn)行防護(hù)改造，通過加墊尼龍板的方式減少環(huán)氧鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)間的剛性接觸。分別選用塑料、尼龍、聚氨酯及橡膠制品等作為緩沖材料，以達(dá)到較好的防護(hù)效果。

⑥補(bǔ)漆：采用專用溶劑環(huán)氧涂料和固化劑人工補(bǔ)涂涂層破損部位，出廠前全數(shù)檢查。

⑦儲存及倒運：環(huán)氧鋼筋絲頭長度標(biāo)識刻度、佩戴保護(hù)帽，鋼筋半成品存放區(qū)設(shè)計專用存放架，與環(huán)氧鋼筋接觸處粘貼尼龍板，起到保護(hù)涂層的作用。

3.2 后澆孔鋼筋精確固定與模板快速支拆工藝

承臺預(yù)留后澆孔直徑3.4 m，側(cè)壁帶凹凸剪力鍵，水平鋼筋直徑28mm和40mm，分為12層。后澆孔內(nèi)部鋼筋需穿過圓形模板孔利用套筒進(jìn)行鋼筋的同心對接，單個承臺后澆孔穿筋孔3000個，連接套筒6700個，同心對接量大，精度要求高，孔內(nèi)鋼筋橫縱交錯，還需避免與承臺內(nèi)吊點管等預(yù)埋件沖突，施工精度要求高，難度大。

后澆孔板面在相應(yīng)位置開圓形牙口（穿筋孔），根據(jù)孔位放樣，采用等離子切割模板面開牙口，設(shè)計專用錐形橡膠圈，固定臥入混凝土內(nèi)部鋼筋，實現(xiàn)鋼筋連接精確定位。

后澆孔圓形模板分4片，中間井字架支撐，設(shè)計機(jī)械開合系統(tǒng)，擰緊模板支撐桿緊張器，將兩小片模板沿井字架向孔內(nèi)橫移，再將另外兩大片模板向孔內(nèi)橫移，最后將四片模板及井字架一起吊出后澆孔，實現(xiàn)模板快速支拆的同時保證模板安裝的精度。

3.3 大體積混凝土澆筑抗裂措施

承臺和蓋梁均屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)大體積混凝土施工，通過調(diào)整墩身接縫位置、優(yōu)化混凝土配比、增加制冰制冷水系統(tǒng)和預(yù)埋冷卻水管等措施，能控制預(yù)制構(gòu)件裂縫。

大體積混凝土開裂原因有兩方面：一是墩臺混凝土結(jié)構(gòu)厚大，混凝土內(nèi)表溫差過大，從而引起自約束開裂，自約束開裂主要發(fā)生在承臺和蓋梁；二是部分墩身混凝土分段澆筑，澆筑時間間隔長，墩身分段接縫澆筑約束，澆筑混凝土約束收縮，受約束混凝土收縮量超過了混凝土的極限拉伸，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)外約束開裂。

混凝土抗裂主要施工措施有：①降低混凝土入模溫度?；炷寥肽囟茸罡卟灰哂?8℃。在砂石料倉及料斗上方設(shè)置遮蔭棚，避免陽光直射。拌合站增設(shè)成套制冰制冷系統(tǒng)，降低拌合水溫度，加入冰削降低砂石料溫度，從而實現(xiàn)控制混凝土出機(jī)溫度；②降低混凝土內(nèi)部最高溫度。降低混凝土內(nèi)部最高溫度主要有降低水泥用量等優(yōu)化混凝土配配合比和承臺和蓋梁內(nèi)埋設(shè)冷卻水管兩種方法。具體來說，為降低水化熱，嚴(yán)控水泥中C3A含量，同時滿足混凝土耐久性和良好的工作性，摻入高質(zhì)量礦粉和粉煤灰取代部分水泥，降低混凝土水化熱。同時，承臺和蓋梁內(nèi)預(yù)埋冷卻水管采用外徑40mm、壁厚2.0mm的黑鐵管。經(jīng)仿真計算，冷卻水管水平及豎向間距控制在0.8m，滿足控制自約束裂縫要求。此外，通水時控制冷卻水與混凝土內(nèi)部最高溫度之差小于25℃，埋設(shè)測溫導(dǎo)線并APP監(jiān)測混凝土溫度，預(yù)埋冷卻水管與外置專用冷卻水塔連接，對輸出水進(jìn)行降溫，控制降溫速度不大于2℃/d。

3.4 貝雷梁桁架拼裝式大型鋼模板工藝

為保證預(yù)制墩臺預(yù)制豎向精度要求，設(shè)計要求豎向垂直度滿足H/3000，模板設(shè)計優(yōu)化并結(jié)合貝雷梁桁架工藝。

通過模板加工工藝采用板面銑邊、模板栓接及定位銷工藝、設(shè)置高精度模板調(diào)整支架等設(shè)計理念，保證模板拼縫緊密和模板安裝豎向垂直度。以往貝雷架多用于現(xiàn)澆箱梁底模，現(xiàn)應(yīng)用于預(yù)制蓋梁立向模板，充分考慮預(yù)制蓋梁結(jié)構(gòu)尺寸多樣且皆為斜截面、精度要求高等特性，異形蓋梁模板只需加工模板板面，桁架采用貝雷架拼裝結(jié)構(gòu)，在滿足受力情況下只需在不同尺寸模板增加或減少貝雷架數(shù)量即可，滿足不同蓋梁模板桁架轉(zhuǎn)換，貝雷梁可多項目周轉(zhuǎn)使用，減少了成本投入，充分體現(xiàn)了貝雷架應(yīng)用的通用性和周轉(zhuǎn)性。

4.結(jié)語

廈門第二東通道工程A3標(biāo)段墩臺預(yù)制在采用部分港珠澳大橋墩臺預(yù)制成熟工藝技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化和創(chuàng)新，首次應(yīng)用了環(huán)氧鋼筋噴涂和加工一體化施工模式，采用承臺后澆孔鋼筋精確定位與模板快速支拆工藝、大體積海工耐久性混凝土防裂技術(shù)和貝雷梁桁架拼裝式大型鋼模板成套施工技術(shù)，在提高預(yù)制構(gòu)件質(zhì)量、履約創(chuàng)效、工藝創(chuàng)新等方面起到了重要作用，在同類型工程中具有較高的推廣價值和應(yīng)用前景。