外海桥梁埋置式承台及墩柱预制出运技术

孙业发，张全林，李一勇，苏权科，宋书东，丁志军，岳铭滨，王　伟

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北　秦皇岛　066000；2.中交第一航务工程局有限公司，天津　300461；3.港珠澳大桥管理局，广东　珠海　519000）

外海桥梁埋置式承台及墩柱预制出运技术

孙业发1，张全林1，李一勇2，苏权科3，宋书东1，丁志军1，岳铭滨2，王伟1

（1.中交一航局第五工程有限公司，河北秦皇岛066000；2.中交第一航务工程局有限公司，天津300461；3.港珠澳大桥管理局，广东珠海519000）

依托港珠澳大桥桥梁工程CB03标研发了埋置式承台及墩柱预制出运技术。该技术有利于实现预制构件的高质量、保证桥梁的耐久性以及桥梁施工的工厂化和装配化，缩短桥梁建设周期，可为其他土建工程提供借鉴。

外海桥梁；埋置式承台；墩柱；预制；出运

0　引言

随着社会的发展，近年来外海桥梁项目越来越多。外海桥梁项目往往施工及运营条件更为复杂，采用了大量的新结构、新技术。港珠澳大桥是世界上最复杂、技术难度最高的跨海通道项目之一，是首个设计使用寿命为120 a的桥梁项目，首次采用了埋置式承台及墩柱一体化预制安装工艺。本文结合港珠澳大桥桥梁工程CB03标，介绍了为满足港珠澳大桥高标准要求而研发的外海桥梁埋置式承台及墩柱预制出运成套技术。

1　工程概况

港珠澳大桥桥梁工程CB03标段长8.67 km，分为深水区非通航孔桥和青州航道桥两部分，共预制墩台72座，117件，混凝土8.85万m3，环氧钢筋1.7万t。CB03标段墩台预制出运施工主要特点有：

1）墩台类型多，体积大，结构复杂

墩台共9个大类、40种型号，单件最重达3 510 t。承台后浇孔、异形墩帽、分节式干接缝等结构复杂，带来一系列施工难题。本工程为国内首个埋置式承台预制安装的项目，首次采用墩身干接缝结构的项目。

2）大量使用新材料

高性能环氧钢筋与φ75 mm预应力粗钢筋等材料均为国内首次使用。高性能环氧钢筋涂层保护要求远远高于普通环氧钢筋。φ75 mm预应力粗钢筋及波纹管根据干接缝结构要求，埋设精度要求高，超大张拉力、超高压孔道灌浆等施工难度大。

3）墩台耐久性要求高

港珠澳大桥按120 a使用年限设计，墩台耐久性要求高[1]。混凝土抗裂、混凝土抗氯离子渗透、钢筋保护层厚度、混凝土表面硅烷浸渍等施工质量要求高，带来了一系列施工难题。

4）施工精度要求高

本项目施工精度远远高于普通项目[2]，大大增加了各工序的施工难度，如分节式桥墩采用的干接缝结构，需要实现包括剪力键槽在内的混凝土面以及预应力粗钢筋上下匹配等。

2　主要施工技术

为满足承台及墩柱预制出运各项高标准技术要求，研发了桥墩干接缝竖向匹配预制技术、大直径厚涂层环氧钢筋加工技术、复杂结构大体积混凝土防裂技术等一系列新技术。

2.1桥墩干接缝竖向匹配预制技术

超高桥墩采用分节预制拼装工艺，上下节之间为带有剪力键与剪力槽的匹配干接缝，各节通过直径75 mm竖向预应力粗钢筋连接成整体。干接缝包括剪力键/槽在内的接触面以及干接缝处竖向预应力粗钢筋均有匹配性要求，精度要求极高。结合分节预制拼装工艺，研究了干接缝结构匹配预制的翻模技术、机加工钢模具技术、钢-混凝土结合底模具技术，以及预应力粗钢筋系统精度控制技术，实现了墩柱干接缝结构竖向对接的匹配预制[3]。

2.2大型预制墩柱环氧钢筋笼整体吊装套筒连接技术

港珠澳大桥CB03标合同段预制整体式桥墩单座高度约27 m，设有2条水平施工缝，分3次浇筑，上部两段墩柱浇筑高度10 m左右，环氧涂层钢筋重量60 t左右，采用常规工艺需要的施工时间较长。

为减少上下两段混凝土浇筑时间间隔，避免上下两段混凝土因收缩不一致产生约束裂缝，成功研发了大型预制墩柱环氧涂层钢筋笼整体吊装套筒连接技术。实现对接的核心思路，一是竖向钢筋有足够的自由长度，满足与下部钢筋丝头对接的要求；二是对接前钢筋依附钢筋笼内的劲性骨架和顶部定位架进行绑扎，劲性骨架和顶部定位架是主要受力体系，单根钢筋主要承受自身重量，防止钢筋因施工受力过大破坏环氧涂层；三是通过定位架工艺保证待对接竖向钢筋的顶部与已浇筑混凝土外露竖向钢筋的位置准确，将上端通过定位架定位、下端具有足够自由长度的竖向钢筋与已浇筑混凝土外露钢筋通过套筒连接到位，简易绑扎在劲性骨架上的横筋等钢筋依次依附竖筋绑扎就位，实现所有钢筋的位置准确。该技术在施工效率、质量、安全等方面相比传统工艺均有大幅提高，体现“装配化”施工理念，具有一定的推广价值[4]。

2.3装配式通用型高精度桥墩模板施工技术

CB03标墩台型号多，结构复杂，相应模板设计与施工难度很大。模板施工技术具有高精度、大刚度、装配式、通用性等几大特点。

1）高精度

墩台预制精度要求高，如垂直度要求满足H/3 000。通过铣边、调平等机械措施提高模板加工质量。通过定位销、精密螺栓等措施提高模板拼装质量。墩身外模底口设置了高精度模板调整支架，支架上安装24组竖向可调螺旋支座，可以对模板垂度进行微调。承台外模底口也设置了垂度调整丝杆。

2）大刚度

桥墩混凝土外表面不允许设置施工预埋件和预留孔，墩台外侧模板设计只能采用大跨度大刚度桁架结构，相邻两片通过大直径拉杆连接。外模板设计为以水平为主、竖向为辅的空间桁架体系（图1），桁架宽度最大达到3.5 m，模板单片或单层重量控制在100 t以内。考虑模板在混凝土浇筑过程中会产生一定挠度，两次浇筑混凝土接茬处易产生错台，在施工缝处设置了大刚度加固梁，见图2。

3）装配式

模板安装遵循装配式理念。承台后浇孔甩筋圆模[5]、墩身及墩帽内模均采用场外预拼装成型后整体吊装就位工艺。墩身高度较高，外侧模板安装采用了分层套装工艺。将每层的4片模板在场外预拼装成型，再自下而上将各层模板套装入墩身钢筋笼，见图3。采用分层套装工艺可提高功效1倍以上。

4）通用性

考虑桥墩型号多，模板设计充分考虑通用性，减少模板投入。对于断面相同高度不同的整体式和两节式桥墩，通过设置调整节模板解决不同高度问题。对于断面与高度均不同的三节式桥墩，设计为桁架通用板面更换结构的拼装式钢模板，桁架与板面间缝隙处设置异形楔形肋，墩身模板改制示例见图4。

图1　外模桁架Fig.1　Truss for external formwork

图2　加固梁Fig.2　Stiffening braces for formwork

图3　外模分层套装Fig.3　Erection of external formwork

图4　墩身模板改制示例Fig.4　Schematic diagram for refitting of pier formwork

桥墩模板技术研发立足于符合大型化、装配化、高精度要求，进一步完善了高难项目模板施工技术。

2.4复杂结构大体积混凝土防裂技术

港珠澳大桥预制墩台混凝土具有耐久性要求高、构件复杂、边界约束条件多、龄期差短等特点，增加了防裂控制难度。为解决预制桥墩产生裂缝问题，采用有限元仿真模拟分析墩身内部温度和应变情况，在墩身内部埋设温度和应变传感器进行原位测试。确定产生裂缝的根本原因是桥墩施工缝上下混凝土收缩不同步，在此基础上制定了减小混凝土降温收缩、减小混凝土湿度收缩、提高混凝土抗裂性能等相应防裂技术措施，较好地解决了裂缝问题[6]。

2.5桥梁墩柱立式出运技术

本标段共预制分节式桥墩17座，中上节墩身共49件，具有高宽比大、重心高、重量大的特点。中节墩身最大高度21.787 m，最大高宽比达到5.45，重心高度达10.9 m，最重2 386 t；上节墩身最高19.307 m，最大高宽比达到5.52，重心高度达12.3 m，最重2 532 t。从预制场到安装现场约50 n mile，海况复杂，台风、突风多发，桥墩运输风险大。为保证细高墩身陆上横纵移和海上运输的稳定性，根据构件结构的特点，研发了细高墩柱立式出运技术。墩柱立式主要通过设置钢-混凝土平台和内、外加固系统增加墩柱稳定性，实现安全出运。

1）钢-混凝土平台

钢-混凝土平台为厚钢板制作成的主、次梁箱式结构，对应构件接触区域、顶升区域和台车布置区域进行加强，并充填混凝土，见图5。

图5　钢-混凝土平台Fig.5　Steel and concrete platform

2）内加固系统

内加固系统分为预埋部分和外连接部分。预埋部分埋置在墩身混凝土内，利用φ40 mm精轧螺纹钢、拉结筋和套筒组合成锚固系统承受水平拉力和垂直剪力。外连接部分采用8根φ40 mm精轧螺纹钢拉杆将构件与钢-混凝土平台连接，形成整体受力结构，见图6。内加固系统可提供的稳定力矩按稳定性最差墩柱考虑。

图6　内加固系统Fig.6　Internal bracing system

3）外加固系统

墩身高度大于14.7 m、重心高度大于8 m、稳定系数小于1.7的桥墩海上运输设置外加固系统。外加固系统由2组三角桁架、2根水平钢箱梁和4根PSB1080级φ32精轧螺纹钢拉杆组成。三角桁架布置在构件长面两侧，自成稳定体系，两侧外加固装置顶端通过拉杆连接。外加固系统见图7。

图7　外加固系统Fig.7　External bracing system

采用墩柱立式出运技术实现了本项目所有构件的安全出运，解决了大型细高构件复杂工况下的安全运输问题，进一步完善了大型构件的运输工艺。

3　结语

依托港珠澳大桥CB03标研发的埋置式承台及墩柱预制出运技术，包含了大量新技术，对推动桥梁建设向大型化、装配化、工厂化发展具有一定意义，在同类工程中具有一定的推广价值。

[1]港珠澳大桥管理局.港珠澳大桥混凝土耐久性技术规程[S]. 2012.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Technical specification for concrete durability of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge project[S].2012.

[2]港珠澳大桥管理局.港珠澳大桥主体工程桥梁工程施工及质量验收标准[S].2012.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteriaforMainbridge engineeringof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S].2012.

[3]孙业发，刘长义，王海波，等.港珠澳大桥墩柱干接缝结构匹配预制技术[J].中国港湾建设，2015，35（8）：49-52.

SUN Ye-fa,LIU Chang-yi,WANG Hai-bo，et al.Matching precast technology in piers dry joints of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge [J].China Harbour Engineering，2015,35(8):49-52.

[4]孙业发，王伟，宋书东，等.大型预制桥墩钢筋笼整体吊装对接施工技术[J].中国港湾建设，2014（9）：55-58.

SUN Ye-fa,WANG Wei,SONG Shu-dong，et al.Integral hoisting and butt joint construction technology for reinforcing cage of largescale prefabricated bridge pier[J].China Harbour Engineering，2014(9):55-58.

[5]陈冲海，孙凯，孙业发，等.港珠澳大桥桥墩预制后浇孔甩筋内模设计与改进[J].中国港湾建设，2015，35（1）：39-42.

CHEN Chong-hai,SUN Kai,SUN Ye-fa，et al.Design and improve of internal formwork for pouring hole with extended rebar of prefabricated bridge pier of the Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[J]. China Harbour Engineering，2015,35(1):39-42.

[6]王新刚，孙业发，徐鸿玉.港珠澳大桥预制桥墩裂缝控制技术[J].中国港湾建设，2015，35（12）：66-70.

WANG Xin-gang,SUN Ye-fa,XU Hong-yu.Control technology for prefabricated pier crack of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge [J].China Harbour Engineering，2015,35(12):66-70.

Precasting and transportation technologies for embedded bearing platforms,piers and columns for sea-crossing bridges

SUN Ye-fa1,ZHANG Quan-lin1,LI Yi-yong2,SU Quan-ke3,SONG Shu-dong1,DING Zhi-jun1, YUE Ming-bin2,WANG Wei1
（1.No.5 Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Qinhuangdao,Hebei 066000,China; 2.CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China; 3.Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority,Zhuhai,Guangdong 519000,China）

Precasting and transportation technologies for embedded bearing platforms,piers and columns have been developed based on the works for Contact Package CB03 for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge.The technologies are conducive to ensuring the high quality of the precast elements,bridge's durability,and factory fabrication and assemblage of bridges,thus shortening the construction period and providing reference for other building projects.

sea-crossing bridge;embedded bearing platform;pier and column;precasting;transportation

U443.25

B

2095-7874（2016）05-0054-05

10.7640/zggwjs201605013

2015-12-03

2016-01-22

孙业发（1979— ），男，山东潍坊人，高级工程师，副总工程师，从事施工技术管理工作。E-mall：307953090@qq.com