吳澤生，黃宜龍

(1.港珠澳大橋管理局，廣東 珠海 519000； 2.廣東省長大公路工程有限公司，廣州 510000)

在埋置式承臺安裝過程中，承臺與鋼管樁間止水是關(guān)鍵工序，直接影響安裝效果，因此選擇合理的止水方式很重要?？傮w上止水方式劃分為剛性止水和柔性止水，剛性止水中應(yīng)用較多的材料有水泥砂漿、環(huán)氧樹脂等，具有適用性強(qiáng)、工藝成熟、成本低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)；柔性止水中所用材料主要有橡膠或生物材料。青島海灣大橋在施工過程中選擇水下混凝土套箱技術(shù)，利用膠囊膨脹有效地進(jìn)行套箱與鋼管樁的止水操作；孟加拉大橋采用現(xiàn)澆后吊掛法施工，并通過膠囊進(jìn)行止水，效果也很明顯。這種柔性止水方式是將相應(yīng)的膠囊設(shè)置在臨時(shí)鋼套箱內(nèi)，待承臺安裝到位后，膠囊充氣達(dá)到一定工作壓力而實(shí)現(xiàn)間隙止水的目的。港珠澳大橋在埋置式承臺安裝中就采用此種柔性止水方案。

1 埋置式承臺安裝方案

港珠澳大橋在橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用鋼管復(fù)合樁基、預(yù)制承臺及預(yù)制墩身方案。為了減少基礎(chǔ)的阻水率，保證珠江口排洪納潮及航道順暢，承臺采用了埋置式方案。承臺頂面與海平面齊平，而對應(yīng)的基坑開挖大部分位于軟土層，相應(yīng)的承臺、墩身施工采用預(yù)制安裝工藝，即承臺在預(yù)制場預(yù)制完成后，運(yùn)輸?shù)綐蛭贿M(jìn)行海上安裝,承臺與樁基之間采用混凝土后澆方式連接[1-2]。

港珠澳大橋樁基與承臺布置如圖1所示，其施工流程如下：1) 鉆孔灌注樁施工結(jié)束后，先開挖基坑，后安裝對應(yīng)的鋼套箱止水裝置，過程中由大型浮吊整體吊裝預(yù)制承臺，在墩臺精確調(diào)整到位后，開始進(jìn)行樁基與承臺止水；2) 圍堰內(nèi)抽水形成干施工作業(yè)環(huán)境后，進(jìn)行后澆濕接縫混凝土施工，待混凝土強(qiáng)度滿足要求后拆除鋼套箱,完成承臺安裝施工；3) 待后澆濕接縫混凝土強(qiáng)度滿足要求后，拆除鋼套箱，周轉(zhuǎn)用于下個(gè)墩臺施工使用[3-7]。

(a) 立面

(b) 平面

2 分離式柔性止水結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 柔性止水簡述

柔性止水是一種新型的止水方式，基于材料彈性變形而有效地適應(yīng)樁與承臺的運(yùn)動(dòng)模式，主要通過膠囊充氣膨脹實(shí)現(xiàn)樁基與承臺間隙止水目的。柔性止水可進(jìn)一步劃分為分離式和整體式止水系統(tǒng)[1,8-10]。

整體式柔性止水系統(tǒng)，主要由預(yù)留槽、膠囊、充氣裝置和速凝砂漿等單元組成，在施工過程中利用承臺作為止水系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)膠囊和承臺的整體下放。

分離式柔性止水系統(tǒng)主要由填芯鋼箱、膠囊、止水帶、充氣裝置、連接裝置、安裝牛腿以及千斤頂提升裝置等單元組成。

港珠澳大橋埋置式承臺在止水施工過程中，綜合考慮各方面因素，選擇了分離式膠囊止水系統(tǒng)，主要包括環(huán)形托盤、內(nèi)側(cè)止水膠囊、頂部GINA止水帶及張拉收緊裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分離式膠囊柔性止水結(jié)構(gòu)示意

2.2 環(huán)形托盤設(shè)計(jì)

環(huán)形托盤內(nèi)徑為鋼管樁直徑D+2×20 mm，徑寬700 mm，主要由鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)埋軟管、導(dǎo)向輪、預(yù)埋螺栓等相關(guān)單元組成，其結(jié)構(gòu)組成如圖3所示。

2.3 頂面GINA橡膠止水設(shè)計(jì)與施工

在托盤制作時(shí)需預(yù)埋安裝固定螺栓；在托盤頂面靠外側(cè)固定環(huán)形GINA止水帶，通過對GINA進(jìn)行壓縮而完成止水。作用在其上的壓力荷載約為40 kN/m，壓縮前的高度為74 mm，壓縮后的高度為46 mm。根據(jù)計(jì)算，由于總張拉力大于抽水后作用在托盤底面的浮力，抽水后托盤不會(huì)發(fā)生上移，因此能滿足止水要求。GINA止水帶安裝示意如圖4所示。

施工過程中，為確保混凝土平整度，固定螺栓采用了植筋模式來安裝，植筋孔徑為Φ16 mm，孔深45 mm，螺桿直徑12 mm，長65 mm；待托盤混凝土的強(qiáng)度滿足要求后進(jìn)行植筋，其后安裝墊板、GINA止水帶、壓板及緊固螺母。

(a) 環(huán)形托盤總體布置

(b) 托盤構(gòu)造設(shè)計(jì)

單位：mm

由于GINA止水帶壓縮后設(shè)計(jì)高為46 mm，水平方向?yàn)槿嵝越Y(jié)構(gòu)，為防止托盤水平晃動(dòng)或者傾斜而引發(fā)的止水帶一側(cè)過度壓縮問題，在止水帶外側(cè)固定高度限位，在托盤四周均勻布置4個(gè)。高度限位裝置為[10槽鋼，高度為46 mm。高度限位安裝完成后，需檢查其頂面標(biāo)高，同時(shí)確保4個(gè)限位標(biāo)高偏差不超過3 mm，并將頂面磨平。

其施工步驟如下：1) 先將一個(gè)環(huán)形GINA橡膠止水帶固定在托盤頂面外側(cè)；2) 利用千斤頂，通過張拉托盤使GINA橡膠進(jìn)行適當(dāng)壓縮而完成止水。

2.4 張拉收緊裝置設(shè)計(jì)與施工

張拉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用單根Φ15.2鋼絞線作為張拉桿，單根鋼絞線的張拉力為6.6 t。每個(gè)環(huán)形托盤設(shè)置了6個(gè)張拉桿，下端采用擠壓頭錨固。在托盤內(nèi)先預(yù)埋2根M24螺栓，同時(shí)確保錨固螺桿預(yù)埋時(shí)要形成整體，然后通過U型板進(jìn)行固定，確保后續(xù)可方便安裝鋼絞線。張拉收緊裝置總體結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

(a) 下端錨固

(b) 錨固螺桿固定

2.5 托盤內(nèi)側(cè)膠囊止水設(shè)計(jì)

膠囊質(zhì)量是控制本方案止水效果的關(guān)鍵，為此本項(xiàng)目對止水膠囊的結(jié)構(gòu)、材料及制作工藝進(jìn)行研究并不斷優(yōu)化。止水膠囊結(jié)構(gòu)如圖6所示，優(yōu)化后的止水膠囊設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

1) 止水膠囊為高34 cm、寬8.5 cm的圓端形矩形結(jié)構(gòu)，充氣后對應(yīng)的高度為16.5 cm，膠囊作業(yè)狀態(tài)的充氣壓力為0.3 MPa，可滿足在水深16 m作業(yè)環(huán)境的止水應(yīng)用要求。

2) 止水膠囊內(nèi)側(cè)設(shè)置了相應(yīng)襟條，以增強(qiáng)止水效果。

3) 止水膠囊主體選擇了彈性、強(qiáng)度都達(dá)到較高水平的橡膠復(fù)合材料，相應(yīng)的可耐壓超過2 MPa，復(fù)合簾布也表現(xiàn)出一定的拉伸收縮性。

(a) 止水膠囊結(jié)構(gòu)

(b) GINA止水帶結(jié)構(gòu)實(shí)物圖片

2.6 導(dǎo)向輪設(shè)計(jì)

為確保托盤順利下落，在托盤頂面均勻安裝4個(gè)導(dǎo)向輪，導(dǎo)向輪伸出托盤10 mm(朝鋼管復(fù)合樁方向)，焊接在托盤預(yù)埋角鋼上，托盤與鋼管樁的理論間距為20 mm，則導(dǎo)向輪可保證托盤的偏心≤10 mm，以確保止水膠囊的止水效果。導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)示意如圖7所示。

單位：mm

3 分離式柔性止水結(jié)構(gòu)安裝[11-15]

分離式柔性止水結(jié)構(gòu)裝置總體流程為：1) 沉放相應(yīng)的環(huán)形托盤+內(nèi)側(cè)止水膠囊+頂部GINA止水帶到預(yù)定標(biāo)高，使托盤頂部距承臺底部10 cm；2) 吊裝承臺并將承臺下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，并適當(dāng)調(diào)整位置；3) 拉緊鋼絞線，壓縮GINA止水帶，使環(huán)形托盤與承臺底部之間達(dá)到水平止水；4) 將膠囊充氣膨脹，使膠囊達(dá)到環(huán)狀；排干承臺內(nèi)的水，灌入快凝砂漿，焊接剪力鍵，完成體系轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)承臺預(yù)留孔處抽水、止水。該結(jié)構(gòu)具體安裝步驟如下：

(1) 準(zhǔn)備工作。鋼管樁抄平處理后，適當(dāng)控制樁頂標(biāo)高，在鋼管復(fù)合樁內(nèi)焊接6個(gè)牛腿，且每個(gè)牛腿上安裝6個(gè)20 t同步液壓三維千斤頂；在對應(yīng)的吊架中也安裝同樣的千斤頂，對標(biāo)高進(jìn)行調(diào)節(jié)。分離式柔性止水結(jié)構(gòu)安裝示意如圖8所示。

(2) 起吊托盤。將吊架抬升大約1 m；將吊架和鋼絞線上部連接后進(jìn)行浮吊起勾，在此操作過程中同時(shí)綁扎連接相應(yīng)的充氣管和鋼絞線；連接托盤和鋼絞線的下端后起吊托盤。

(3) 托盤套入樁內(nèi)。浮吊適當(dāng)旋轉(zhuǎn)吊臂，緩緩地將托盤吊裝于鋼管樁上方；然后緩慢地下放并套入鋼管樁內(nèi)，直至吊具接觸千斤頂上。三維千斤頂?shù)跫苈湓阡摴軜渡稀?/p>

(4) 墩臺吊裝。在此操作過程中確保墩臺到位情況下，通過樁頂?shù)娜S千斤頂調(diào)整裝置進(jìn)行精確位置調(diào)整及鎖定。墩臺現(xiàn)場吊裝施工如圖9所示。

5) GINA橡膠帶壓縮止水。連接油泵與千斤頂；啟動(dòng)油泵，同步張拉6根鋼絞線到位，止水膠囊充氣，承臺底板與鋼管復(fù)合樁間止水形成密閉狀態(tài)。

(a) 吊架結(jié)構(gòu)

(b) 結(jié)構(gòu)安裝效果圖

(a) 樁頂?shù)跫?/p>

(b) 墩臺現(xiàn)場吊裝

4 結(jié)束語

1) 海中安裝大型埋置式承臺采用柔性止水系統(tǒng)，是由環(huán)形托盤、內(nèi)側(cè)止水膠囊、頂面GINA止水帶及張拉收緊裝置形成分離式膠囊止水結(jié)構(gòu)。

2) 為保證環(huán)形托盤順利下落，在托盤頂面均勻安裝導(dǎo)向輪，控制托盤偏心，有利于膠囊止水。

3) 托盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)對吊點(diǎn)處、GINA橡膠處、吊點(diǎn)底部進(jìn)行受力驗(yàn)算，保證結(jié)構(gòu)安全。

4) 考慮到止水鋼圍堰施工期間的穩(wěn)定性和減小抽水工作量，托盤安裝后，宜選擇在低水位時(shí)進(jìn)行膠囊充氣止水。

5) 港珠澳大橋預(yù)制埋置式承臺在國內(nèi)首次成功應(yīng)用，其成功經(jīng)驗(yàn)為外海、大流速水域、惡劣氣象條件下的跨海橋梁的施工提供了新的方法，對促進(jìn)我國長大跨度裝備式結(jié)構(gòu)在跨海上橋梁施工作出貢獻(xiàn)，推動(dòng)了我國橋梁建設(shè)技術(shù)的進(jìn)步。