姜金凤
(济青高速铁路有限公司，山东 济南 250000)
摘 要 港珠澳大桥采取了承台和墩身整体预制安装的技术方案，在施工过程中针对不同水文地质条件，采用了大圆筒干法、分离式胶囊柔性止水、无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰3种预制安装承台的围护止水技术。针对墩身不同部位，墩身预制和安装采用了湿接和干接2种技术。工程实践表明，该方案具有施工便捷、混凝土质量优良、结构整体性好等优点，是我国跨海桥梁基础施工的发展方向。
关键词 港珠澳大桥;跨海桥梁;承台;桥墩;预制安装;湿接头;干接缝
港珠澳大桥是粤、港、澳三地首次合作共建的超大型基础设施项目。该跨海大桥由于特殊的地理环境和水文地质条件，常规施工方案不能保证工程安全、质量以及工期。桥梁下部结构特别是水下基础(承台)以及墩身水中部分施工难度极大，设计和施工阶段需要重点研究。根据施工环境和地质条件，港珠澳大桥采用了承台和底节墩身整体预制安装、墩身预制拼装的施工技术［1］，并取得成功。这在国内桥梁建造中尚属首次。
港珠澳大桥工程环境和施工条件恶劣，突出表现在:①桥址区风况复杂，台风登陆频繁，风速大，设计基本风速高达48.7 m/s;②桥位处航道众多，航行密度大，对航行安全要求高;③桥梁穿越珠江口中华白海豚保护区，环保要求严格;④工程所在地是珠江三角洲重要的泄洪纳潮通道，防洪压力大，必须尽量减小阻水率;⑤港珠澳大桥桥址区域海况条件复杂，腐蚀环境恶劣，对抗震性能、结构耐久性等方面的要求较高。综合考虑以上因素，要求尽可能减少水中或者水上作业时间，尽量降低安全风险和河道占用时间，同时满足质量要求［2］。因此，确定了“桥梁结构构件化、工厂化预制，现场安装”总体方案［3］，其中桥梁承台和墩身预制、安装是核心内容。
国内对于预制墩身施工有2种做法:①以东海大桥为代表，采用底节墩身预制，现浇接高;②以杭州湾大桥为代表，低墩区采用整体预制安装，高墩区采用现浇墩身。以上施工方法预制墩身与承台的连接均是采用现浇湿接头的方式。
港珠澳大桥非通航孔引桥采用了埋置式预制墩台技术。针对以往预制墩身与承台采用湿接头连接裂缝较多、难以有效控制质量、影响结构耐久性等问题，经研究决定采用底节墩身(水中部分)与承台整体预制、安装的施工方案，以避免在两者交界面形成施工缝，消除两者之间后连接所引发的各种不利因素，提高结构的整体性和耐久性［4］。
预制结构安装是整个施工过程的关键，既要保证无水作业环境，又要保证承台(预制构件)与钢管复合桩间的连接质量。针对不同的水文地质条件采用了大圆筒干法、分离式胶囊柔性止水、无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰3种预制安装承台的围护止水技术。其中，大圆筒干法适用于地层均匀分布、岩面埋藏较深、上覆盖土层需有一定厚度的不透水层的地质环境;分离式胶囊柔性止水技术适合水深较浅的水文条件;无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰技术使用范围较广。
桩基灌注桩施工完毕后，在桩基处采用八锤同步液压振动锤组，振沉大圆筒围堰至不透水层，以达到止水的目的。振沉完毕后，对大圆筒围堰进行加固，筒内挖泥抽水，形成墩台安装的干施工环境，然后进行墩台整体安装及后浇孔混凝土施工，混凝土后浇孔施工完成并达到养护龄期后，整体拔出大圆筒围堰，运至下一个墩台周转使用。
大圆筒干法围护止水技术的优点:①能提供较宽阔的海上干施工区域，作业空间大;②整体性、独立性强，止水性好;③支撑体系可灵活调整，筒内施工设备利用率高;④与传统围堰施工方法相比，减少了封底施工的步骤，施工周期短;⑤大圆筒能周转使用，具有较好的经济效益。但该技术依赖于大型先进设备的配合，对设备集成性要求高。此外，施工水域的水深须满足大型机械船舶设备的吃水要求。
在钢管复合桩施工完毕后，进行基坑开挖，然后将安装有承台顶防水钢套箱的预制承台整体吊装，精确调整到位后，利用设置在钢管复合桩和预制承台间的分离式止水胶囊实现水封目的，进行钢管复合桩与承台间的止水，之后进行围堰内抽水，营造干施工环境以便现浇预制承台预留孔，实现预制墩台和钢管复合桩的整体连接。混凝土后浇孔施工完成并达到养护龄期后，拆除钢套箱周转至下一墩台使用。分离式胶囊柔性止水技术原理如图1所示。
图1 分离式胶囊柔性止水技术原理示意
该技术的关键在于分离式止水胶囊的止水效果。分离式胶囊止水结构主要由环形托盘、内侧止水胶囊、顶面GINA止水带和张拉收紧装置组成。预制墩台调整到位后，通过收紧张拉装置，压合 GINA止水带，实现环形托盘与承台间的水平向止水，完成第1道水封作业。之后向设置于环形托盘与钢管桩间的止水胶囊充气，实现钢管桩与承台间的竖向止水，完成第2道水封作业，从而确保围堰内抽水后现浇预留孔混凝土的干作业环境。
承台吊装前，将“环形托盘 +内侧止水胶囊 +顶面GINA止水带”下放至承台底面以下预定标高，此时托盘顶面距离承台底10 cm;然后下放承台到设计位置并精确调位;继而张拉钢绞线，使GINA止水带压缩，实现环形托盘与承台底之间的水平止水;然后向胶囊中充气，胶囊膨胀，实现环形托盘与钢管复合桩之间的竖向止水;最后将承台内的水抽干，浇筑60 cm厚速凝砂浆，实现承台预留孔处止水。
分离式胶囊柔性止水安装技术的优点在于:①不需进行围堰等附加止水结构的施工;②承台顶面以下范围不需要围堰，施工较方便;③对大型机械施工设备的依赖性相对较小，经济性比较好。该方案的缺点在于:①钢套箱与承台形成的整体围护结构直接与海水接触，在海水作用下发生相对摆动，施工过程墩台止摆难度较大;②分离式胶囊止水结构的构造复杂，施工工序较繁琐，操作环节多;③对止水胶囊的质量要求较高，有一定难度和风险。
在水深较大、水流较急并且基底存在岩石地段，宜采用无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰安装技术。其施工要点如下:①在桩基施工完成后进行基坑开挖;②在桩基处分块进行围堰拼装，之后利用浮吊整体下沉，下沉到位后，进行水下封底混凝土施工，围堰内挖泥抽水，从而满足预制承台安装干作业条件;③整体吊装预制墩台，现浇承台预留孔混凝土，完成承台和桩基的连接作业;④后浇孔混凝土达到养护龄期后，利用浮吊整体拆除围堰，运至下一个墩台使用。该工法是在常规水上承台施工的基础上改进而来的，技术成熟，施工风险较小。
墩身预制和安装采用湿接和干接2种技术方案，其设计思路是:①考虑到底节墩身与承台整体预制，恶劣海况条件下安装精度难以满足墩身的安装精度和技术规范要求，为了方便施工，底节墩身与次节墩身采用湿接头，调整上节预制墩身的安装精度，消除安装误差和误差积累。这对于高度较大的预制墩身尤其重要［5］。湿接头技术避免了采用预应力体系，既回避了预应力体系失效或遭腐蚀带来的耐久性风险，又使得结构动力性能较优。②为确保结构的工程质量，提高结构耐久性以及外观质量，简化现场作业工序，缩短施工周期，其他节段采用干接缝胶结技术。干接缝设置于浪溅区以上。
湿接技术是在2个预制墩身节段之间设置现浇段，通过上下节段间预留的U形钢筋相互套接，并在套接区域设置水平钢筋。该连接方式使得套接部分钢筋与混凝土的锚固性能大大提升，提高了湿接头连接的可靠性，同时避免了常规方式的诸多弊端。这样既避免了上下节段间钢筋直接连接时对钢筋位置精准度的苛刻要求，又避免了搭接或锚固时对现浇段长度的要求，且减少了现场混凝土的浇筑量。
上节段预制墩身吊装时，支撑在下节段预制墩身顶面的临时设施上，通过三向调节装置精确调整上节段墩身姿态及位置，浇注湿接头混凝土，之后二次浇注临时支撑装置处的墩身混凝土，完成预制墩身节段连接。
为了解决现浇混凝土和预制混凝土之间的色差问题，设计时在预制墩身节段上设置裙边，从而在确保结构安全的前提下很好地解决了湿接的外观问题。预制墩身节段连接构造如图2所示。
图2 预制墩身节段连接构造示意(单位:cm)
上节段墩身运至现场后，先进行预对位，通过墩身空腔内的导向架的水平调位顶丝微调平面偏差。预对位后测量墩身倾斜度，然后起吊上节墩身，通过填塞不同厚度的镀锌薄铁片调整垂直度，连接上下节段墩身的预应力粗钢筋，并在拼接缝涂抹环氧树脂，再次下放上节段墩身，张拉预应力粗钢筋，28 d后复拉，波纹管压浆，封锚，完成干接缝施工。干接缝的典型构造如图3所示。
图3 预制墩身节段连接干接缝的典型构造示意
大直径高强螺纹钢筋一般采用热轧或滚压螺纹钢筋，钢筋外形为连续全螺纹，具有强度高、握裹力可靠和锚固回缩小的优点，因其技术成熟在国外被广泛应用。为满足港珠澳大桥干接缝快速施工的特点，考虑到粗钢筋具有方便施工的特点，设计采用直径75 mm的大直径预应力粗钢筋为干接缝施加预应力。粗钢筋(见图4)屈服强度为830 MPa，抗拉强度为1 030 MPa。高强螺纹钢筋采用滚压连续全螺纹，以提高螺纹面积，降低高强螺纹钢筋锚具的内缩量，提高锚固性能。
另外，为提高高强螺纹钢筋的耐久性，设计时高强螺纹钢筋锚固体系采用了真空灌浆防护体系。高强螺纹钢筋锚固体系包括张拉端锚固系统、固定端锚固系统、钢筋接长系统和波纹管连接密封系统4个部分，如图5所示。
图4 预制墩身预应力粗钢筋构造示意(单位:mm)
图5 预制墩身预应力粗钢筋锚固体系示意
工程实践表明，承台和墩身整体预制及高墩预制安装技术具有施工便捷、快速，混凝土质量优良，结构整体性好等优点，必将成为我国跨海桥梁基础施工的发展方向。
参考文献
［1］中交公路规划设计院有限公司.港珠澳大桥初步设计文件［Z］.武汉:中交公路规划设计院有限公司，2009.
［2］邹丰，刘鹏.墩台整体预制安装在外海平台施工中的应用［J］.水运工程，2015(8):78-80.
［3］方明山.港珠澳大桥非通航孔桥下部预制墩台设计关键技术［J］.中外公路，2015，35(1):112-117.
［4］郭熙冬.港珠澳大桥承台墩身工厂化预制施工技术［J］.桥梁建设，2014，44(2):107-111.
［5］中铁大桥勘测设计院集团有限公司.港珠澳大桥施工图设计文件［Z］.武汉:中铁大桥勘测设计院集团有限公司，2012.
Construction Techniques for Prefabrication and Installation of Bearing Platform and Pier of Sea-crossing Bridge
JIANG Jinfeng
(Jiqing High Speed Railway Co.，Ltd.，Jinan Shandong 250000 ，China)
Abstract T he bearing platforms and piers of Hong Kong-Zhuhai-M acau Bridge were prefabricated and installed as integration.During the process of construction，three watertight enclosure structures including dry assembly with large cylinder，flexible watertight by separation type capsules and double-wall interlocked steel box cofferdam without inner support were respectively used based on different hydrogeology conditions.According to different parts of piers，pier prefabrication and installation applied two methods including wet connector and dry joint.Practice indicated that the above techniques have many advantages，for example construction is convenient and fast，concrete quality and structural integrity are good and so on.It will be the development direction of foundation construction of sea-crossing bridges.
Key words Hong Kong-Zhuhai-M acau Bridge;Sea-crossing bridge;Bearing platform;Pier;Prefabrication and installation;W et connector;Dry joint
中图分类号 U445.55+9
文献标识码： A DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2017.09.13
文章编号:1003-1995(2017)09-0057-04
(责任审编 李付军)
收稿日期:2017-04-20;
修回日期:2017-05-13
作者简介:姜金凤(1984— )，女，工程师，硕士。
E-mail:275579041@qq.com
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