既有水中承臺的立柱施工技術

許國杰

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200433

1 工程概況

奉浦東橋總長545.3 m，跨徑布置為（85.15＋125＋125＋125＋85.15） m（圖1）。樁基采用φ900 mm鋼管樁，承臺為高樁承臺，于前期施工完成。立柱為鋼筋混凝土空心立柱，采用現澆工藝，上部結構采用預應力波形鋼腹板連續梁結構形式，采用預制拼裝施工工藝。

圖1 奉浦東橋現狀

主橋共6根立柱，水中65#、66#立柱位于江中間，施工部署更復雜、難度更高。水中立柱為鋼筋混凝土箱形斷面變截面空心橋墩，底部截面10.6 m×4.6 m，漸變至頂部截面9.6 m×4.6 m，中墩高度為24.728 m。立柱空心截面采用單箱雙室，標準截面為3.6 m×3.4 m，兩端截面為2.0 m×2.0 m。立柱采用普通C40混凝土，方量為620 m3。立柱結構形式如圖2所示。

圖2 水中立柱結構示意

2 水中墩立柱現澆施工總體技術路線

考慮到65#和66#立柱為水中立柱，采用孤島式水中平臺，操作平臺、材料運輸、起重設備選型、混凝土供應等都經過深入對比分析，選擇合理高效的工藝及措施[1-2]。

2.1 垂直運輸方案

施工過程中，起重設備選型影響施工安全、進度、質量等方面，根據安全防護架、鋼筋、模板等最大起重量4 t，起重設備擬采用汽車吊或者塔吊，次中墩施工平臺通過棧橋與陸上聯通，采用20 t汽車吊作為起重設備。而中墩根據水上施工平臺位置、立柱高度等因素，若采用汽車吊則需要80 t級以上，才能滿足吊裝工況?？紤]操作安全性和經濟性，最終選取1 600 kN·m級塔吊作為中墩施工垂直起重設備[3]。

2.2 混凝土供應方案

水上立柱施工，混凝土澆筑可采用水上攪拌船、水上平臺設置臨時攪拌站、長距離泵管輸送等方式。為了充分保證混凝土澆筑的可靠性和實施方案的經濟性，通過多種方案比選，本工程混凝土澆筑最終選用車載泵＋泵管＋布料機的施工工藝，利用橋側的奉浦大橋，夜間封閉1條車道停放車載泵和混凝土車，通過車載泵將混凝土輸送至布料機，并布料至立柱內[4]。

2.3 立柱現澆方案

現澆立柱常規施工采用盤扣支架搭設操作平臺，但盤扣支架安拆周期長，水上安拆損耗大，安全風險高。本工程擬采用定型安全防護架作為施工操作平臺，安全防護架于鋼平臺上組拼，起重設備安裝，具有安拆方便、可周轉使用、損耗小、安全穩定等優點。

立柱模板采用內外鋼模板，水中4根立柱采用1套模板，并配備承重段模板以便周轉使用。立柱施工采用流水施工工藝，立柱模板從下往上拆除，拆除模板周轉至另一立柱施工（圖3）。

圖3 立柱施工總體布置現場

3 垂直運輸關鍵技術

3.1 垂直運輸方案

根據現場起重量，選擇采用2臺1 600 kN·m級塔吊作為中墩施工垂直起重設備。塔吊大臂工作半徑為30 m，最大起重量10 t，臂端吊重5.7 t。選擇其獨立高度為46 m，不設置扶墻。同時為了保證吊裝范圍不覆蓋奉浦大橋，于大臂上設置限位設施。

3.2 塔吊布置及塔吊基礎設計

為了保證塔吊標準節離主梁防撞墻邊緣50 cm的吊裝安全距離，塔吊基礎無法完全設置于原有承臺上。因此，塔吊基礎設計考慮了水中鋼管支架基礎、承臺上外挑型鋼基礎、承臺上外挑混凝土基礎3種方案，基于安全靠、可操作性、經濟性等多方面考慮，避免塔吊基礎不均勻沉降的不利影響，最終選擇在原有承臺上外挑型鋼基礎作為塔吊基礎的方案。

外挑型鋼基礎采用型鋼框架結構，采用雙拼H700型鋼作為主梁，間距2 m（塔吊標準節中心間距2 m），并采用單拼H700型鋼作為系梁連接（圖4）。主梁頂板設置3 cm厚鋼板找平，并與塔吊基礎節鋼支腿采用栓接連接。型鋼框架采用植筋形式與承臺錨固連接[5]，塔吊基礎的型鋼框架與承臺間采用4個錨固區，每個錨固位置設置12根JL25精軋螺紋鋼（PSB830）將承臺和型鋼頂板連接。測量放樣確定平面位置后，采用鉆孔機在承臺上鉆孔，鉆孔深度為40 cm，直徑35 mm?？锥辞謇硗戤吅?，植入精扎螺紋鋼及錨固膠黏劑，養護后經拉拔力檢測，可承受400 kN拉力，滿足塔吊基礎抗拉強度要求。

圖4 塔吊基礎結構

非工作狀態下，臂長30 m，取1＋17標準節段，扭矩為455 kN·m；工作狀態下，臂長30 m，取1＋17標準節段，扭矩為455 kN·m。

3.3 塔吊構件安裝

塔吊構件運輸至工地后進行散件整拼，形成框架結構后，由汽車吊吊至運輸船，船運至65#和66#鋼平臺，由120 t浮吊卸船并進行安裝。安裝流程為安裝固定支腿，過渡節，標準節，回轉總成，平衡臂，起重臂總成，平衡重，穿繞鋼絲繩，塔機試運行及檢測等[6]。

4 混凝土供應關鍵技術

4.1 混凝土供應對策

水中立柱混凝土澆筑，可采用攪拌船、長距離泵送等施工工藝。攪拌船租賃期無法滿足項目要求，且租賃費用高，而且長距離泵送施工風險高，堵管后修復難度大，自由落體高等問題，綜合本工程特點，擬采用車載泵＋布料機＋鋼管支架的施工方式，夜間封閉奉浦大橋一條車道，用于?？寇囕d泵和混凝土車，混凝土由運輸車放料至車載泵，經布料機輸送至鋼模板內。

4.2 布料機及支架設計

布料機采用布料半徑21 m，液壓控制旋轉布料機，向專業設備廠家采購。布料機自重11.8 t（含配置）支腿寬度5.5 m，整機高度4 m。布料機支腿與底部支架焊接固定。

布料機鋼管支架4根φ478 mm×10 mm的鋼管作為支撐結構，分別支撐在東、西側承臺上。支架頂部主橫梁采用雙拼H588型鋼，頂層連接系桁架采用單拼40a工字鋼，其余連接系采用單拼25a工字鋼連接，底部與承臺上的預埋件鋼板焊接連接，部預埋鋼板與承臺采用精軋螺紋鋼錨固連接，植筋方式同塔吊基礎相似。布料機總質量10.5 t，配重2.6 t，產生的彎矩91.3 kN·m，臂架總成彎矩1573 kN·m，管內混凝土質量1.4 t，產生彎矩238 kN·m，風荷載按8級風考慮，取20.7 m/s，施工荷載為2 kN/m2。

布料機基礎結荷載組合：按極限狀態法進行設計，考慮只加配重不澆筑混凝土工況：1.2倍自重＋1.4倍布料機荷載＋1.2倍配重＋1.1×0.75倍風荷載＋1倍施工荷載＋1.4倍臂架總成彎矩；澆筑混凝土不加配重工況：1.2倍自重＋1.4倍布料機荷載＋1.1×0.75倍風荷載＋1倍施工荷載＋1.4倍混凝土荷載＋1.4倍臂架總成彎矩。

4.3 布料機支架安裝

布料機及支架采用120 t浮吊安裝，支架鋼管采用后場分2片制作，橋位處安裝并固定連接系，連接固定的方式，支架頂平臺整體制作后，現場安裝。布料機分底座、布料系統、配重3部分安裝。

5 現澆施工關鍵技術

5.1 施工平臺及通道

根據以往高立柱施工，采用盤扣支架作為施工通道，存在安拆效率低，操作平臺、水上施工損耗大等問題?；谏鲜銮闆r，本工程立柱采用標準化安全防護架作為操作平臺，突出平臺安拆高效、安全、經濟的特點。

標準化安全防護架采用定型模塊，單個模塊由底框、支撐、側框、平臺板、防護網等組成，采用法蘭穿孔、螺栓連接，另設置樓梯、蓋板、外掛平臺板等附屬設施。單個模塊平面尺寸為1.3 m×1.3 m，高度2.1 m，采用方鋼、角鋼等材料制作，質量約170 kg。

安全防護架安裝采用汽車吊、塔吊等設備進行安裝，利用現有承臺作為基礎，對于不平整的地方，采用鋼板對底部進行抄墊，滿足平整度、承載力等方面的要求。同一層框架單元之間采用上下各2個螺栓進行橫向連接，上下層拼裝時，上層框架與下層框架采用錐頭對位安裝，樓梯與框架之間采用螺栓連接。安全防護架在安裝過程中以6 m的標準安裝扶墻件，同時與框架外側設置鋼絲繩，保證結構整體穩定。

5.2 鋼筋施工

本工程立柱鋼筋在前期已預埋并由混凝土包封，鋼筋施工前，采用人工風鎬破除包封混凝土，將預留鋼筋清理干凈后進行新鋼筋焊接連接。破除時注意原有鋼筋保護，由于前期預留鋼筋直徑為22 mm，鋼筋布置密，因此在鋼筋綁扎過中，嚴格控制鋼筋間距，注意四周倒角范圍鋼筋布置。

5.3 模板施工

立柱模板根據立柱截面制作一整套鋼模，于主橋6根立柱周轉使用。模板采用定型鋼模板，外模采用鋼面板＋次楞＋主楞的結構形式，內模采用鋼面板＋加勁肋的結構形式?？紤]到主橋6根立柱的周轉使用，立柱兩側弧形模板單獨制作，其余正面平模板通用。對拉螺桿采用JL25精軋螺紋鋼，部分超長螺桿采用接駁器連接。墩頂實心段底模采用型鋼＋竹膠板的結構，采用立柱內側預埋凹槽用于底模型鋼支撐。

根據立柱類似于翻模的施工工藝，鋼模板拆除采用從下往上的順序，并預留頂部模板作為上節立柱模板支撐段。拆除的模板，可周轉至另一個立柱施工。

5.4 混凝土澆筑施工

立柱混凝土澆筑采用車載泵＋布料機形式。夜間封閉老橋鄰近新橋的1條車道，車載泵倒車至指定位置，混凝土車開至車載泵前，倒車將放料口貼近車載泵進料口?；炷两涇囕d泵泵送至布料機內，均勻布料至立柱內。

根據夜間可利用時間，每次混凝土方量控制150 m3左右，澆筑時間為4～5 h，確保澆筑完成后交通的恢復。

6 結語

本文根據立柱高度及施工條件，選擇定型安全防護架作為操作平臺和施工通道，提升施工安全和效率，降低措施損耗；同時提出一種與舊有承臺錨固的懸挑式鋼結構塔吊基礎，大大降低了施工成本，縮短了工期，提高了安全系數；闡述了一種從既有老橋上通過布料機進行立柱施工的澆筑方式，增加了水上立柱混凝土施工工藝的多樣性，降低了施工成本，可為類似的工程施工提供參考依據。