宁波舟山港主通道是长三角重大战略性海岛联络工程,项目连接富翅岛、舟山本岛、长白岛、岱山岛、鱼山岛等5座岛屿,含鱼山支线,全长36.777 km,主线按双向四车道高速公路标准设计,批复总概算163.24亿元。主要由舟岱大桥、鱼山大桥、富翅门大桥组成。其中,舟岱大桥连接舟山本岛与岱山岛,承载着数十万岱山县人民的“百年大桥梦”。鱼山大桥连接岱山岛和鱼山岛,为舟山国际绿色石化基地提供唯一陆路通道。
统筹谋划工程设计
鱼山大桥
鱼山大桥作为本项目支线桥梁,连接岱山岛与鱼山岛,主要为一座长7.78km的海域桥梁,由于鱼山岛石化基地建设与运营需要,要求在2018年底建成,建设工期仅27个月,要求苛刻,类似可借鉴的经验不多。项目建设围绕27个月工期要求,从减少海上作业时间和减少海上作业工序角度出发,突出统筹设计。
图1 项目位置图
在结构设计方面:上部结构全桥采用节段梁,与下部结构平行施工。主通航孔桥采用260m混合梁连续刚构桥,采用群桩承台结构;非通航孔桥采用50m和70m两种跨径,下部结构设计采用单桩独柱结构,根据墩高不同,分区域开展标准化设计。大直径桩统一为 3.8-3.0m、 4.5-3.8m、 5.0-3.8m等三种形式变径桩;双曲面花瓶形墩柱统一为 3.6m和 3.8m两种类型,取消了水中承台。每个墩桩基施工仅需25天,下部结构工期减少5个月左右。
图2 鱼山大桥统筹工程设计图
在施工组织方面:一是采用了海上7.8km全栈桥方案,人员、材料、设备等通过栈桥运输,各墩位作业环境“变海为陆”,减少了风和雾等恶劣天气对船舶作业影响,使年平均有效工作日从200天提升至300天左右。二是划分大标段,由一个项目部负责实施,形成组织集约化生产,提高各生产单位协调效率。
舟岱大桥
舟岱大桥全长25.6km,海域段长16.7km,为本项目主线,连接舟山本岛与岱山岛。项目建设面临挑战三大难点:一是现场管理难,施工海面宽达16.7km,交通不便,现场管理、检查难到达;二是安全管理难,路线穿越港区,通航船舶种类多、数量多,通航安全管理难,工人海上作业风险大;三是有效作业时间短,受海上、高空环境恶劣影响,海上大型船舶作业时间仅200天左右,生产效率低。针对这些难点,在“三减少”理念指导下,围绕快速施工需求,开展标准化设计。
图3 舟岱大桥标准化设计图
图4 舟岱大桥专业化的标段划分图
在结构设计方面。海域桥梁根据通航及限高要求,主通航孔桥为一座2×550m的三塔整幅钢箱梁斜拉桥,南通航孔桥为一座主跨390m的双塔钢箱梁斜拉桥,北通航孔桥为一座主跨260m的钢-混凝土混合梁连续刚构桥。三座航道桥累计长度2.89km,仅占全桥长度的 17%,使得占全桥长度83%的非通航孔桥结构设计与施工组织成为舟岱大桥的重点难点工作。在“三减少”理念下,非通航孔桥12.32km海域深水区采用70m标准跨,上部结构整孔预制安装,下部结构采用预制墩身和钢管群桩基础。2.85km三个登陆点海域浅水区采用62.5m或50m节段梁,基础采用常规钻孔灌注桩。非通航桥除了承台的现浇、部分墩身现浇、构件安装、钢管桩打设为海上现场管理,其余工作均实现了“移到岸上搬入工厂”。陆域桥梁上部结构除1处跨线桥外,均采用30m和28m标准跨T梁,下部结构除互通变宽区及匝道位置外,均采用预制立柱和盖梁。
工厂生产装配施工
大力推行工厂化生产,桥梁构配件预制化率大幅提升(见表1)。装配化率的提升最终实现了构件集中预制、钢筋集中加工、混凝土集中拌和的“三集中”工厂化管理理念。先期开工的鱼山大桥支线全线仅设立1个节段梁预制厂、1个下部结构钢筋加工厂、2个下部结构混凝土拌和厂;舟岱大桥全线只设立3个预制厂。
预制构件生产推行工厂工业化,突破传统桥梁工业化模式,借鉴制造业工业模式规划预制厂建设,坚持“工厂化、集约化、专业化、配送化”原则,实现构配件预制的流水线作业。
在构配件部件加工自动化方面,预制件钢筋加工引进钢筋部件多功能加工中心、自动化焊接机器人、自动焊弯圆机、数控钢筋锯切套丝打磨生产线等自动化设备,实现了不同规格原材的自动上料、弯曲成型、剪切一体化功能,保证了钢筋切割面的平整,提高钢筋焊接质量,报验合格率可达100%,为预制构件保护层厚度合格率达工前100%、工后95%以上的品质目标奠定坚实基础。
海域桥梁工业化
海域桥梁工业化围绕桩、墩、梁3个结构展开,下文按照钢管桩生产与施工、钢箱梁、钢护栏生产、海域墩柱工厂化生产、70m箱梁工厂化生产、海域70m非通孔装配化施工、节段梁工厂化生产与施工进行介绍。
钢箱梁、钢护栏生产
钢箱梁、钢护栏生产在国内桥梁领域实现两个首创应用:一是国内桥梁领域率先采用钢箱梁智能化打砂、喷涂系统,自动化覆盖率在95%以上。二是国内桥梁领域首个采用护栏立柱装配及焊接全自动化工作站,每天自动完成50套护栏立柱的装配及焊接作业,作业过程无须人工干涉。
海域墩柱工厂化生产
海域深水区非通航孔下部结构墩身采用大节段预制拼装空心墩,共368个预制墩,场内分“金钟罩”底节预制、中节和顶节预制,I类墩身墩高≤25m,整体预制安装,II类、III类墩高介于25m-45m之间,分两节预制拼装,IV类墩身为墩高大于45m的超高墩,分三节预制拼装,超高墩身数量达62个/186节,全桥共计694个节段,其中最大节段高度18.7m,最大节段重量596吨。生产工艺如图5。
图5 海域墩柱工厂化生产工艺图
70m箱梁工厂化生产
舟岱大桥海域深水区非通航孔上部结构采用70m跨预应力混凝土整孔箱梁。预制模板根据箱梁结构,分为底模、外侧模(8+1复合不锈钢面板)、内模及端模组成,箱梁底模为分块式模板,与台座焊接固定,外侧模为整体式桁架结构,端模为可纵移式,实现向外侧滑移拆模,内模为液压开合式结构,安拆实现整体式滑移。生产工艺如图6。
图6 70m箱梁工厂化生产工艺图
海域70m非通孔装配化施工
上部结构70m整孔箱梁和下部结构预制墩身采用大型浮吊装配安装。为破解海上预制墩身与承台间连接部位的耐久性问题,设计采用“金钟罩”+“止水带”的新型结构形式,有效提升墩身接缝部位耐久性。对墩身拼接预应力体系进行优化,采用自锁锚固替代齿块锚固,解决了齿块影响预制质量与功效、缩短了海上穿索时间、降低了海上作业风险。
图7 海域70m非通孔装配化施工工艺图
节段梁工厂化生产与施工
节段梁工厂化生产方面——节段梁均在工厂生产,制定节段梁预制安装“毫米级”的控制目标,通过精度影响因素敏感性分析,确定四大类14方面控制要求。归纳分析“梁重、弹模、管道摩擦系数、管道偏差系数、温度和存梁时间”等六大要素,通过梁段称重,模型修正、原材料离散性控制、恒温恒湿养护、存梁时间控制等措施,削弱计算误差影响。采用CFG桩复合地基降低预制厂地基沉降,通过高精度测量设备辅以“六点全站仪法”和“四点尺量法”的双法双核的测量方法,削弱设备系统误差和人为测量误差。通过模板系统变形监测、刚度提升、稳定系统增设等措施,削弱混凝土浇筑过程中模板变形影响。通过创新测量方法和墩顶块后注浆零偏差锚固工艺,实现节段梁的定位测量;采用相对坐标代替控制网,单联独立控制网,减少海面测距,将环境测量误差控制在1mm以内,并使用高精度全站仪,双人双测,严格规范早晚测量时机,桥位测量误差大幅降低。
图8 节段梁工厂化生产工艺图
陆域一体化装配化施工
陆域段桥梁预制构件装配施工致力于探索一种改善人居环境,减少农田占用的以人为本、绿色无害化穿越的陆域桥梁预制构件装配施工工艺,研发了具有自主知识产权的新型预制装配化桥梁绿色无害化快速一体化工业建造技术,发明了梁体、立柱和盖梁一体化架桥机,实现了全预制构件无便道架设,彻底摆脱了传统“低、小、散”的施工形象,工业化建造水平显著提升,施工质量和安全得到了有效保障,该技术为国内首创。
图9 陆域一体化装配化施工图
一体化架桥单跨安装工期,在设计阶段计划5.5天/孔,在施工过程中经过进一步优化,目前4天/孔,最快达到3.5天/孔。
模块化施工
为了应对恶劣天气带来的影响,降低工人海上作业风险,降低工人劳动强度。项目全面推行“模块化施工”理念,实现快速建造。钢筋绑扎、模板、大临设施、安全设施等各方面开展模块化施工,降低安全风险,提高施工质量,提高施工效率,工人生产环境得到有效改善。
现浇构件钢筋
鱼山大桥、长白支线现浇墩身钢筋采用工厂胎架绑扎,现场整体吊装,每个墩身钢筋骨架安装仅需0.5天,较传统现场绑扎钢筋工艺至少节省15天,有效应对海上作业时间短困难。
图10 现浇构件钢筋模块化施工图
主塔下横梁钢筋采用模块化施工,将下横梁钢筋骨架划分为底板、腹板、顶板及隔墙等8个模块,每个模块重约20t,均在工厂预制,桥位组拼。该工艺下的下横梁钢筋骨架现场安装仅需3天,施工周期仅为常规散绑工艺的1/5。
预制构件钢筋
预制构件钢筋加工从局部到整体都采用模块化施工,首先对齿块、横隔板等各部件模块化,然后将整体构件钢筋笼入模,既提高了台座利用率,又提高了钢筋加工精度。
图11 预制构件钢筋模块化施工图
大临工程
大临工程钢栈桥、海中平台、非通承台钢套箱混凝土底板等,先在工厂加工单元构件,然后现场拼装。鱼山大桥栈桥仅用时3个月完成了全线7.8km海上栈桥施工,创下了海上桥梁施工最短的全国纪录。舟岱大桥主通航孔桥共有7个大型海上作业平台,单个平台约5000m3,通过采用“岸上组拼、海上吊装”的施工工艺,实现平行流水作业,单个平台施工周期仅45天,节约工期达35天。其功效之高,创行业记纪录。
图12 大临工程模块化施工图
安全设施
安全设施夹桩平台、墩身接缝平台、防护栏杆、楼梯等防护设施同样采用模块化施工,整体安装,减少工人高空搭设作业时间,降低了安全风险。为有效规避水流、风浪、潮流对钢管桩的影响,采用钢管桩夹桩、割桩一体化工装,相比分别安装夹桩及割桩平台的传统方案,单次作业施工可节约3天,同时降低海上施工风险。
图13 安全设施模块化施工图
科学管理标准作业
在管理上,提出“向质量安全要进度”理念,通过保质量、保安全,来保工期、保效益,实现科学管理标准作业。
管理标准化
编制了《宁波舟山港主通道跨海大桥品质工程建设管理标准化手册》,实现“流程化、统一化、表格化”的“三化”管理。内容包括施工管理办法19项、施工管理规定34项、监理管理办法18项、监理控制要点33项,共104项。
工艺标准化
对分部分项工程的工艺、工序制定了标准要求,内容涵盖预制构件标准化、海域施工标准化、陆域施工标准化等方面,设计34个分项工程。以节段梁施工为例,通过对影响精度因素的敏感度分析,确定4大类14方面控制要求,并要求施工、监理、监控单位制定对策。并对预制、拼装等各个工序,分别制定精度控制要求,对施工技术规范进行补充。
班组作业标准化
通过提升工人的作业水平,打通了项目建设的最后一公里。一是开展了班组作业标准化,对班组首件交底,实行认可和清退制,提高工人作业标准化水平;二是加强班组日常管理,开展“6S”“6步走”管理,让工人从现场被管理者转变为现场管理者,实现员工素质的全面提升;三是组织班组立功竞赛、工人技能比武,提高工人获得感和参与度,推动农民工向产业工人转变。
管理者的思考
鱼山大桥结构设计采取全桥节段梁、单桩独柱,施工组织方面采取上下部平行作业、模块化施工、变海为陆、一个标段等措施,实现了7.8km跨海大桥,2016年9月开工,2018年12月完成,按照预定计划27个月建成。安全生产实现3个“零”,桩基100%为一类桩,墩身保护层合格率90%,节段梁保护层合格率97.8%,节段梁安装精度,50m跨合龙误差9mm,70m跨合龙误差20mm,260m跨合龙精度8mm。
舟岱大桥桥梁上部结构均采用装配化施工,12.3km非通航孔桩基础装配化率100%,墩身装配化率100%。陆域主线桥梁下部结构装配化率92.8%,互通匝道下部结构装配化率88.9%。
在建设初期,我们以打造百年品质工程为目标,秉持世界著名管理大师戴明关于“质量是生产出来的,不是检验出来的”的质量管理思想,寻求一种提高质量安全的有效途径,确定了“通过建筑工业化布局”,改传统生产方式为现代化生产方式,以建筑设计标准化、构件生产工厂化、构件装配化施工、模块化施工、科学管理标准作业等手段,构建全面系统的“桥梁工业化”模式。
本文刊载 /《桥梁》杂志
2019年 第6期 总第92期
作者 / 梅敬松
作者单位 / 浙江省交通投资集团有限公司
宁波舟山港主通道指挥部
编辑 / 陈晨
美编 / 赵雯
责编 / 王硕
审校 / 盛超 廖玲
《桥梁》杂志于2004年创刊,以促进科技发展,传承桥梁文化为办刊宗旨。以关注中外桥梁史上值得借鉴的案例、共享中外桥梁史上前沿的创新成果、结识中外桥梁史上久负盛名的大师、浏览中外桥梁史上蕴涵的悠久文化为办刊特色。杂志面向国内外发行,提供国内外桥梁界最新的学术动态及实践成果,以独特的视角报道桥梁工程设计、施工、科研、监理、管理、文化等内容,全方位反映桥梁科学技术创新,展示桥梁美学文化。设有关注、专题、亮见、资讯、技术、人物、文化、会客厅等栏目,集科技与文化为一体,具有可读性、实用性及收藏价值。
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