港珠澳大桥工程墩台吊装施工及措施

港珠澳大桥青州航道桥辅助墩、过渡墩
辅助墩、过渡墩墩身为薄壁空心墩，辅助墩、过渡墩墩身高度分别为37.6m、35.4m，其中0.5m进入承台。每个桥墩分为上、中、下三个节段。下节段墩身高度为5.5m，其中0.5m伸入承台；辅助墩、过渡墩中墩身高度分别为21.6m、19.4m；上节段墩身高度为10.5m。
墩身截面外侧尺寸为15m×5.5m(横桥向×顺桥向),倒角为1.5m×0.3m(横桥向×顺桥向)，内侧倒角为0.5m×0.2m(横桥向×顺桥向)。墩身壁厚1.2m。上节段墩身横向变宽，变宽段高10m，顶部横向宽度21.4m。墩顶设有检修槽口，深1.5m。墩顶支座横向中心距18m。对于过渡墩上节段墩身，横向变宽段在纵向同样打开，纵向宽度由5.5m增加至7.3m。
港珠澳大桥深水区非通航孔桥
桥梁工程CB03合同段深水区非通航孔桥承台为六边形，等宽段尺寸14.8m×11.1m×4.5m（横桥向×中心顺桥向×承台高度），在桩基对应位置，承台设有预留后浇孔，后浇孔直径3.6m，侧壁设有环向剪力齿，齿高0.1m；变宽段尺寸为16m×12m×5m（横桥向×中心顺桥向×承台高度），在桩基对应位置，承台设有预留后浇孔，后浇孔直径3.8m，侧壁设有环向剪力齿，齿高0.1m。
除16#墩外，其它桥墩为薄壁空心墩，分为两类，Ⅰ类过渡墩为分段式墩身，分为上、中、下节段；Ⅱ类过渡墩为整体式墩身。Ⅰ类过渡墩下节段墩身与承台一起预制，下节段墩身高度为14m、14.6m两种，上节段墩身高度为8.5m。Ⅱ类过渡墩墩身整体与承台一起预制，设有施工缝，位于变截面段底部下方0.5m。见图5.4-1、5.4-2。
16#墩与岛桥结合部非通航孔桥相接，为整体式墩身，设有施工缝，位于变截面段底部下方0.5m处。墩身整体与承台一起预制。墩身截面尺寸为10m×3.5m(横桥向×顺桥向)，倒角为1.5m×0.3m(横桥向×顺桥向)，墩高15.735m（含盖梁）。墩顶盖梁高6.0m，底部截面与墩身相同，顶部截面尺寸24.5m×5m（横桥向×顺桥向)。为适用深水区和岛桥结合部非通航孔桥不同的梁高，盖梁顶在岛桥结合部非通航孔桥侧设有错台，截面尺寸为高1.5m，宽2.5m。最重整体式墩身为16#，重量约3380t；最重承台及下节墩身52#、53#，重量约3174t；最重中节段墩身为53#，重量约1497t；最重上节段墩身为51#，重量约932t。
墩台吊装施工及措施：
(1)施工方案
依据各预制墩台的重量，墩台的运输、安装分为三种情况施工：
①“宇航起重3000”浮吊吊装装船、大型运输驳船运输、“宇航起重3000”浮吊安装
非通航孔桥整体式墩台（16#除外）、分节段预制承台与下节段墩身、青州航道桥墩身，采用“宇航起重3000”浮吊吊装装船、大型运输驳船运输、“宇航起重3000”浮吊（16#除外）安装方案。
预制墩台纵横移至出海码头前端，利用“宇航起重3000”浮吊吊装装船下海，8000t大型运输驳船运输至待安装墩位，抛锚定位后用“宇航起重3000”浮吊安装至已完成的钢管复合桩上，调节其平面位置及高程，吊挂在边角四根钢管复合桩上。
②“小天鹅”号运架船吊装、运输、安装
非通航孔桥分节段墩身中节段及上节段，采用“小天鹅”号运架船吊装、运输、安装方案。
预制墩台纵横移至出海码头前端，利用“小天鹅”号运架船吊装、运输至待安装墩位，抛锚定位后安装预制墩台。
③非通航孔桥16#整体预制墩台吊装、运输、安装
非通航孔桥16#墩为本合同段内最重节段，重约3600t（含围堰、支撑等），采用“振浮7#”浮吊吊装下海，8000t大型运输驳船运输至待安装墩位，抛锚定位后用“振浮7#”浮吊安装已完成的钢管复合桩上，调节其平面位置及高程，吊挂在边角四根钢管复合桩上。
(2)承台及下节段墩身（或整体墩台）安装
①安装施工流程
承台及下节墩身安装施工流程详见“图5.4-35 承台及下节段墩身安装施工流程框图”。
②安装施工步骤
承台及下节墩身安装施工步骤详见“图5.4-36 预制墩台运输及安装施工步骤图(一)”、“图5.4-37 预制墩台运输及安装施工步骤图(二)”。
③墩台安装前的施工准备
A、选择合适时点
墩台的安装施工对水文气象环境依赖度较高，为海上作业，受水流、波流和风等因素影响较大，因此首先选定合适的作业时点。
根据气象情况的了解，由于风、雨、雾等恶劣天气影响吊装和测量工作，必须随时掌握天气情况，吊装工作应选择作业点风速5级以下，无雨雾天气，并且温差变化较小的时段内进行。
B、基坑开挖、钢管复合桩施工完毕
墩台安装前基坑开挖、钢管复合桩必须施工完成方可进行。



④墩台安装方法
A、墩台预制时要准确安装吊具。
B、桩基施工完毕后还应对桩顶口进行处理，采用打磨机磨平钢管顶面，保证钢管顶面水平，同时钢管顶面与导向装置之间设置一圈铅板，以确保钢管顶面受力均匀。此外，在每根钢管顶部需设置工具式导向装置，以承台预留孔顺利穿入钢管，防止承台底部混凝土槽口损伤。
C、墩台在运输过程中采取抗滑移、抗倾覆等措施。
D、“宇航起重3000”浮吊下放墩台时，缓缓落钩，利用钢管导向装置穿入钢管，直至吊具搁置四根钢管复合桩顶部，逐渐顶升吊具的竖向千斤顶，通过实时反馈的竖向千斤顶监控系统，待四个千斤顶受力均匀后松钩，完成墩台由吊装船受力向钢管复合桩受力转换。
⑤导向装置
在钢管桩桩顶设导向装置，作为承台下放时的导向和施工平台，承台墩身精调时在导向装置上放置三向千斤顶作为精调装置，详见“图5.4-38 墩台安装导向装置结构示意图”。





⑥精确定位
A、墩台精确调位施工流程
墩台精确调位流程详见“图5.4-39 墩台精确调位流程框图”。




B、精确调位方法
墩台精确调位通过各调整油缸组来完成，调整油缸分组详见“图5.4-40墩台调整油缸分组框图”，其中竖向调整、X向调整、Y向调整和墩台顶紧油缸组用于精确调位。各油缸组的每个油缸均可独立控制伸缩的位移和载荷，实现精确调整。
a.墩台垂直度调整
墩台垂直度主要控制墩身垂直度，通过X向和Y向油缸组来精确调整。墩台垂直度变化时，4个支点的竖向千斤顶荷载将发生变化，因此在调整过程中应同步观测各竖向千斤顶的负荷，并同步进行相应调整，确保4个支点的竖向千斤顶受力均衡。
b.墩顶标高调整
墩顶标高调整通过竖向调整油缸组来完成，由于调整墩顶标高是在墩身垂直度调整后进行，因此标高调整时，竖向调整油缸组的4个油缸同步调整。
c.墩顶平面位置调整

当墩台垂直度及墩顶标高调整到位后，利用X向、Y向油缸组来进行墩顶平面位置的精确调整。根据实测墩顶平面位置偏差，通过X向、Y向油缸组实现墩顶平面位置的精确调整。
C、墩台调位精度控制
a.质量检验评定标准
根据《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)，墩、台身安装的质量标准详见“表5.4-22 墩台安装实测项目表”。

b.调位设备精度控制
墩台的精确调位主要采用液压千斤顶来控制，参与精确调位的千斤顶包括：吊具上的水平千斤顶(X、Y两个方向)和悬挂系统的三向千斤顶。精确调位的主要原理是：通过GPS定位信号，由主控系统进行定位分析计算，输出控制指令，控制各向调位油缸的伸缩，从而实现精确定位。
该系统调整范围及控制精度详见“表5.4-23 调位系统调整范围及控制精度表”。


其中压力传感器为德国进口，测量精度为5‰；行程传感器主要元件为德国进口，实时测量油缸的行程，测量误差0.1mm。
根据调位系统的调整范围及控制精度可知，调位设备能保证安装精度要求。
(3)预制墩台安装的精度和测量控制
预制墩台安装施工测量主要工序包括：吊装定位、墩身安装精调位及验收测量。测量与监控的关键工序：平面和高程基准测量，墩身顶口坐标、高程测量及墩身垂直度测量。
①吊装过程测量
吊装控制测量采用GPS定位系统。根据预制时在墩顶标定的测量控制点，在预制承台、墩身下放过程中，实时测量定位点的位置和高程，经过计算机程序计算出承台、墩身下放过程中的平面位置、倾斜度、平面扭角等下放定位参数，控制承台、墩身的下放定位。实测数据与设计坐标成果对比分析，确认最终安装位置。
②精确调位
平面位置测量采用GPS-RTK法控制，垂直度采用高差推算法与激光铅直仪法共同控制，并以垂球法复核。高差推算法通过观测墩台身上4个角点高差，精确推算墩台身倾斜度，采用天宝DiNi03电子水准仪，标称精度：±0.3mm/km。通过测量数据指导调位系统进行墩台垂直度、高程、平面位置精确调位。
(4)中、上节段墩身的安装施工
根据总体方案，中、上节段预制墩身全部采用“小天鹅”运架船安装。
中、上节段墩身安装施工详见“图5.4-41 中、上节段墩身安装施工步骤图”。
在承台及下节预制墩台（或中节段）上设置节段导向装置和临时垫块（或混凝土支撑柱），利用“小天鹅”号吊装中节段墩身（或上节段墩身和墩帽），上下构件之间设置可调装置，延着导向装置搁置于临时垫块（或混凝土支撑柱）上，精确调整对位后，连接预应力粗钢筋并安装塑料波纹管墩身接缝密封装置，在接缝处喷涂环氧树脂，取走临时垫块（或混凝土支撑柱），下落中节段墩身（或上节段墩身和墩帽），再次精确微调定位，完成张拉预应力粗钢筋及真空压浆。
分段式墩身接缝处涂抹环氧树脂(或环氧砂浆)，材料应符合ASTM32标准和其它适用的工业标准作完全试验的高交连(cross-linked)环氧树脂。
①施工准备
A、按安装预制墩台计划安排顺序，安排专人对存储场待架节段墩台逐一进行检查，并作好安装前预制墩台检查台帐。检查工作应提前一定时间进行，并与预制工区对应责任人经常和定期联系核对。
B、选择合适时间对安装节段墩台两端面进行拼装前的处理。用电动钢丝刷刷清接触面并排除灰尘等影响胶拼质量的因素。
C、在存储场放好预制墩台安装各向中线和相关标志标线，以便吊装时快速对位、定位。
D、安装节段起吊浮吊准备就绪。其吊装用浮吊属大吨位水上起重机械，在预制节段墩台吊装之前对吊装船进行全方位检查、检验、检测工作。
E、墩顶标高的复测、临时垫块的施工、导向装置的安装均需通过检查合格。
F、试验室应提前做好环氧树脂胶粘剂的配比试验工作。
G、吊装节段预制墩台之前应上报分项工程开工申请报告，获得监理工程师的批准。
H、组织安排好机械、人员、设备等各环节工作。
②测量控制
由于墩身匹配预制，在分节安装时，墩身的平面位置控制是测量控制的关键环节，为满足规范对安装精度的要求，墩身平面位置使用2台全站仪同时观测。
平面位置控制：首先在已安装的墩身顶部测放出墩身轴线，通过吊具上的调节装置在墩身下放时初步调节平面位置，对应墩身导向装置，缓缓下放，通过墩身导向装置放置在临时垫块上，平面位置即可在控制范围内。
安装标高控制：墩身标高采用层层控制的方法，即从承台及下节段墩身安装时开始，安装时均将标高的偏差值控制在范围之内，根据该值再调整垫块高度，尽量降低累计误差。
③墩身外部施工平台
预制节段墩台导向设置安装、墩台精确定位微调、安装及取消临时垫块、连接预应力钢筋、涂装环氧树脂等均需要一个操作平台。
操作平台不仅供操作人员使用，还需要承载其它操作必须器材、设备重量。操作平台采用钢结构。
操作平台如“图5.4-42 墩身外部施工平台布置图”所示。

④预制墩台导向装置
本项目所处区域属南亚热带海洋性季风气候区。处于热带气旋路径上，登陆和影响的热带气旋十分频繁。为减小波浪对安装船体冲击摆动幅度，降级季风对安装墩台产生的不利影响，特在底节段墩顶上方设置节段墩台导向装置。
导向装置有6套预埋件组成，单块预埋件像“尖刀”形状，置与下节段墩台顶面内部，预埋件与下节段墩身用螺栓连接，上节段墩身内部埋置钢板，墩台对接时，使“尖刀”沿着钢板插入。墩身对接导向装置如“图5.4-43 墩身对接导向装置示意图”所示。



⑤中、上节段墩身安装施工
中节段（上节段）墩身吊装就位前，在承台及下节段墩身（中节段）顶部预留位置安装对接导向装置及临时垫块，利用薄钢板调整临时垫块标高，必须确保四点的标高一致并符合设计要求。临时垫块顶部安装橡胶支座，以缓冲上部墩身下放时的冲击力。临时垫块位置如“图5.4-44 墩顶临时垫块位置示意图”所示。

“小天鹅”号运架船将中节段（上节段）墩身运至待安装墩位，抛锚定位，通过绞锚将墩身吊至对应的待安装的墩位上方，缓缓落钩，当墩身降低至距支撑柱橡胶支座顶面1250px时停止落钩，通过调整吊具的调节装置初步调整墩身平面位置后，缓慢下落，直至上下导向装置套拢，墩身在临时垫块橡胶支座上基本就位后，松吊钩，由临时垫块支承受力。同步骤进行下一节墩身安装。
⑥涂装环氧树脂
检查涂刷环氧树脂胶粘剂前，接缝面要用清水洗净，不得有油污，有油污处应用丙酮进行洗刷，接触面清洗后，应使之自然风干，方可涂刷氧树脂胶粘剂。
涂刷环氧树脂胶粘剂，涂刷要求快速均匀，厚度1mm左右(指每一条缝两个面)。如施工气温低于5摄氏度时，混凝土胶拼面应用红外线加热板进行加热到20摄氏度后，才能刷胶粘剂，以增加胶粘剂渗透能力，增大粘结强度。
胶粘剂涂刷完毕，应立即采取措施，防止雨水侵入。
⑦预应力施工
预制墩台在预制场存放2个月后即可进行预应力张拉和压浆。
二节段墩身：下节段墩身内部设置有36根φ75mm预应力粗钢筋，在墩身接缝处张拉锚固12根，其余24根通过连接器与上节段墩身内部粗钢筋连接接长，在墩顶处张拉锚固压浆。
三节段墩身：下节段墩身内部设置有64根φ75mm预应力粗钢筋，在中下墩身接缝处张拉锚固24根，其余40根通过连接器与中节段墩身内部粗钢筋连接接长；在上中墩身接缝处张拉锚固24根，其余14根通过连接器与上节段墩身内部粗钢筋连接接长在墩顶处张拉锚固压浆。
先按顺序安装预应力粗钢筋连接套筒，取走临时垫块，中节段（上节段）墩身下落，使两节段墩身自然连接，开始预应力粗钢筋施工。