中國“建橋鐵軍” 在平潭創(chuàng)新世界建橋技術(shù)

加工成型的3米直徑鋼筋籠

2015年8月26日，中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部首個(gè)深水裸巖區(qū)鋼吊箱成功吊放

核心提示

近日，隨著B50號墩位最后一根樁基順利澆筑完畢，平潭海峽公鐵兩用大橋B50號墩位的14根樁基全部完成。至此，中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部共完成210根樁基施工，僅剩余93根。目前，大橋全線共完成樁基750根，占總數(shù)(868根)的86.4%。

在惡劣的自然地理環(huán)境下，中國鐵建大橋工程局這支“建橋鐵軍”是如何克服一個(gè)個(gè)世界級難題，順利開展深水樁基施工，開辟世界尖端建橋技術(shù)的創(chuàng)新之路呢?近日，記者走進(jìn)中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部的建橋一線，一探究竟。

建橋者的“兇險(xiǎn)路”

在蘇澳碼頭放眼望去，施工平臺上大型施工設(shè)備協(xié)同作業(yè)，施工船舶聚集，十分壯觀。形成這樣施工的場景，建設(shè)者首先要克服海上施工的難題。

中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部項(xiàng)目經(jīng)理蔡維棟來平潭一年多，談及惡劣的氣象條件，他說，除了冬天身體凍得發(fā)僵以外，真正讓他印象深刻的是，夏天的時(shí)候，工人們流的汗被海風(fēng)蒸發(fā)后，將會把風(fēng)干后的鹽漬留在手臂上，造成損傷，這也是項(xiàng)目部很多人得風(fēng)濕病的原因。

夏有臺風(fēng)，冬有季風(fēng)，這意味著一年當(dāng)中，有效施工日期不到100天。在這種條件下施工，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

伴隨著惡劣的天氣，水深和涌浪也是巨大的施工障礙。中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部項(xiàng)目副經(jīng)理張立東介紹，大橋最大水深42米，最大潮差為7.2米。即使在風(fēng)力較小的情況下，風(fēng)浪以暗涌的形態(tài)傳播至海峽時(shí)，也會帶著巨大的能量，所有船只會像浮萍一樣搖擺不定，起吊、安放大型施工結(jié)構(gòu)物時(shí)難以精準(zhǔn)到位。

“看似平靜的海面，時(shí)不時(shí)就會形成兇猛的浪涌。”中國鐵建大橋工程局集團(tuán)福平鐵路四標(biāo)二分部工程部部長池忠波就經(jīng)歷了多次這樣的情形。跟隨他前往海上施工平臺途中，記者幾次被強(qiáng)風(fēng)吹的站不住腳。他介紹，僅僅是單根鋼護(hù)筒在下放過程就要承受87噸的波浪力。

“風(fēng)大、浪高、流急、水深、裸巖，這些對建橋來說是巨大的挑戰(zhàn)。”蔡維棟說，兩年來，正是在這樣的施工條件下，項(xiàng)目部對一個(gè)個(gè)難題進(jìn)行攻堅(jiān)。

深海鋼護(hù)筒插打作業(yè)

施工人的“攔路虎”

平潭海峽公鐵兩用大橋B0-B58段，共設(shè)計(jì) 59 個(gè)墩，其中水中墩55 個(gè)。據(jù)池忠波介紹，這里的最大水深42米，難度極大，而四標(biāo)段二分部承建的B39-B58段，是全橋最難啃的硬骨頭。

對他們來說，天氣還不是最大的挑戰(zhàn)。池忠波告訴記者，該標(biāo)段位于北東口水道，海床覆蓋層較薄，17個(gè)平臺中有13個(gè)地處光板裸巖，單個(gè)墩位海床兩側(cè)的最大傾斜度達(dá)到11米，同時(shí)裸巖還會出現(xiàn)不同程度的傾斜。要讓鋼護(hù)筒如“定海神針”一樣在海底站穩(wěn)，這種施工難度堪稱前所未有，幾乎沒有可以復(fù)制的經(jīng)驗(yàn)。

“海底鉆孔的強(qiáng)度僅次于鐵，鐵的強(qiáng)度是235兆帕，裸巖的強(qiáng)度是225兆帕，還要打100多米深。”蔡維棟介紹，只要稍微在樁基施工中控制不當(dāng)，就會引起懸空滑移。

有些困難可以預(yù)見，可在海底的暗流卻無法預(yù)測。“一個(gè)剛剛插打好的鋼管樁、鋼護(hù)筒，很可能下一秒就會受到海底暗流的沖擊，而無法站穩(wěn)，導(dǎo)致前功盡棄。”張立東說。

在靠近蘇澳岸邊的深水裸巖墩位上，完成一個(gè)樁常常需要花上一個(gè)月的時(shí)間，而項(xiàng)目工期緊、壓力大，時(shí)間就是生命。

從2013年下半年進(jìn)場施工開始，類似的難題一個(gè)接著一個(gè)。蔡維棟和他的團(tuán)隊(duì)吃飯也在想，走路也在想，一項(xiàng)項(xiàng)創(chuàng)新破繭而出，一個(gè)個(gè)難題逐個(gè)擊破。“最難的時(shí)候，我們都扛過來了，也有經(jīng)驗(yàn)了。”蔡維棟感慨地說。

施工人員正在進(jìn)行鋼吊箱底板焊接

技術(shù)員的“蜀道難”

近日，在B43號平臺上，樁基作業(yè)正在如火如荼地進(jìn)行著。一年多以前，這里要進(jìn)行樁基施工，項(xiàng)目部技術(shù)員把它比作是“蜀道難”。

建一座跨海大橋，需要過硬的技術(shù)，而技術(shù)則源于不斷的實(shí)踐。

2014年3月24日，項(xiàng)目部選擇了具有代表性的無覆蓋層且海床為花崗巖的B49號墩進(jìn)行試樁，這是第一次進(jìn)行基礎(chǔ)施工的探索。

“當(dāng)B49號墩位首次插打到深度1.2m左右的時(shí)候，鋼管樁就倒掉了，且鋼管樁樁頭發(fā)生嚴(yán)重變形。”項(xiàng)目部總工程師樊立龍回憶說。

雖然是次失敗的嘗試，卻為樊立龍和同事們提供了思考的空間。“單個(gè)不行，若是組合的形式會有什么樣的效果?”

經(jīng)過反復(fù)研究，項(xiàng)目部采用了一套方法，在低平潮時(shí)間段，利用打樁船以3根為一個(gè)的小單元，形成自穩(wěn)體系，以該單元為起始小平臺進(jìn)行外圍擴(kuò)大，逐步形成施工平臺。“這不僅確保施工安全質(zhì)量，而且還大大縮短施工時(shí)間。”樊立龍說。

局面打開了，接下來，項(xiàng)目部將面臨更難的是深海淺覆蓋層獨(dú)立鉆孔平臺和深水裸巖區(qū)棧橋和平臺搭設(shè)施工。單個(gè)平臺在搭建時(shí)，將會承受1300噸的波浪力，浮吊在風(fēng)浪大的時(shí)候搖得就像撥浪鼓。吊裝作業(yè)，猶如“海上繡花”。

用樊立龍的話講：“這項(xiàng)施工是項(xiàng)目人員前所未遇的，也是大橋的技術(shù)瓶頸，大橋的成敗在此一舉。”

于是，樊立龍、張立東、池忠波等領(lǐng)銜的技術(shù)攻關(guān)小組，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙資料提供的墩位覆蓋層厚度及試樁情況，沒日沒夜地進(jìn)行測算、畫圖、修改、復(fù)核。大家困了就趴在辦公桌上瞇一會，餓了就以方便面來打發(fā)。

兩個(gè)月過后，集全體技術(shù)人員心血與智慧的《鋼護(hù)筒參與受力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案》和“打樁船直接插打法”應(yīng)運(yùn)而生。

理論上可行，但實(shí)踐起來，沒有人敢打包票。

令樊立龍印象深刻的是2014年6月一天，在打樁船直接插打法施工中，就出現(xiàn)了差錯。項(xiàng)目部選用亞洲最大的打樁船“雄程1號”，利用打樁船自帶GPS系統(tǒng)對管樁進(jìn)行樁位及垂直度進(jìn)行調(diào)整，但當(dāng)直徑3.3米、長55米、重110噸鋼護(hù)筒在下到底部后，由于抱樁器在鋼護(hù)筒最上面1/5處，受湍急海流的作用，錘擊沉樁時(shí)產(chǎn)生偏心，導(dǎo)致沉樁偏位。“當(dāng)時(shí)，大家的心涼了半截。因?yàn)闆]有做過，之前考慮過的問題總會出現(xiàn)疏漏。”樊立龍說。

項(xiàng)目部馬上做出調(diào)整，采用在船甲板上增加一套抱樁器，再利用GPS定位、全站儀復(fù)核沉樁位置和垂直度以及標(biāo)高控制貫入度，難題迎刃而解。

2014年7月11日，在潮差7米和7級大風(fēng)的不利條件下，項(xiàng)目部管段內(nèi)首個(gè)鋼護(hù)筒在B40號主墩順利施打完成，既保證了樁錘、樁帽、管樁保持在同一軸線上，又避免產(chǎn)生偏心錘擊，確保了沉樁精度。這是項(xiàng)目部的又一次技術(shù)創(chuàng)新，也為后續(xù)施工奠定了基礎(chǔ)。

項(xiàng)目部的“創(chuàng)新坎”

B39號墩是全線一項(xiàng)重要控制性工程。日前，在項(xiàng)目部全體努力下，B39號墩下放了全線最大的1400噸鋼吊箱，這為后續(xù)鋼吊箱施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。記者觀察到，在安放現(xiàn)場，施工人員充分利用現(xiàn)場大型吊裝設(shè)備的優(yōu)勢，采用浮吊整體吊裝鋼吊箱圍堰，整體下放，整個(gè)過程一氣呵成。

建造橋墩，首先要為施工創(chuàng)造一個(gè)無水的環(huán)境。全國各地的橋梁建設(shè)中，有許多種方法可以實(shí)現(xiàn)，但深水鋼吊箱圍堰施工可謂是一次大膽的創(chuàng)新。

這項(xiàng)創(chuàng)新正出自平潭海峽公鐵兩用大橋的圍堰施工。那么這項(xiàng)技術(shù)有何獨(dú)到之處?

原來大橋施工海域風(fēng)大浪急，采用常規(guī)的鋼圍堰在安裝、拆解上需要耗費(fèi)很大人力、物力，不僅增加了難度，還對整體工期不利。

“深水鋼吊箱圍堰充分利用現(xiàn)場大型吊裝設(shè)備的優(yōu)勢，采用浮吊整體吊裝鋼吊箱圍堰，整體下放，完成了鋼吊箱直接就位施工工藝，拉壓桿的應(yīng)用平衡了吊箱在海中承受的波浪力、水流力產(chǎn)生的水平力，大大簡化了施工工藝。”池忠波介紹。

“這是一次打破常規(guī)的嘗試。”蔡維棟說。

實(shí)際上，這僅僅是項(xiàng)目部科研攻關(guān)所取得成就的其中一項(xiàng)。面對一個(gè)個(gè)世界級施工難題，建設(shè)者們把他們轉(zhuǎn)化為技術(shù)創(chuàng)新。

國內(nèi)首座公鐵兩用大橋，能夠?qū)崿F(xiàn)上走汽車、下行鐵路，讓許多人津津樂道，但造墩、架梁的艱難，只有奮斗在一線的工人最清楚。

“平潭海峽公鐵兩用大橋共58跨，工程量大，施工周期長。”蔡維棟介紹，為解決現(xiàn)有的單孔造橋機(jī)作業(yè)長，成橋速度慢的難題，技術(shù)攻關(guān)人員研發(fā)了雙孔連做節(jié)段拼裝造橋機(jī)。

“與現(xiàn)有的單孔造橋機(jī)相比，可節(jié)省一半的工期，將會加快建橋速度。”樊立龍說。

此后，諸如“模袋圍堰”施工工藝、“水下不離散混凝土”施工工藝、深水區(qū)與淺水區(qū)穿插作業(yè)、平臺和棧橋同步推進(jìn)的施工方案等創(chuàng)新技術(shù)先后出爐。

截至2015年年底，項(xiàng)目部已上報(bào)科技開發(fā)立項(xiàng)12項(xiàng)、工法9項(xiàng)、專利10項(xiàng)。更值得稱道的是，在全員的參與，項(xiàng)目已成功攻克了“深水有覆蓋層大直徑鋼護(hù)筒獨(dú)立平臺的搭設(shè)”“深水裸巖組合平臺的搭設(shè)與穩(wěn)固”“深水裸巖大跨長距重載棧橋的搭設(shè)”“大噸位整體鋼吊箱設(shè)計(jì)與施工”“臺風(fēng)區(qū)碼頭與后場配套設(shè)計(jì)與施工”等多項(xiàng)技術(shù)難題。

技術(shù)難度催生出橋梁建設(shè)的創(chuàng)新，激發(fā)出建橋者更大的熱情。去年8月26日，深水裸巖區(qū)首個(gè)重達(dá)400噸鋼吊箱在B54號墩整體下放到位;9月4日，鋼吊箱順利完成封底。至此，海上施工實(shí)現(xiàn)了水下施工與水上施工工序的安全轉(zhuǎn)換，平潭海峽公鐵兩用大橋北東口水域水下裸巖基礎(chǔ)施工取得了根本性突破。

截至目前，平潭海峽公鐵兩用大橋四標(biāo)二分部承建的樁基完成210根，占任務(wù)的69.3%，剩余93根，完成承臺4個(gè)、墩臺3個(gè)。“沒經(jīng)歷過這些考驗(yàn)的人只當(dāng)是故事，而經(jīng)歷過的每一個(gè)人將是刻骨銘心!”蔡維棟的一句話，道出了平潭海峽公鐵兩用大橋建橋者的心聲。