2020年底以來,由二航局、一公局集團(tuán)承建的甌江北口大橋南錨碇、北引橋、貓道鋪設(shè)完成施工,主纜索股架設(shè)相繼展開,為大橋2021年底建成通車打下了基礎(chǔ)。
甌江北口大橋是世界首座三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋,大橋由三座主塔提供支點(diǎn),從提供拉力的南北錨碇連接兩座引橋雙向延伸,宛如甌江口振翅的雙翼。其中,由二航局承建的南錨碇沉井是世界首例在強(qiáng)潮河口深厚淤泥地質(zhì)中建造的大型陸域沉井,其平面尺寸為4410平方米,相當(dāng)于10個(gè)籃球場(chǎng)大小,高度相當(dāng)于23層樓高;由一公局集團(tuán)承建的北引橋全長(zhǎng)3.22公里,包含單層現(xiàn)澆箱梁、雙層現(xiàn)澆箱梁、單層鋼混組合梁、雙層鋼混組合梁、框架橋五種類型,施工難度大,技術(shù)要求高,其鋼梁段的施工尤為復(fù)雜,國(guó)內(nèi)罕見。
甌江北口大橋被列為交通運(yùn)輸部首批“綠色公路”、浙江省交通運(yùn)輸廳“品質(zhì)工程”和“鋼結(jié)構(gòu)推廣應(yīng)用”重點(diǎn)示范工程,同時(shí)也是國(guó)內(nèi)首次在項(xiàng)目全生命周期應(yīng)用BIM技術(shù)建設(shè)的橋梁工程。
淤泥層中壓“秤砣”
“懸索橋是目前建設(shè)大跨徑橋梁的方式之一,而錨碇則是為橋梁提供荷載拉力不可缺少的結(jié)構(gòu),就像一個(gè)杠桿,通過索塔的支點(diǎn),拉起整個(gè)橋面的荷載?!倍骄殖薪ǖ拇髽蛉龢?biāo)技術(shù)負(fù)責(zé)人夏崟濠介紹說。同樣是重力式錨碇,但南錨碇和北錨碇施工難點(diǎn)卻完全不同。北錨碇基礎(chǔ)為山體開挖,而南錨碇基礎(chǔ)為沉井基礎(chǔ)。
沉井基礎(chǔ)的錨碇在橋梁施工中并不鮮見,以往沉井施工大多在沙土中進(jìn)行,而北口大橋所處甌江入??诘刭|(zhì)卻是深厚淤泥層。淤泥中建造沉井,就像把巨型秤砣沉放在松軟的稀泥中一樣,要在地質(zhì)穩(wěn)定性差,承載力極小的淤泥中建造沉井,沒有先例可循。下沉速度、下沉姿態(tài)、精確性控制……一項(xiàng)項(xiàng)挑戰(zhàn)擺在建設(shè)者面前。
2018年3月6日,沉井首節(jié)開始下沉。由于地質(zhì)承載力差,沉井在下沉的過程中極易傾斜。經(jīng)過研究,項(xiàng)目部決定給這些淤泥加些“硬料”——采用36米的砂樁加固地表,增大地質(zhì)承載力,保證沉井下沉姿態(tài)的穩(wěn)定。此外,項(xiàng)目部還利用BIM技術(shù),在井體安裝了300余個(gè)監(jiān)控元器件,實(shí)時(shí)監(jiān)控沉井姿態(tài)及應(yīng)力情況。經(jīng)多次調(diào)整,2018年5月15日,南錨碇沉井在淤泥里站穩(wěn)腳跟,下沉到地面以下19米的指定位置,并創(chuàng)下超大型沉井在整個(gè)支撐體系轉(zhuǎn)換階段零裂縫的奇跡。
沉井的第一次成功下沉讓建設(shè)者們備受鼓舞,他們立即準(zhǔn)備第二次下沉。
然而,施工開始后不久就出現(xiàn)意想不到的情況?!霸谑┕で捌?,我們利用BIM技術(shù)對(duì)施工方案進(jìn)行模擬,并對(duì)沉井姿態(tài)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,但沉井就是不下去?!毕膷曞┗貞浾f。
技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過對(duì)淤泥層研究發(fā)現(xiàn),原來第二次下沉遇到的黏土淤泥層粘性較大,附著性較強(qiáng),導(dǎo)致沉井無法下沉,絞吸機(jī)根本無法有效吸泥。“要想讓沉井穩(wěn)步向下挺進(jìn),首先必須解決取土設(shè)備的問題。” 夏崟濠說。他帶領(lǐng)技術(shù)人員走訪河南、湖南、湖北等多地廠商,考察了各種設(shè)備,都不能達(dá)到要求?!凹热滑F(xiàn)有設(shè)備無法解決問題,那么就只能自己干!”于是,項(xiàng)目部成立設(shè)備研發(fā)小組,踏上創(chuàng)新之路。
研發(fā)小組從四旋翼無人機(jī)造型中找到了靈感:“無人機(jī)螺旋槳倒立過來,就可以切削泥土了?!毕膷曞ьI(lǐng)技術(shù)人員設(shè)計(jì)研發(fā)出“倒立的無人機(jī)”,將其命名為“水下快速吸泥取土裝置”。此裝置由四個(gè)電機(jī)帶動(dòng)四個(gè)絞吸頭,與無人機(jī)四旋翼朝上的方向相反,它是向下絞吸。經(jīng)過在相同土質(zhì)中不斷測(cè)試和改進(jìn),項(xiàng)目部自主研發(fā)的20臺(tái)“水下快速取土裝置”終于進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用,有效解決了取土難問題。2018年10月25日,大橋南錨碇沉井第二次下沉到地下9.58米處,成功達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。
2019年2月,隨著第三次下沉推進(jìn),沉井井孔水位越來越深。但因其電機(jī)密封性不能承受深水水壓,經(jīng)常燒壞電機(jī),項(xiàng)目部不得不另外尋找更給力的設(shè)備。
經(jīng)多次討論,技術(shù)團(tuán)隊(duì)提出一個(gè)大膽想法,把專用于樁基施工的大型鉆機(jī)用于取土下沉。為此項(xiàng)目部緊急投入了22臺(tái)鉆機(jī),配合移動(dòng)臺(tái)車進(jìn)行第三次深水取土。鉆頭開鉆面積較大,按理說取土工效應(yīng)該顯著,但實(shí)際情況卻不樂觀,30米下的淤泥層,就像面團(tuán)一樣,開鉆面積雖大,但只是讓黏土在原地打轉(zhuǎn),并不能將黏土攪碎,不攪碎就不能吸泥,也無法給沉井“騰出”位置。
“它像面團(tuán),我們就要造一個(gè)能將它攪碎的‘和面機(jī)’。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開展多次技術(shù)攻關(guān),在鉆頭上設(shè)計(jì)加裝了一個(gè)“刨絲”鉆齒。投入使用后,“刨絲”鉆齒就像削土豆絲一樣將“面團(tuán)”淤泥攪碎,吸泥管道源源不斷地吐出泥漿,沉井開始穩(wěn)步下沉。
沖破深厚淤泥層一系列困擾后,2020年3月5日,沉井下沉全部到位。3月6日至4月12日,隨著54臺(tái)各類大型設(shè)備的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn),大橋順利完成南錨碇沉井約15萬立方米封底及填倉混凝土澆筑的“大會(huì)戰(zhàn)”。至此,南錨碇沉井如磐石一般深嵌在甌江南岸的深厚淤泥層中,它將承載著懸索橋主纜的千鈞拉力,挽住大橋生命線。其施工實(shí)踐更使深厚淤泥層中建造超大型陸域沉井的世界性難題得到解決,為特大型橋梁沉井施工提供了成熟案例。
“變形金剛”高空行走
“一切準(zhǔn)備就緒,可以開始頂推?!彪S著一聲令下,2020年8月23日,一公局集團(tuán)溫州甌江北口大橋北引橋最后一節(jié)鋼梁穩(wěn)穩(wěn)落架,北口大橋品質(zhì)工程建設(shè)中技術(shù)難度最大的工序之一——鋼梁頂推全部完成。
站在大橋北引橋主線上,放眼望去,沿路已架設(shè)的鋼梁猶如一條“巨龍”,在夕陽的映襯下蔚為壯觀,回憶起鋼梁頂推建設(shè)過程,一公局集團(tuán)承建的大橋二標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理王博文感慨萬千:“這就像在豆腐上完成大挪移,實(shí)在是太不容易了?!?/p>
施工區(qū)域原來是一片50米至80米的深厚淤泥地,地質(zhì)軟弱,采用常規(guī)滿堂支架施工,將投入大量的周轉(zhuǎn)材料,對(duì)履帶吊的動(dòng)力要求也很高,要花費(fèi)巨大的成本。經(jīng)過大量的調(diào)研和方案比選,項(xiàng)目部決定采用鋼梁頂推工藝,讓萬噸鋼梁在高空中自己“挪移”。然而,在“豆腐地質(zhì)”上完成1.9萬噸的單、雙層鋼梁頂推,絕非易事。
“北引橋長(zhǎng)3.22公里,鋼梁頂推施工長(zhǎng)達(dá)1.01公里,510節(jié)節(jié)段鋼梁含單層、雙層結(jié)構(gòu),頂推梁段設(shè)計(jì)有縱橫坡、曲線段、變截面段和變縱坡段等多種樣式,最大頂推長(zhǎng)度達(dá)560米,這在國(guó)內(nèi)鋼梁頂推施工中極為罕見,而首先要解決的難題鋼梁雙層段的頂推施工?!?王博文介紹道。
鋼梁合并段的上層設(shè)計(jì)在墩頂位置的隱形橫梁為左右幅連體設(shè)計(jì),如果采用先左后右逐幅頂推方法,需要在兩幅鋼梁安裝完成后,吊車在40米的高空跨過16米寬的鋼梁進(jìn)行連接,難度太大,還十分耗時(shí),勢(shì)必影響整體工期?!拔覀兛梢試L試雙幅連體同步頂推,這樣就避免了二次連接?!表?xiàng)目總工王東偉大膽提出了新的方案設(shè)想。
而雙幅連體同步頂推依舊不是件易事,如果頂推的左右幅鋼梁不同步,極易導(dǎo)致彎折。為此項(xiàng)目部一方面嚴(yán)控步履千斤頂?shù)牟僮魍叫?,特別是頂推過程中橫橋向的高差,避免鋼梁局部受力集中,產(chǎn)生扭曲;另一方面運(yùn)用信息化手段監(jiān)控和預(yù)警,遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)梁體內(nèi)力和變形變化,確保施工安全和精度。幾經(jīng)嘗試,雙幅連體成功同步頂推,在簡(jiǎn)化施工過程的同時(shí),節(jié)省近3個(gè)月的工期。
一波未平一波又起,曲線段施工讓項(xiàng)目技術(shù)人員絞盡了腦汁。北引橋曲線段鋼梁截面寬度由7米增至14米,頂推過程中,鋼梁底板每一個(gè)支撐點(diǎn)位置的步履千斤頂要根據(jù)寬度變化不斷橫向移動(dòng),并始終保持在鋼梁腹板的正下方,這在國(guó)內(nèi)無先例可尋,現(xiàn)有的設(shè)備和條件也無法滿足施工要求。
于是,項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新工作小組在施工設(shè)備改良上動(dòng)起了腦筋?!凹热磺Ы镯敱旧聿荒芤苿?dòng),我們給他穿上‘鎧甲’,讓‘鎧甲’頂著鋼梁移動(dòng)?!?王東偉說。經(jīng)過試驗(yàn),技術(shù)創(chuàng)新工作小組在原來的千斤頂上增設(shè)了一個(gè)鋼框架,通過自主設(shè)計(jì)制作的一個(gè)小型連接裝置與定型設(shè)備進(jìn)行連接,相互作用,讓這套設(shè)備的“鎧甲”自己動(dòng)起來,形成了一種變截面橋梁頂推自橫移步履千斤頂系統(tǒng)。這個(gè)智能裝置系統(tǒng),通過設(shè)備儀器智能、遠(yuǎn)程操控,不僅避免了人員高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn),還大大提高了鋼梁架設(shè)精度,加快了施工進(jìn)度,讓近萬噸形狀各異的鋼梁如同“變形金剛”,在40米的高空如履平地。這套方案創(chuàng)新和實(shí)踐對(duì)國(guó)內(nèi)具有曲線變寬等復(fù)雜樣式的超長(zhǎng)距離頂推施工提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)。