2018年12月31日,随着最后一段行车标线浇划完成,历经27个月,连接岱山岛与鱼山岛的唯一陆上通道——鱼山大桥终于全线建成,创造了同等规模跨海大桥快速施工新记录。大桥的建成将为舟山绿色石化基地提供重要的交通保障。
鱼山大桥是宁波舟山港主通道的支线工程,全长8.2公里,由集团公司投资、设计、施工和管理。针对鱼山大桥工期紧的特殊需求,指挥部采用基于新一代桥梁工业化理念的快速施工技术,在保证质量安全的前提下,仅用27个月就完成了建设任务,相比常规技术工期缩短了23个月,创造了中国交通基础设施建设的新记录,是集团公司努力在“加强交通建设上争做一流”的生动体现。
设计先行 上下结构同施工
鱼山大桥的桥位处缺乏遮蔽,岛礁分布散乱,大桥设计基准风速达每秒达44.4米,最大潮流速度达每秒3.7米,潮差达6.9米,而且桥址区岩性复杂,基岩最大埋深在140米以上……面临如此复杂多样的建设环境,鱼山大桥项目设计方从设计阶段开始,就转变理念,尽可能的采用标准化设计方案,以设计先行,应对建设挑战。
计熟事定,行必有功。为解决传统群桩基础施工时间长、承台浇筑质量和耐久性不易保证、波流力和冲刷作用强烈等问题,鱼山大桥项目非通航孔桥下部结构采用单桩独柱钢管复合桩的设计方案。
在鱼山大桥项目的钢管复合单桩中,最大桩基础直径可达5米,最大桩长可达148米,采用有钢管段和无钢管段的两段式构造。有钢管段的桩径长度及钢管壁厚由地质条件、结构受力、沉桩能力、施工期承载等综合因素来确定,而无钢管段桩径主要取决于单桩竖向承载力要求。
加大前期设计优化力度,通过创新设计带动提质增效,这让鱼山大桥项目在建设过程中节约了不少功夫。采用超大直径单桩按无承台设计后,相比群桩基础施工工期缩短40%、波流力减少80%、冲刷深度减少了20%以上,带来了工期明显缩短、造价显著降低的效果。
与此同时,大桥上部结构按100%预制装配设计,在保证建筑构件的质量前提下,降低建造环境对项目施工的影响,加快施工进度。
鱼山大桥项目上部结构通航孔桥的设计中采用混凝土与钢混合箱梁的连续刚构,主跨260米的跨中段采用89米的钢箱梁,并采用整体运输方式进行吊装;非通航孔桥梁则根据水深、地质和墩高等条件,在浅水区采用50米节段预制架桥机逐跨拼装混凝土连续箱梁,深水区采用70米节段预制悬臂拼装混凝土连续箱梁。上部结构的节段梁预制拼装,全面实现了工厂化生产,并与下部结构施工并行开展,让工序的紧密衔接。
技术设计上的创新,带动项目建设提质增效,而大桥外观设计上更与当地自然环境相融合,自成景观。
鱼山大桥横跨灰鳖洋,连接岱山本岛和舟山国际绿色石化基地,合理的平曲线设计让鱼山大桥在大海上画出了一道优美的S型曲线,恰如鱼山其名,犹如一条大鱼游弋在大海之中。鱼山大桥通航孔桥分跨错落有致,各跨之间的比例接近自黄金分割,隔海远眺也会有较好的视觉体验。同时,通过通航孔桥和两侧接线边坡点的合理设计,让鱼山大桥与当地山、海景观相融合,全桥纵断面曲线和谐优美,共成一幅水、天、山、桥一色景观。
工业化建造减少海上作业环节
年均台风次数多达6次,年均季风期长达173天,季风强度高达11级……复杂的气候条件不仅增加了鱼山大桥施工技术难度,还压缩了项目施工作业时间。据了解,鱼山大桥位处浙江沿海高风速带,台风、季风高发,2016年和2017年鱼山区域年均超过6级风天数为173天,8级风天数为66天,年均有效工作日仅200天左右。
建设技术难度要求高,有效作业时间严重压缩,如何在有效时间内高质量完成项目建设,鱼山大桥建造者给出了答案。在综合考虑结构性能,施工能力、经济合理性及美学效果后,鱼山大桥建设者践行桥梁工业化建造理念,以减少海上作业工序、海上作业时间及海上作业人员的“三减少”为原则,采用快速施工技术,实现了恶劣复杂海洋环境条件下高品质快速建设的目标。
海上作业条件恶劣,那就改变海上作业环境。鱼山大桥为实现快速建造目标,3个月时间内采用标准化设计、模块化施工工艺,快速修建了7.8千米栈桥,将海上作业改为陆地作业,不仅提高了作业效率,还为外海作业提供了便捷、安全、舒适的陆运施工通道。
改变施工环境是一个方面,而创新工艺、工法的使用让施工效率大幅度提升。
超长超大直径钢管复合桩的应用是鱼山大桥的施工技术难点,因其桩径大、桩长大、护筒重量大、钢筋笼重量大(最重241吨)、混凝土浇筑方量大,由此带来了单桩定位难度大、成孔风险高、成桩质量控制难等技术难题。
面对这样的难题,鱼山大桥项目采用了打桩船整桩打设、沉管式导向装置技术,实现了3厘米内高精度的基础偏位控制;提出了先由履带吊单节起吊对接、再转用浮吊整节起吊下放的施工技术,研制了由履带吊转换浮吊的专用吊具,解决了履带吊起重能力不足、浮吊时因摇摆起伏而引起的对接质量、速度和安全等问题;将连续栈桥作为混凝土运输通道,达到了12小时2000立方米混凝土的输送量,确保了超大桩基混凝土质量,解决超大方量桩基连续浇筑的混凝土供应问题,同时,经第三方检测,所有桩基的超声波检测结果均为Ⅰ类桩,超长桩的垂直度最大偏差为1/220,达到了设计要求。
不仅如此,鱼山大桥项目在建设过程中采取模块化施工理念,由局部小模块到大模块,达到工厂预制生产与现场施工两不耽误的效果。
鱼山大桥通航孔栈桥跨越海底电缆,特别设计65.3米大跨度钢桁架梁,工厂内加工标准构件组装成整体运至现场吊装,7.8千米钢栈桥采用多点同时进行,3月内快速完成;项目下部结构钢筋笼采用长线法制作,分节运输至现场进行对接安装;架桥机采用在工厂内加工制作单元构件,后场组拼成模块,运至现场安装成整体……诸多做法不胜枚举,模块化理念不仅降低了安全风险,还提高了施工质量与施工效率。
快速施工建造理念的实践,实现了鱼山大桥27个月建成(相比采用常规技术,工期缩短23个月)和高品质的工程目标,同时也丰富了跨海桥梁快速建造技术的设计理论和建造方法。这不仅有力的保护了海洋环境,更为推动舟山绿色石化基地和舟山江海联运服务中心建设,促进舟山群岛新区的经济发展打下了良好的基础。
精准智能 展现毫米级控制
工匠精神的价值在于精益求精,以专业、专注的态度筑就精品,对于鱼山大桥建设者来说同样如此。
在建设过程中,鱼山大桥节段梁预制安装质量目标是无垫片安装,且合龙误差不超过2厘米,实现节段梁预制安装的“毫米级”控制。
以精细,筑品质。为了达到如此安装精度要求,鱼山大桥项目部通过对影响精度因素的敏感度分析,控制计算误差、预制测量误差、预制模板误差、桥位现场测量误差,并要求施工、监理、监控单位制定对策,将误差降到最低,将工程做到最精细。
首先严格控制外界条件影响,减少节段梁计算阶段误差。对于节段梁模型参数,如弹性模量,管道摩擦系数和偏差系数,要求根据实测进行模型参数修正;通过对比实验选择最佳养护房装置,打造恒温恒湿厂房,并对养护喷头形式和布设位置进行了优化;严控3月存梁时间,减少混凝土徐变对节段梁的影响。
在节段梁预制测量过程中,为预防预制厂地基沉降,严格控制预制台座沉降,并发明专用测量构件组合装置,减少测量仪器系统误差;采用两种测量方法“六点全站仪法”和“四点尺量法”,双法互相复核,减少测量认为误差……科学方法,多方测量,专用装置,多举共施降低测量误差。
支架变形、梁底不平、梁底下挠等是预制梁常遇的问题,为此鱼山大桥项目部使用高精度、大刚度、全液压式不锈钢复合模板;加强预制系统的沉降与变形监测;增强模板系统稳定性,在横向、竖向、纵向加强模板自身连接,以减小模板系统的变形等措施,减少预制模板出现的质量问题。
在桥位现场测量阶段,鱼山大桥项目部创新测量工艺,减少海面偏距,将环境测量误差控制1毫米以内,并使用高精度全站仪,双人双测,严格规范早晚测量时机,严格把控可能出现的误差因素。
不仅如此,鱼山大桥项目还采用了混凝土箱梁短线法节段预制、悬臂拼装和钢箱梁整体吊装的施工工艺。针对长跨度箱梁节段线形控制难题,建立了精细化的施工全过程数字化几何控制体系。与此同时,积极创建“智慧工地”,利用BIM和互联网技术,建立公路产品信息库,探索在手机或电脑上管控建设工地现代化管理手段,实现了产品的信息化、精准化管理,所有信息均可通过统一的管理平台获取,让桥梁建造与互联网技术有效结合。
“见微知著,睹始知终”。从计算到测量,从预制到拼装,各个环节的严格把控,以精细实现品质。箱梁节段的预制精度控制在4毫米以内;悬臂拼装起始节段误差被限制在1毫米之内;通航孔桥260米跨的钢箱梁的合龙轴线偏差仅8毫米、高差仅7毫米。