从高空俯瞰,一个直径150米的金黄色圆圈镶嵌在伶仃洋上。在这个圆圈内,深中通道伶仃洋大桥东锚碇正在紧锣密鼓绑扎第9层锚体钢筋。
7月6日,39岁的中交二航局深中通道项目部副经理兼副总工刘建波站在锚体走道上,与技术员们讨论着施工细节。他们脚下已见雏形的“钻石型”锚体,将与深入地下60多米的地连墙基础共同构成大桥的东锚碇。未来,东西两个锚碇将拉起大桥近20万吨的重量。“锚体所在的这个巨型圆圈,可以说是大桥施工中的关键!”刘建波说。
方案之问:一个必答之题
2013年,刚完成港珠澳大桥足尺模型试验的刘建波,受深中通道项目相关方邀请,参与到该工程的可行性研究中。
面对锚碇基础选型问题,设计院提出两种方案:一是“沉井+桩”,即当沉井下沉到位后,再做钻孔桩,以此作为锚碇基础;另一个是参考国外跨海大桥的大开挖作业。
刘建波和技术团队认为,伶仃洋大桥所处海域存在深厚淤泥层和强风化岩层,若采用“沉井+桩”方案,关键难点在于沉井很难下沉到强风化岩层,仅沉入淤泥层而不能嵌入岩层,沉井就难以承受大桥主缆的巨大拉力。
若采用大开挖作业方式,就要在伶仃洋上挖出大型基坑,仅开挖成本就要数亿元,且会污染海水环境,显然不可取。
“伶仃洋大桥海床下是10米厚的淤泥层,再往下粉砂层和花岗岩层,其中花岗岩中的中风化岩强度高达60到100兆帕。”刘建波说,“在全海上作业环境中,如何突破淤泥地质和高强岩层,形成稳定的施工环境,是成败的关键。”
“建设海中地连墙作为锚碇基础,可以突破地质影响!”经过深入对比,大家认为地连墙能够穿过中风化岩,形成稳固的支护结构。那么具体怎么执行呢?大伙再次陷入沉思。
“搭钢平台形成机械设备的作业平台,逐步施工地连墙?”方案一经提出,大家感觉貌似可行,但仔细分析仍经不住考验。
伶仃洋航道繁忙,10万吨级船舶经常穿梭而过,船行波产生的能量可掀起1.5米高的浪,会对钢平台产生较大冲击。地连墙施工还会多次跨越台风期,钢平台极易受损,面临极大风险。
“我们又提出‘围堰筑岛+地连墙’的设计施工方案。围堰筑岛就是在地连墙外围施打钢管桩,摆脱浪流影响,让地连墙施工处在安稳的环境中。相比下放沉井、大开挖,既稳定可靠又节约成本。这一方案最终得到大桥建设方采纳。”刘建波兴奋地说。
“豆腐脑”变身“豆腐干”
2015年,深中通道项目获国家发改委批复许可。2018年3月,二航局正式开启深中通道建设。
起初,施工现场唯有茫茫海水,无任何遮掩。按照计划,刘建波他们要在这片海域将158根直径2米的钢管桩,连成一个内径150米的正圆,进而为地连墙施工形成陆地作业环境。
“海中淤泥非常柔软,在这种环境下直接打桩就像是在豆腐脑上插筷子,精度很难控制。”刘建波说。
项目团队多次讨论,认为问题的关键是要先排出淤泥中的水,改变地质特性,固结淤泥层。
于是,中交二航局建设者们先对海床进行开挖,铺设砂石垫层,紧接着施打排水板。为了让钢管桩内外侧土质同时得到改良,让受力更加均匀,刘建波他们在150米直径范围基础上又向外拓展了80米,即在直径230米的圆形内施打排水板。
2018年8月17日,一搜插板船开始忙碌作业,连续半个月插打6万个塑料排水板。每个排水板表面都有一层透水布,内部有凹槽,通过插板船打进淤泥层。海床面填入砂垫层后,就会对淤泥层产生压力,淤泥中的水受到挤压,通过排水板排到海水中,进而形成更加结实的地质。
“这就像是把豆腐脑变成了豆腐干,在此基础上打钢管桩就有了更加稳固的地质环境。”刘建波说。
匠心铸造“黄金圈”
在伶仃洋宽阔海域中,钢围堰施工面临着洋流潮汐以及大风等复杂环境。钢管桩施沉极易受到影响,一旦出现偏差,就会造成钢管桩之间无法精准对接,围堰难以合龙。
钢管桩施沉一般采用导向装置,再利用浮吊将钢管桩插入导向装置中,通过锤振动施沉。“传统导向架在固定位置时要经过非常严谨的焊接作业,仅焊接过程就要五六个小时,这对海上施工来说存在较大安全风险。”刘建波说。
有没有一种快速固定导向架的方法呢?经过头脑风暴,大家研发出一种机械液压骑跨式导向架,设计了两对液压钳,分别夹在已施沉的两根钢管桩上,以这两根钢管桩为支撑,进而施沉新的钢管桩。
刘建波介绍:“这样做的灵感,源自于我们发现所有钢管桩标高都设计在6.5米,高度一致,导向架就能骑在相邻钢管桩上保持好平面位置,平稳地再打下一根。”
实践证明,此种方法,避免了大量焊接作业,15分钟就能将导向架固定。随后,施工人员测量定位,控制绝对坐标和相对坐标、调整偏差,保证了围堰整体圆形以及钢管桩之间精准对接。
2019年11月29日,158根钢管桩和工字钢板桩施打完成,海中围堰实现毫米级误差合龙。至此,这道钢围堰形如伶仃洋上的“黄金圈”,成为锚碇施工的铜墙铁壁。
后续施工势如破竹。2019年12月13日,东锚碇地连墙施工完成。2020年9月21日,地连墙基坑开挖完成;12月24日,浇筑14万方混凝土的东锚碇填芯完成。从此,东锚碇施工从水下转入水上,开启锚体施工新阶段。
当前,刘建波正带领着技术人员们奋战在烈日下,努力在海上“黄金圈”里构筑起这座超级工程。(杜才良)