港珠澳大桥由海底隧道和桥梁段构成, 其中海底隧道由多个沉管管节组成, 包括直线段沉管和曲线段沉管, 每个沉管由多个节段构成, 采用钢筋混凝土结构, 制作沉管管节时, 首先绑扎管节钢筋, 管节钢筋绑扎完成后, 顶推至上一节已浇筑完成的节段位置进行浇筑。绑扎直线段沉管时, 直线段沉管与布置在其两端的绑扎平台距离相等, 绑扎平台的施工台面与直线段沉管的间隙较小, 能够较好地施工, 施工作业的安全也得到保障。绑扎曲线段沉管时, 为了保障正在绑扎的节段在绑扎完成后与上一节段实现连接, 并形成曲线角度, 绑扎平台与曲线段沉管之间会存在一定夹角, 使绑扎平台与曲线段沉管之间的间隙会存在大小不一的情况, 作业人员无法在绑扎平台上正常施工, 过大的间隙也增大了施工作业的安全隐患。本文所阐述的新型装配式钢筋绑扎平台在港珠澳大桥沉管隧道工程中得到了应用, 消除了曲线段沉管与绑扎平台之间的间隙, 保障了10m左右高空作业人员的安全, 提高了施工效率, 减少了施工成本。

沉管预制为流水线作业, 整个钢筋笼分底板、墙体和顶板3个部位分区域进行绑扎。钢筋在绑扎胎架上进行现场绑扎施工, 完成绑扎作业后按照底板区→墙体区→顶板区→浇筑区的位置顺序依次顶推至下一个作业区域。

顶板钢筋笼绑扎区域距底面约10m, 绑扎作业必须在一个安全、稳定的平台进行作业。而使用传统固定式支架或脚手架进行支撑的方式作为绑扎作业平台, 安装和拆除时安全性低, 且工效严重低下。文中所述绑扎平台则提供了一个安全、稳定的作业面, 可通过此平台进行钢筋、预埋件的放样定位, 并在此平台上进行绑扎作业。同时胎架平台可实现线形整体移动, 安全性高, 使钢筋绑扎、浇筑形成流水线, 精准、快速、便捷地衔接, 工效大大提高。

顶板钢筋重约300t, 基本由绑扎平台承力。本平台通过支撑组件来承力, 而支撑组件则采用等腰三角形设置, 使绑扎平台及支撑组件自重重心稳定, 使得力能够垂直向下传导至支撑组件下端的固定梁上, 确保了重心不偏位, 可使支撑更加稳定。固定支撑架中采用多个支撑组件, 可将绑扎平台上荷载均匀分散, 使绑扎平台的移动趋于平稳。在所述固定支撑架上设多个装配式支架, 该装配式支架包括安装在固定支撑架上的固定件, 以及与固定件活动连接的支撑件, 所述支撑件能移动至曲线段沉管。装配式支架的固定件与固定支撑架连接, 形成对支撑件的支撑, 同时支撑件能与固定件发生相对移动, 通过移动调整支撑件介于固定件与曲线段沉管之间的距离, 从而使支撑件的长度与固定支撑架和曲线段沉管之间的距离相适应。通过调整每个装配式支架的支撑件长度, 并在支撑件上搭设踏板, 使绑扎平台与曲线段沉管之间不存在过大间隙, 并能在踏板上开展绑扎作业, 在装配式支架下方还布置安全网, 保证了绑扎质量, 消除了绑扎人员可能从间隙中跌落的风险。新型装配式绑扎平台如图1所示。

1) 侧绑扎胎架平稳无变形、无脱焊。

2) 顶层严禁堆放任何钢筋, 堆放的工具总质量应≤800kg, 且不得集中放置, 放置的工具必须绑扎牢固。

3) 侧绑扎平台使用时不得有晃动现象, 如若有晃动则停止使用, 予以加固再使用。

1) 胎架底座无倾斜, 支撑螺杆平稳插入滑移方钢定位孔内, 无移位。

2) 内胎架轨道间距满足内胎架行走要求。

3) 两侧墙体绑扎架无变形脱焊, 螺杆调节完好, 插销标准齐全无代用。

4) 顶板钢筋绑扎前, 两侧墙体绑扎架和中廊道墙体绑扎架经测量检验已调正, 绑扎架调节螺杆已锁紧, 垂直度和宽度尺寸符合设计要求;内胎架底部对拉杆已对拉好锁紧。

5) 内胎架滚轮完好, 并加润滑油脂润滑, 轨道落入滚轮槽置中, 滚轮轴线对准胎架底座中心支点。

绑扎直线段沉管时, 该平台并不用加装装配式支架, 只需要使用原有平台自身的固定支撑架, 将绑扎平台与沉管管节对齐平行, 保证绑扎平台与沉管之间的间隙处处相同即可进行绑扎作业, 绑扎曲线段沉管时, 针对不同曲率的曲线沉管, 绑扎平台要进行不同的调整。

以港珠澳大桥其中一段曲线沉管为例, 该曲线沉管段共有5个管节, 曲率半径5 500m, 总长804m, 预制时管节曲向一侧。由于曲线段沉管偏差最大达370mm, 使首尾节段的钢筋笼与左侧绑扎平台冲突20cm, 与右侧绑扎平台间隙达80cm;而中间节段的钢筋笼与左侧绑扎平台间隙80cm, 与右侧绑扎平台冲突20cm。因此处理措施如下。

1) 将两侧绑扎平台向后移动50cm, 解决侧绑扎平台冲突问题。

2) 在侧绑扎平台与钢筋笼间隙间设置可移动踏板。

3) 校核踏板、焊缝的受力性能。

4) 补充侧绑扎平台的使用要求。

平台踏板采用6061-t6高强度合金铝, 力学性能如表1所示。

对平台踏板建模, 约束条件为踏板两端刚性固定, 对踏板面施加2 500N均布力, 有限元分析结果如图2所示, 踏板的最大等效应力为50.86MPa, 最大应力位于踏板两端, 远小于踏板的屈服强度275MPa;踏板的最大位移出现在踏板中部两侧, 最大位移为1.75mm, 最小安全系数为5.4。

对踏板中部施加集中力2 500N, 约束条件不变, 仿真结果如图3所示。踏板中部、两端均出现最大应力, 最大应力为65.24MPa, 远小于踏板的屈服强度275MPa;最大位移为2.774mm, 最小安全系数为4.2。

综合以上2种有限元分析, 踏步结构布置可行, 同时满足踏板均布载重250kg (2.5k N) 和中心集中载重250kg (2.5k N) 的使用需求。

根据现场情况, 顶板绑扎架整改主要用于施工人员站立使用, 踏板平铺于钢管上, 钢管一侧搭设在绑扎架上, 另一侧搭设在钢筋笼主筋上, 主筋与骨架焊接固定。由于失效情况主要出现在倒角主筋与劲性骨架之间, 因此对主筋与劲性骨架之间的连接焊缝强度进行校核, 焊缝受力示意如图4所示。

工人、材料、踏板、钢管、钢筋的自重荷载传递到焊缝上, 焊缝长度的切应力为:

因此, 极限状态下, 该踏板可容纳27人 (按100kg/人计算) 同时在踏板上工作或2.7t堆载。考虑到现场施工焊缝质量参差不齐, 计算未考虑到冲击荷载等偶然荷载, 且2人以上死亡属于较大安全事故, 实际要求班组在踏板作业时, 只允许≤2人同时作业, 并禁止材料堆放在踏板上。

曲线段沉管的顶板钢筋绑扎架操作平台施工过程中, 安装、拆除均需按以下要求进行, 做到操作步骤明确, 质量目标鲜明, 安全措施到位。

1) 操作平台安装顺序安全网系挂→钢管安装→铁丝与钢管固定→踏板铺设。

2) 操作平台拆除顺序靠近钢筋笼的1~2块踏板拆除→剩余踏板拆除→钢管拆除→安全网拆除。

3) 平台安拆人员作业中必须系安全带, 必须有管理人员全程监控。

4) 操作平台踏板上只允许≤2人同时使用, 禁止堆放任何材料和设备。

5) 操作平台搭设的钢管、踏板、铁丝和连接点等未经管理人员同意不得拆除。

6) 操作平台下方设置警戒区, 禁止无关人员进入, 底部2层绑扎架未使用时必须落锁。

7) 操作平台使用前需进行检查验收, 验收合格方可使用。施工过程中由安全员随时检查, 发现异常应及时上报。

本文介绍了一种新型装配式钢筋绑扎平台, 在港珠澳大桥沉管隧道工程中得到了应用, 从现场绑扎情况来看, 本平台有以下几点优势。

1) 通过设置固定支撑架, 用于承受绑扎平台所传递的载荷力, 沿固定支撑架的长度方向设置多个长度可调节的装配式支架, 从而根据固定支撑架与曲线段沉管之间的实际距离对装配式支架进行调节, 使各个装配式支架与曲线段沉管之间的距离比较接近, 在装配式支架上搭设踏板后, 形成的绑扎平台与曲线段沉管之间缝隙较小, 便于绑扎人员站在该绑扎平台上进行曲线段沉管顶板的钢筋绑扎, 保证了绑扎质量, 消除了绑扎人员可能从缝隙中跌落的风险。

2) 固定件与固定支撑架连接, 形成对支撑件的支撑, 同时支撑件能与固定件发生相对移动, 通过移动调整支撑件介于固定件与曲线段沉管之间的距离, 从而使支撑件的长度与固定支撑架和曲线段沉管之间的距离相适应。通过调整每个装配式支架的支撑件长度, 并在支撑件上搭设踏板, 使绑扎平台与曲线段沉管之间不存在过大的间隙, 并能在踏板上开展绑扎作业。

3) 在装配式曲线段沉管绑扎平台的踏板下方布置安全网, 增加绑扎平台的使用安全性, 使操作人员在绑扎平台上作业时, 不会直接跌落至底部, 进一步提高作业安全性。