海岛地区跨海桥梁工程施工难点分析与对策
——以平潭公铁两用大桥施工为例

李筹胜 陈云洲 陈汭 陈洁 丁振宙

(南京市河海大学 江苏南京 210000)

1 工程概况

1.1 项目简介

福州至平潭铁路北接合福和向蒲铁路，再自福州站引出，经鼓山、福州南、长乐、松下至平潭岛，线路全长88.433km。划分为4个标段，中铁大桥局施工范围为3标段。

中铁大桥局施工标段——平潭海峡公铁两用大桥,从海门隧道出口下海，依次途经人屿岛，跨越元洪航道和鼓屿门水道，再通过长屿岛和小练岛、跨越大小练岛水道抵达大练岛，全长11.15km。

1.2 桥式布置

平潭海峡公铁两用大桥，跨越元洪航道、鼓屿门航道、大小练岛航道3条航道，航道桥均采用钢桁混合梁斜拉桥结构，其他区域如深水高墩区采用跨度80(88)m简支钢桁梁、浅水及陆地高墩区采用跨度48m预应力混凝土梁、岛上低墩区采用跨度40m预应力混凝土梁,全桥共168孔。

1.3 航道桥主塔

元洪航道桥、鼓屿门水道桥和大小练岛水道桥的主塔均为钢筋混凝土结构，塔高分别为200m，158m和152m。

1.4 航道桥主墩承台

航道桥主塔墩基础，采用直径4.0m、4.5m大直径钻孔桩，具体布置如图1所示[1]。

图1 航道桥主墩承台布置图

1.5 桥梁基础

全桥共169个墩，水中墩130个(占总墩数77%),主要采用桩基础，钻孔桩总数为1895根，其中4.5m桩50根，4m桩144根，3m桩418根，2.2m桩257根，2m桩954根，1.5m桩72根[1]。

2 施工难点分析

2.1 气象环境恶劣

工程区域为典型的海洋性季风气候，风向季节性变化明显，且稳定，年最大风频是NNE和NE向，均为26%，次大风为SW向(9%)。大风日数主要集中在10月～次年2月，占全年的50%左右。根据工程区域附近自动气象站与平潭气象站同期观测的对比结果，对平潭不同重现期10min平均最大风速进行修正，得出桥址工程区域年平均风速6.9m/s，百年重现期10min平均最大风速44.8m/s，参考数据如表1所示。

表1 气象部门桥址处风力统计资料

全年6级以上大风及天数达到310天左右，7级以上大风及天数200天左右，施工过程中的抗风问题突出。提高施工效率和降低安全风险难度大。

2.2 水文条件恶劣

经计算分析，桥址区平均海平面为+0.25m，长屿岛以北海域100年一遇H1%波高为9.69m，周期10.8s，浪向为E和ENE向；10年一遇H5%波高为6.35m。长屿岛以南海域100年一遇H1%波高为3.09m，周期10.8s，浪向为E和ENE向；10年一遇H5%波高为2.38m。人屿岛至长屿岛间海域100年一遇设计流速为2.66m/s，20年一遇流速2.52m/s，流向为42°和222°。长屿岛至小练岛间海域100年一遇设计流速为3.09m/s，20年一遇流速2.95m/s，流向为51°和231°。小练岛至大练岛间海域100年一遇设计流速为2.23m/s，20年一遇流速2.09m/s，流向为70°和250°。

全桥长11149.7m，97%处于海域中海况环境恶劣、风暴潮，及经常出现的潮流强度大、波浪力大，海上施工结构及设施、定位系统的设计与施工难度大。

2.3 地质情况复杂

(1)海床面多为倾斜光板岩或浅薄覆盖层，钻孔桩钢护筒插打困难，易造成护筒底口卷边、凹陷，回转钻机开孔困难,桥址区内的基岩以花岗岩、流纹岩和火山角砾岩为主，岩石强度高达213MPa。

(2)桥位孤石密布,直径从2m到10多米不等，埋置深度从海床表面到海床以下20m左右，从而为埋设大直径钢护筒带来困难。

(3)海床岩面倾斜大，强度高，大直径钻孔桩同一孔位范围岩面高差可达3m～4m，岩层横断面软硬不均，造成钻孔时偏钻斜孔。

(4)全风化岩或砂砾状强风化岩遇水后快速失去强度，地层不稳定，易造成塌孔、漏浆等，引发护筒掉落倾斜，处理困难，钻孔工效低[1]。

2.4 总工程量大、有效作业时间短、施工工效低

根据现场实际情况统计，2014年～2016年5月共计29个月(882天)中，7级及以上大风天数占87%，8级及以上大风天数占67%，涌浪2.5m以上天数49%，实际施工天数282d，仅占总天数32%，表2为设计气象资料与实际资料对比数据。

表2 设计调查气象资料与现场实际统计对照

总工期66个月。FPZQ-3标计划开工日期2013年11月1日，计划竣工日期2019年4月30日。其中，平潭海峡公铁两用大桥总工期54个月，2018年4月30日完成，2018年5月1日进入铺轨、四电工程施工、联调联试等后续工作，工程总数量大，工程数量如表3所示[1]。

2.5 桥址附近施工用地资源匮乏

由于福建沿海地区山多地狭，平原土地资源匮乏，导致桥位处码头和周边场地严重限制，施工材料运输储存、施工场地布置困难，致使施工场地布置分散零碎，不利于集中生产管理，钢结构加工场地布置如表4所示。

3 对策与措施

3.1 针对施工环境恶劣的对策

(1)增加施工机械，租借当地的海上作业船只，表5为租借各打桩船参数。

表3 主体工程及大临工程工程数量表

表4 平潭桥钢结构加工场地布置表

表5 各打桩船参数表

(2)双线施工

平潭海峡公铁两用大桥起于长乐市松下镇，从松下港规划的山前作业区与牛头湾作业区之间入海，经人屿岛，跨越松下港区进港航道(即元洪航道)和鼓屿门水道，再依次通过长屿岛和小练岛、跨越大小练岛水道抵达大练岛，再跨越北东口水道上平潭岛，大桥全长约16.338km。而施工作业时间短，为了工程高效有序的进行故而在每两岛之间采用双线施工技术以确保工程按时完成。对于双线施工，以西礁(小练岛西侧，福州方向)-大练岛桥段为例，施工以东礁(小练岛东侧，平潭方向)为中间点，向西礁与大练岛方向施工，同时西礁与大练岛向东礁方向施工，大大缩短工期。

(3)提高海上施工最大风力限制

根据《建设工程施工现场安全防护、场容卫生及消防保卫标准》(DB11/945-2012)规定，陆地施工条件为风力小于六级方能进行施工作业[2]，对于海上施工，考虑到海洋这一特殊的施工环境，为了确保海面施工作业的进行，将施工风力条件限制提升到八级，为此加强起重等设备的强度，完善安全措施和管理制度，同时编制防台应急预案，并按规定演练。对于移动模架现浇施工，遇8级以上风力时，停止混凝土浇筑。

3.2 针对桥址附近施工用地资源匮乏的对策

3.2.1加设海上生产生活区

(1)生活区布置

根据项目沿线地形地貌概况，在桥梁起点位置附近(松下镇下水洋)设项目经理部主办公生活区。由于起点位置地形起伏较大，部分场地需进行大量的挖、填方及场地整平工作。长屿岛、小练岛设分办公生活区。

(2)生产区布置

根据桥梁主体结构形式和施工方法，分别在松下镇下水洋、长屿岛、小练岛上设置混凝土搅拌站、钢结构、钢筋加工车间，公路混凝土桥面板及铁路道砟槽板预制场设置在长屿岛、小练岛上。主航道桥斜拉桥钢桁梁和80m、88m钢桁结合梁在制造厂采用节段或整孔制造，海运至架设位置。

(3)施工船舶避风锚地

施工水域由于强风和热带气旋影响较为频繁，生产调度室安排专人定时收听气象台气象预报，根据气象台提供的预报风力、船舶抗风等级、风期长短等信息，在附近水域面选择合适的避风锚地避风。

a)完善生活区、生产区各排水系统，保持各排水系统通畅。

b)各种施工船舶应根据气象台的预报风力、风期长短以及本船舶的抗风能力加固锚缆，绑扎易动构件，检查船上救生设备，选派专业人员昼夜值班。

c)架梁吊机移至索塔处或就地锚固；

d)利用减振动绳，控制斜拉索振动；

(4)混凝土搅拌站配置

项目部分别在长乐岸、人屿岛、海中平台、长屿岛、小练岛和大练岛上布置6座混凝土工厂，同时配置2艘海上混凝土工作船，进行混凝土施工供应。混凝土搅拌站、生活区、生产区布置图如图2所示。

图2 海上混凝土搅拌站、生活区、生产区布置图

4 结语

通过平潭公铁两用跨海大桥的例子可以看出，跨海大桥或是其他海上大型工程存在许多影响工程施工的因素，对此相应的应对措施应从经济效益出发，文中所举的平潭公铁两用跨海大桥是利用海域周边资源以减少预算，该工程的成功也为未来跨海大桥的建设提供了可借鉴的经验。