大海深度近百米,港珠澳大橋橋墩如何建設的?看完佩服工程師智慧

資訊     2021年06月06日

哈嘍大家好。如果想在大海中建造一座大橋,首先要考慮的就是大橋橋墩建設。好在我國在跨海大橋建設中有著非常豐富的經驗。從最早的杭州灣跨海大橋到港珠澳大橋,再到前段時間剛合攏的平潭特大橋,還有正在建設的深中通道。今天我們就來重點說說跨海大橋在百米深海中,橋墩是如何建造的。

大海深度近百米,港珠澳大橋橋墩如何建設的?看完佩服工程師智慧

港珠澳大橋地處外海,氣象水文條件複雜,涌浪暗流以及每年的颱風都極大影響著橋隧高精度施工要求。此外海底海床面淤泥較多,深海基岩埋深基本處於50米到110米範圍。對此我國在橋墩建設中,採用淺中深三個建設方案。

在淺海中,工程師採用築島圍堰造橋法。所謂築島圍堰就是用裝滿砂石和泥土的麻袋推出一個小島,外側採用密封鋼箱或鋼板固定,完成填入後將內部泥沙挖空,然後用水泵把海水不斷抽走。這樣就形成了圍堰。在我眼裡,施工人員可以像在地面上一樣進行橋基和橋墩施工,圍堰施工法比較直接簡單,施工難度也比較低,但圍堰的工程量比較龐大,而且隨著水深慢慢增加,圍堰法的工程量就會成幾何級數增加,因此只適合在水深較淺的區域進行。此外圍堰法還會對於水域生態造成破壞,阻塞航道同時造成污染。港珠澳大橋共有72所橋墩,只有極少部分採用圍堰法施工。

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第二種則是沉箱法施工。

該施工法一般面對的是海床土質鬆軟,而且多是粉質土的情況。沉箱是一種有頂無底的結構,施工時工人先在內部沿著桶壁挖土,沉箱利用自身重力或外部壓力逐漸下沉,隨挖隨沉。同時在沉箱上面澆築混凝土橋樁,等沉箱下沉到一定深度後將其封死,最後在橋樁上建設橋墩。從遠處看就好像橋墩插進了海床中。沉箱法施工是中國土木工程師茅以升發明的,最早用於錢塘江大橋橋墩建設。這種方法也為中國幾十年間的橋樑建設貢獻巨大。它對機械化要求較低,同時不影響環境和船舶通行。不過施工人員要隨著沉箱下沉,一起潛入海底,工作作業環境極為艱苦。在大海中水深每增加10米,相當於在施工人員身體上額外增加一個大氣壓,工人們一進一出,對身體的傷害非常大。

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第三種則是深海橋墩建設。由於橋樁要打入海底100米深的海床基岩中,這時就要用到深井法施工。其原理和在地面打井一樣而得名,施工人員顯然無法潛入百米深海的岩層中,這時就要用到打樁船,打樁船直接可以把空心樁打到海底岩層中,並依據海床深淺採用不同種類的樁,如果從深海表面到岩層的距離較短,工程師就會設計較短的短承樁,主要靠岩石提供承載力,如果海床較深,打入海底的樁就需要藉助沙土摩擦力來維持承載力,這時就要用到較長的摩擦端承樁。除了這兩種外,還有一種極端情況。如果海床厚度及深層樁無論如何也夠不到海床岩層時,就會採用純摩擦樁,依靠渣土摩擦力來提供支撐力。

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其實無論採用哪種方式,每個橋墩下方不只有一根樁可支撐,通常會有幾根甚至幾十個協同,為橋墩提供支撐力。位於海面下的樁對橋樑安全至關重要。除了考慮到承載力外,其實還有一個不可或缺的技術防腐。

防腐是港珠澳大橋壽命達到120年的關鍵所在。海水不同於淡水,它是一種腐蝕性很強的液體。海水中含有大量腐蝕性因子,這些腐蝕性因此會不斷侵蝕混凝土和鋼材。由於水下暗流存在腐蝕性,腐蝕性因子會不斷衝擊橋墩與橋樁,一般短短几年就會使其變為豆腐渣。

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對此,中科院金屬所研究人員專門針對港珠澳大橋特定的環境,開展了相關防腐塗層研發工作,並開發出了一種高性能塗層鋼筋技術,並在大橋墩台,沉管隧道等結構介紹安裝了鋼筋保護層,就像給水面下的橋體套了一層保護套。此外工程師還在混凝土中添加外加劑,使混凝土流動性更好,優化之後更加緊密,還會使用一些工藝防止混凝土開裂,也為了防止海水中的腐蝕因子進入混凝土結構中。

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我們常說,百年大橋始於基樁,而港珠澳大橋橋墩建設中,所採用的技術處於世界領先水平。這些橋樁就如定海神針座立於海面之下,從而承托起這座120年壽命的超級工程。