桥梁施工重难点技术方法跨海大桥大型深水基础施工技术ppt课件.ppt
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1、跨海大桥大型深水基础 施工技术介绍,中交二航局 李 维 洲2009年10月14日,内 容 简 介,2.大型深基础施工技术信息,1.绪论,5.大体积承台基础施工,3.大型深水基础施工平台设计,4.钻孔桩基础施工技术,6.结论与建议,一、绪 论,1.前言 2.国外桥梁大型深基础的发展 3.国内桥梁大型深基础的发展 4.跨海大桥大型深基础结构的发展趋势5.主要研究内容及意义,1.前 言,随着国家经济发展和桥梁设计和施工方法的日趋成熟,本世纪初期开始修建的东海大桥和杭州湾跨海大桥正式拉开了我国跨海长桥建设的序幕,目前中国已建或在建的跨海大桥共有15座。正在建设的有上海崇明通道工程、山东青岛湾跨海大桥、
2、广东南澳跨海大桥、浙江象山港跨海大桥、以及福建厦漳跨海大桥和平潭海峡大桥等。中国跨海长桥正处于蓬勃发展的阶段,大量的海湾、江河入海口、岛屿、海峡将需要架设“人间彩虹”,即将建设的特大型跨海通道如:渤海湾大桥、港珠澳大桥、琼州海峡大桥、跨台湾海峡大桥等。,渤海湾大桥,厦彰大桥,珠港澳大桥,杭州湾大桥,台湾海峡大桥,琼州海峡大桥,东海大桥,金塘大桥,上海长江大桥,1.前 言,跨海大桥的建设面临多变的气象环境、复杂的海底地质与水文条件的影响和混凝土设计基准期年限长等众多不利因素。跨海大桥的共同特点都要面临大型深水基础施工的难题,本人先后参与了荆州、安庆、润扬长江大桥和杭州湾、舟山金塘、平潭3座跨海大
3、桥项目施工。下面重点结合在建的平潭海峡大桥对深水基础施工做简要介绍。从所处的自然环境以及基础施工的技术难度来讲,跨海大桥基础施工主要从以下几方面采取措施:1最大程度的掌握大桥所处海域的气象、水文资料,详查工程地质情况。,2选择最恰当的技术方案,对施工方案要反复比对,不仅要考虑材料的造价,还要求综合考虑施工与将来运营的成本。3选用合理施工工艺,要求其工艺尽量简单,选用先进的大型专业的施工设备。4做好特殊的海工混凝土的研制和现场配比工作;对钢结构构件采取有效的防腐蚀措施,以达到年设计基准期的要求。5做好施工组织设计,对施工材料和设备的协作和调配进行优化。,2.国外桥梁大型深基础的发展,早期国外跨海
4、大桥的基础主要都是采用气压沉箱基础,到了二十世纪三十年代,沉井基础的应用,成为优先考虑的基础类型。二十世纪七十年代后,随着科学技术的发展,各国在修建跨海大桥时都有各自偏爱的基础类型,形成了独特的技术风格。,美国纽约布鲁克林大桥,国外桥梁大型深基础的发展,基于沉箱基础固有的缺点,工程人员在其基础上加以改进,发明了沉井基础。1936年建成的著名的美国旧金山-奥克兰大桥在水深32m、覆盖层厚54.7的条件下,采用60m28m浮运沉井,射水、吸泥下沉,入土深度达73.28m。,国外桥梁大型深基础的发展,二战之后,美国所建桥梁的基础形式日益多样:1955年,查蒙德圣莱弗尔在18m水深条件下先打H型钢桩,
5、然后整体安装钟形套箱,最后灌注水下混凝上,首创钟形基础。1957年,美国新奥尔良的庞加川湖桥水中基础采用了1.37m的预应力管柱。1966年的美国班尼西亚马丁尼兹桥采用了钢筋混凝土沉井内继续施打钢管桩的组合基础。1994年切萨比克-特拉华运河大桥和休斯顿航道桥分别采用预制的预应力混凝土方桩和混凝土方桩做为桥梁基础。,国外桥梁大型深基础的发展,欧洲的桥梁大国丹麦,建桥历史悠久,很有代表性:1935年小海带桥在水深达30m的条件下采用43.5m22m的钢筋混凝土沉箱,1998年建成的大海带桥主桥主塔基础采用了重32000t的设置基础。2000年建成的厄勒海峡大桥,全长16km,其51个引桥全部采用
6、设置基础,其主塔墩设置基础长37m、宽35m、高22.5m,自重20000t。,国外桥梁大型深基础的发展,在1970年至2000年间,日本所建的众多桥梁中很大比例采用了沉箱基础,如浦户大桥、日本港大桥、神户的波特彼河大桥等。还有一部分采用了沉井基础,如广岛大桥、早漱大桥等。日本所建的世界第一大跨度的明石海峡大桥采用了圆形的设置沉井基础,其尺寸直径达80m,高79m,是前所未有的庞然大物。,国外桥梁大型深基础的发展,日本明石海峡大桥,3.国内桥梁大型深基础的发展,我国真正开展桥梁建设直到解放后才开始,其整个桥梁基础形式大致经历了从管柱基础、沉井基础到大力发展钻孔灌注桩基础的过程。我国发展跨海大桥
7、是从上世纪80年代开始的,1987年动工并于1991年5月建成通车的厦门大桥,它也是我国首次采用海上大直径嵌岩钻孔灌注桩。1997年的广东虎门大桥,其主通航跨的跨度达到了当时我国桥梁跨度最大的888m,所用的基础形式也是钻孔灌注桩基础。,国内桥梁大型深基础的发展,下面列举几个国内近几年施工的代表性桥梁工程大型深水基础运用情况:1)浙江杭州湾跨海大桥 通航孔南航道桥主塔基础采用38根直径2.8m钻孔灌注桩,桩长125m,创国内跨海大桥超长钻孔灌注桩桩基础施工新纪录(2005年中国企业新纪录);基础承台为哑铃型结构,长81.4m,宽23.7m,厚6.0m,采用海工高性能混凝土,单个承台方量1100
8、0m3。引桥主要采用打入钢管桩基础。,国内桥梁大型深基础的发展,2)浙江舟山金塘跨海大桥 主塔基础采用42根2.85m变径至2.5m的变径钻孔灌注桩,桩长为115m,基础承台结构尺寸为56.7834.026.5m,单个承台方量10960m3。,国内桥梁大型深基础的发展,3)江苏泰州长江大桥(世界上最大的三塔两跨2X1080m悬索桥)中塔采用沉井基础,沉井长58m,宽44m,总高度为76m,相当于半个足球场大、25层楼高,其下部38m为双壁钢壳混凝土沉井,上部38m为钢筋混凝土沉井。沉井沉入19m深水和55m河床覆盖层,为世界上入土最深的水中沉井基础。,国内桥梁大型深基础的发展,4)江苏苏通长江
9、大桥:苏通大桥是世界最大跨径斜拉桥,主墩基础为世界最大规模桥梁超大型群桩基础,由131根长120m、直径28m变至25m的变径钻孔灌注桩组成,承台平面为哑铃形,长113.75m、宽48.10m厚6.0m,混凝土为C35,方量42271m3,钢筋总重达7020t。,国内桥梁大型深基础的发展,5)江苏润扬长江大桥:悬索桥北锚碇基础为矩形箱式结构,长69m,宽50m,深50m,三纵四横隔墙将箱体结构分为20个隔舱,仓内充填砂和砼。穿过35m厚粉细砂,地连墙计42个槽段平均深度54m,最大深度57m,单幅6.0m宽槽段钢筋笼重量102t,创国内施工行业穿过粉细砂最厚、支护结构嵌岩地连墙最深、单榀钢筋笼
10、重量最大新纪录。,国内桥梁大型深基础的发展,润扬长江大桥,国内桥梁大型深基础的发展,6)江苏南京长江四桥:南京长江四桥为双塔三跨悬索桥,主跨1418米,世界排名第四,其中主塔基础采用48根D3.2mD2.8m变直径钻孔灌注桩基础。主塔承台基础为哑铃形结构,平面尺寸80.535m,厚度9.0m,混凝土方量达17500m3。,南京长江四桥,钻孔灌注桩基础,悬索桥南锚碇基础采用井筒式地连墙结构形式,平面形状为“”形,长82.00m,宽59.00m,由两个外径59m的圆和一道隔墙组成,壁厚为1.50m。地连墙嵌入中风化砂岩3.00m,总深度达50.0m。,国内桥梁大型深基础的发展,7)平潭海峡大桥 平
11、潭海峡大桥引桥为50m跨等截面连续梁桥,主桥为100m+2180m+100m的变截面预应力混凝土T型刚构桥。下部结构为带圆端的矩形承台,钻孔灌注桩基础,采用2.8m2.5m变截面钻孔灌注桩。3个主墩各有钻孔桩22根,最长桩长约90m;承台尺寸为34.721.5m,为海工高性能混凝土。平潭海峡大桥因特殊地质条件和恶劣施工环境,主桥钻孔桩施工遇到了各种困难和前所未有的技术难题,例如:钢护筒变形、孤石、串孔、塌孔、深水无覆盖层的海槽区域钻孔桩施工。时间跨度达1年,目前已全部施工完成。,平潭海峡大桥钻孔桩布置及承台图,4.跨海大桥大型深基础发展趋势,跨海大桥大型深基础发展趋势有:1新的结构形式 2创新
12、的施工技术 3不断加大的基础结构尺寸 4大型化、专业化的施工机械 5.采用信息化施工技术,本文论述的主要重点,在对国内外桥梁大型基础施工技术调研与分析的基础上,结合平潭海峡大桥以及国内的其他大型海上桥梁的建设工程特点,对其大型深水基础施工进行以下几个部分的总结归纳:1跨海大桥大型深水基础施工平台的设计与施工;2海上大直径超长钻孔桩基础施工;3海上大型深水基础结构的防腐技术;4跨海大桥大型套箱制作、安装和大体积承台基础的 施工技术。,一、平潭大桥基础施工技术信息,福州平潭岛为全国第五大岛,岛上常住人口40万,平潭是距台湾最近的县,平潭岛在规划中的京台线对台通道中占据桥头堡的关键角色。平潭海峡大桥
13、全长3510m,是进入平潭岛唯一的直接通道,该桥对于地方经济乃至海西经济发展有着至关重要的作用。,1、气象信息,平潭海峡大桥地处我国东南部沿海地区的海坛海峡,属典型的亚热带季风湿润气候区,桥区季风显著,多台风,气候特征温和、湿润、多雨。冬季的10月至次年的2月为季风的多发期,风速大,时间长,海浪高,多年平均风速为9.0米/秒。08年经历影响施工的台风7次,09年已经历8次。08年统计全年7级以上大风天数占75%,实际年有效作业时间不到200天。,2.水文条件,1)潮汐特征 平潭大桥海湾潮汐类型为正规半日潮,据附近平潭海洋站统计近期实测资料潮汐特征值如下(潮位基准面采用1956 黄海平均海平面)
14、:实测最高潮位+4.23m 实测最低潮位-3.67m 平均高潮位+2.27m 平均低潮位-1.97m 最大潮差+6.69m 平均潮差+4.24m 设计高潮位+5.18m 设计低潮位-4.16m,水文条件,2)波浪 平潭大桥施工设计波浪取值参照如下表:主桥采用D 点设计波要素,西浅水区引桥采用A 点设计波要素,西深水区引桥采用B 点设计波要素,西平台区引桥采用C 点设计波要素。20 年重现期波要素如下表,3.地质条件,东、西两侧桥台处的基岩强风化层直接裸露,岩性为凝灰熔岩。多数桥墩覆盖层较薄(或没有覆盖层),基岩岩性为凝灰熔岩;其余各墩的覆盖层为粉砂、含砂淤泥、含淤泥砂、粉砂、中粗砂、亚粘土和粘
15、土等,但中间夹杂较多孤石,给护筒沉放、钻进成孔造成较大的困难,基岩岩性为凝灰熔岩,岩石强度极高(达200MPa),桩基设计嵌岩深度深,对钻机性能要求高。,不良地质及其对钻孔桩施工的影响,工程不良地质主要表现为:覆盖层不稳定不利于钻孔,易出现塌孔、串孔等问题。孤石存在易出现钢护筒不能沉放到位以及钢护筒底口变形的问题。基岩强度高达200MPa,钻进速度缓慢成孔周期长,而覆盖层又不稳定,更加容易出现塌孔事故。无覆盖层的深槽区对钻孔平台以及钢护筒沉放带来了极大困难。,施工测量,1.施工测量坐标系统 根据工程的特点,施工测量运用的坐标系统如下:1)WGS-84坐标系统:主要应用于GPS测量。2)平面坐标
16、系统:建立了大桥独立坐标系,独立坐标系的椭球定位、定向。3)高程系统:1985年国家高程系统。,施工测量,2.施工测量控制网 1)施工测量平面控制网 根据大桥工程的特点、特殊要求及施工方法,控制网分为首级网、首级加密网、一级加密网和二级加密网四个等级。次一级网由高一级网点作起算数据。2)高程施工控制网 与平面控制网类似,高程控制网分为首级网、海中首级加密网、一级加密网三个等级。次一级网由高一级网点作起算数据。,施工测量,3.桥墩基础施工测量1)基础施工测量控制技术、控制方法2)GPS全球卫星定位3)施工平台施工测量技术4)钻孔桩施工测量5)承台施工测量6)基础沉降观测,小 结,1详细如实的收集
17、大量基础信息对大型基础工程结构设计、施工具有重要的指导意义。2GPS测量技术随着海上大型工程的建设,尤其是桥梁工程建设,目前运用已经成熟,精度能达到设计的要求,具有选点灵活,作业方便,工作量小等传统方法无法与之比拟的优点,成果可靠。GPS短基线测量能够代替传统导线测量方法进行加密点的测设工作。,三、跨海大桥深水基础 施工平台设计,1.概述2.施工平台设计思路3.钢平台的主要设计参数4.钢平台计算工况类型及最不利工况确定5.钢平台施工6.钢平台处的冲刷与防护7.小结,1.概 述,钻孔桩在旱地进行施工非常方便易行,平整场地后,钻机即可就位并开钻作业,但是由于海上桥梁基础都位于水深、流急、潮差大、强
18、腐蚀的环境中,因此在进行钻孔桩施工前首要为钻机、沉放钢筋笼及灌注设备等提供一个作业场地,以满足钻孔、灌注水下混凝土的需要,并保证人员及机具的安全,这就产生了大型桥梁施工所用的施工平台。,概 述,平潭大桥地处海坛海峡,水深、浪高、风疾,施工水文条件恶劣,地质条件差,台风活动频繁,冬季季风时间长。钻孔施工平台的施工、钢护筒的准确定位和沉放难度很大,经过多次专题讨论,最后确定为以钢护筒为主要支撑桩的平台结构形式,选用起始平台利用移动悬挑式导向架和整体式简支导向架两种工艺进行钢护筒沉放。这两工工艺钢护筒的沉放精度非常高。,杭州湾大桥海上施工平台,施工平台设计思路,1)平潭大桥海域施工条件恶劣,需要设计
19、抗风、浪、流、潮以及抗冲刷能力很强的大型钻孔施工平台。2)要充分利用钢护筒入土深的特点,将钢管桩和钢护筒共同作为钻孔平台的支撑桩。3)施工平台不但要为钻孔桩施工提供作业区,配置电力系统和起重设备,还要为施工人员提供生活、办公、构件加工区。,施工平台设计思路,4)在平台的北侧以及东西两侧分别布置起始平台。利用起始平台及已经沉放的钢护筒作为支撑,移动悬挑式导向架进行钢护筒沉放。5)在东西两侧平台上架设整体式导向架进行钢护筒沉放。,钢平台的主要设计参数,施工用钢平台是比较重要的临时结构,对一些设计参数的确定按照20年一遇的标准进行取值。对平台标高的确定则选用了两种标准:钻孔区平台按照5年一遇高潮位,
20、并满足钻孔桩施工中水头高度要求,按照20年一遇高潮位确定其顶标、同时还要海浪的影响、考虑平台的下部焊接的可行性,标高确定为为+6.5m。,表3.1 钻孔钢平台主要设计参数表,钢平台计算工况类型 及最不利工况确定,根据钢平台的施工工艺、海床冲刷及使用期间可能出现台风侵袭,平台设计考虑以下工况:1单桩稳定验算;2平潭大桥水流速不算太大,冲刷深度5m考虑;3成桩前抗台风;4平台未全部完成时的抗台风情况;5整个平台在最大冲刷深度时抵抗台风;6整个平台在最大冲刷深度时正常工作。第4种为最不利工况。,钢平台施工,整个上下游平台及护筒区平联、梁系等施工均是比较常规的施工方法,钢护筒沉放施工才是整个钢平台施工
21、的重点,也是难点。1.起始平台施工起始平台位于钻孔平台下游侧,其主要作用是为沉放钢护筒,安装移动悬挑式定位导向架,提供具有足够刚度的工作平台,施工流程见图3.3。,图3.3 钻孔施工平台搭设施工工艺流程图,钢平台施工,2.护筒区平台施工护筒区平台是钻孔桩施工平台最核心的部分,是主要的受力结构,也是施工难度最大的部分。护筒区平台施工中最重要的是钢护筒沉放施工,沉放质量不但关系到护筒区平台的安全,而且还关系到钻孔桩施工能否顺利进行,如何保证钢护筒的沉放精度(包括平面位置及垂直度),又是钢护筒沉放施工中的关键。护筒沉放工艺流程见图3.6示。,1、安装导向梁,2、安装定位调整装置,3、插入钢护筒,4、
22、振沉钢护筒,钢护筒沉放施工,整体式导向架沉放工艺,a、导向架就位,b、护筒起吊,c、护筒进龙口,d、测量定位,e、振动下沉,f、沉放设计标高,移动式导向架沉放工艺,g、移导向架,依次沉放,杭州湾大桥钢平台处的海底防护,平潭大桥由于水流速小,冲刷不大,故此没有采取海底防护措施。杭州湾大桥、在建的嘉绍大桥因流速大、冲刷快,为了确保钢平台施工以及钻孔桩施工期间的安全,在钢平台施工期间同时进行平台处海底防护。具体的防护方法为如下:由于钢平台及钢护筒是按照从下游至上游的推进法施工,所以抛填维护工作也是按照此方法进行。每沉放完一根护筒后,在高平潮或低平潮时段流速较小时,利用多功能作业驳上的起重设备将袋装砂
23、用大型网兜吊运至该护筒周围进行抛填。待推,钢平台处的海底防护,进至两排护筒后,再对已经形成平台的区域进行补抛找平,保证抛填厚度达到1.5m以上。当钢平台施工全部完成后,再将抛填的范围扩大,对平台边缘向外侧15m的范围进行抛填,抛填厚度仍然按照不小于1.5m控制。在钻孔桩施工期间,还要求对平台处海底标高进行定期测量,了解冲刷情况,使钢平台始终处于设计的安全受控状态。,小 结,平潭海峡大桥三个主墩和两个交界墩施工平台,从2008年初开始进行搭设,2009年3月份完成桩基施工,平台开始拆除。在搭设过程中及后续进行的钻孔桩基础施工过程中经受了多次台风、大潮汛、大波浪的考验,状况良好,对此施工平台下面谈
24、几点体会:,小 结,1采用入土深度达27m的钢护筒作为支撑桩的平台结构形式,能够满足流急、浪高、台风等条件下平台整体稳定性要求,同时节约施工成本。2采用移动悬挑式导向架以及整体式导向架进行海上钢护筒的沉放,能够满足钢护筒沉放精度要求,是一种行之有效的施工方法,导向架刚度设计时尽量考虑大刚度。,小 结,3钢护筒沉放完成后,要及时与已行成平台进行连接,保证钢护筒在水流力、波浪力作用下不发生偏位。4在钢护筒沉放过程中以及后期平台使用中,定期进行海底泥面观测,掌控海底泥面冲刷情况和发展动态,制定出海底防护的预案;并定期进行平联焊缝检查,保证平台的使用安全。,小 结,5施工平台在施工过程中证明了平台的一
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