主塔深水基础施工技术1(武汉天兴洲大桥)

宋伟俊武汉天兴洲长江大桥主塔墩深水基础施工技术目录一、工程概况二、基础施工特点三、基础主要施工方案四、需要解决的关键技术问题五、关键技术问题的处理六、方案实施情况一、工程概况012345设计水位+27.50最高通航水位+25.68一、工程概况1、主桥桥式武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为双塔三索面钢桁梁斜拉桥，孔跨布置为（98+196+504+196+98）m，铁路四线，公路六车道，全宽27m；主梁为板桁结合钢桁梁。主塔采用钢筋混凝土结构，倒丫形，塔高188.5m；每塔两侧各有3×16根镀锌平行钢丝斜拉索，索最大截面为451φ7mm，公路桥面处索距14m，三索面间相邻索面中心距15m。一、工程概况2、水文情况南汊设计水位+27.5m，最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m。洪水期水深35m，水流速度3.5m/s，枯水期1.5m/s,桥位处水流流向与横桥向夹角10°。2号墩位于深槽北侧，河床高程约为+5.0m，覆盖层主要为砂类土，上部为新近沉积的松散状细砂，中部为松散~中密状细砂夹少量中、粗砂，岩面高程在-27m附近，基岩主要为弱胶结、中胶结和强胶结砾岩。3号墩位于深槽南侧，河床高程约为-2.9m，覆盖层主要为性质较差粉细砂层，冲刷较大，基岩埋藏较深，岩面标高在-33m附近，基岩上部主要为弱胶结砾岩，成岩作用差，岩质极软，下部以中胶结砾岩为主，中、强胶结砾岩极限抗压强度分别为9MPa和28MPa。一、工程概况3、主塔基础地质情况主塔墩基础均采用φ3.4m钻孔灌注桩，2号墩32根，桩尖嵌固在强胶结砾岩中，3号墩40根，桩长84m，桩尖支承在中胶结砾岩中，2号墩承台平面尺寸为26×53.2m，3号墩承台平面尺寸为39.8×65.3m，承台厚6m，顶面标高+10m，底面标高+4m，承台均采用双壁钢吊箱围堰施工。双壁吊箱平面为矩形，3号墩吊箱轮廓尺寸：长69.5m，宽44m，高15.5m，壁厚2.0m，围堰底部设置双壁底隔仓，底隔仓高5m，吊箱自浮状态下吃水深度约2.6m。一、工程概况4、主塔墩基础及双壁钢吊箱主塔3＃基础结构图主塔结构图围堰顶+16.0围堰侧板承台底+4.0吊箱底+1.044000/21/4隔仓平面1/4支架平面69500/21/4龙骨平面4500275027504500400040004500400020002×2000450069500/2400045004000275045002×2250侧板52502000第二节待浇承台第一节待浇承台69500/275020001500058175020008500850070500/2C25封底砼底隔仓内支架1/21--1（承台施工工况）1/22--2（封底施工工况）2×22502×20002×2250活动上导环支承上导环底隔仓1122底板44000/250045003000600015002×2000500定位桩定位桩定位桩定位桩定位桩定位桩定位桩定位桩400022501/4底板平面20007502×2250定位桩4500/222502×22502×20002×22502×20002×22507502×20002×22502×200040004000450040004500450027502×22502×20002×22502×2000400040004500/221500/2底隔仓130004000137502000侧板加强砼下导环8500/28500底隔仓2000200045004000/2定位桩45004000/24000/2定位桩定位桩可调吊杆3＃吊箱围堰结构平面和立面图3＃钢吊箱围堰位于船台上二、基础施工特点分析主塔墩基础的结构特点、墩位处水文地质、河床冲刷、通航等施工条件，基础施工具有以下特点：二、基础施工特点1、基础工程规模宏大。2#、3#墩基础应同步按排在两个枯水期一个洪水期完成。即在枯水期和洪水期完成钻孔桩，在下一个枯水期完成承台施工，汛期前下塔柱施工至历年最高水位以上。二、基础施工特点墩位处最大水深约35m，最大流速3.5m/s，流向与横桥向夹角为10°，钻孔桩、承台施工水位落差10m，水文条件变化大且频繁。2、施工期间水深流急，水位落差大。二、基础施工特点3、河床施工冲刷大。3号墩覆盖层为粉细砂，随水文条件变化冲刷现象较为敏感，最大施工冲刷约为10m，2号墩以冲刷为主，冲淤交替出现。二、基础施工特点基岩为软硬胶结不均的砾岩，埋藏较深，岩性极为不均，胶结介质种类不一，胶结介质与骨架颗粒强度差异大。4、地质条件复杂。二、基础施工特点5、双壁吊箱施工难度大。双壁吊箱形体尺寸大，结构复杂，带底龙骨的矩形结构水流阻力大，吊箱整体制造、下河、浮运、定位技术要求高，施工难度大。二、基础施工特点6、施工水域航运繁忙。主塔墩位于主通航孔附近，航运繁忙，吊箱浮运定位及基础施工干扰大，水域要求高，安全风险大。二、基础施工特点7、施工工期紧，平台渡洪要求高。根据施工总体要求，汛期前应完成足够数量的钻孔桩，形成稳定的施工平台，保证安全渡洪及汛期钻孔桩施工。复杂的施工条件与工程特点给工期控制、施工安全带来巨大难度，提出更高要求。三、基础主要施工方案针对桥位处水文地质、河床冲刷、通航等施工条件，研究基础的施工特点，调查吊箱整体制造、整体下河、整体浮运的条件，综合考虑基础施工在技术、工期、经济、安全质量等方面的要求，经研究比较，基础施工采用双壁钢吊箱工厂整体制造浮运的总体方案。根据2#、3#墩施工条件的不同，对吊箱锚墩定位与锚碇定位方案进行比较。1、定位方案比选由基础施工方案的总体要求，定位系统的功能是：（1）待吊箱浮运至墩位后，先初步定位，然后分次对称张拉定位系统对吊箱进行精确定位。（2）钻孔桩施工完毕后，解除吊箱与桩间固结，张拉定位系统调整吊箱位置与倾斜，在定位系统的控制下双壁内灌水下沉至设计标高二次挂桩，准备封底施工。三、基础主要施工方案对两种工况的水文、冲刷条件下的受力计算，定位系统受力控制工况为吊箱下沉至设计标高。根据受力控制工况，结合2#、3#墩水文、地质、冲刷条件，分别对锚墩方案与锚碇方案进行同等深度的设计检算，在技术、经济、工艺、占用水域方面进行综合比较。锚墩与锚碇定位方案综合比较2号墩3号墩施工条件定位期间水深约10m，流速约1.0m/s覆盖层为砂类土，冲刷相对较小，冲、淤交替出现。定位期间水深约20m，流速约2.0m/s，覆盖层表层为性质较差的粉细砂，冲刷较大。技术可行性两种定位方案技术上均可行，施工难度不大，设备要求不高。若采用锚碇方案，两主塔墩同步施工，定位系统组织难度增加。两种方案技术上虽均可行，但3#墩水深、流急冲刷大，锚墩基础施工难度较大，设备要求高，精定位时锚墩刚度相应降低，变形增加，在技术上锚碇方案更能适应3#墩施工条件。经济合理性2#墩施工条件相对较好，两种方案临时工程规模较为适中，工程造价相当，差异在10%以内，均具有较好的经济合理性。受3#墩施工条件影响，锚墩工程规模显著增大，与锚碇方案相比，临时工程造价增加约85%，锚碇方案具有较好的经济合理性。工艺先进性锚墩方案工艺先进，其刚度大、变形小，定位时可施加较大的预拉力提高吊箱的定位精度，精定位后一定水文条件变化时无须调整定位系统，结构受力明确，操作简便，定位效率高。锚碇方案为成熟工艺，常规设备，可超前准备，尽快形成定位系统。精定位时，虽采取重型锚碇与重型长锚链等措施，但其弹性非弹、性变形相对较大，定位精度相对降低，精定位后水文条件变化时调锚工作相对繁琐，定位难度大，操作相对复杂。占用水域锚墩方案占用航道少，施工干扰小，且锚墩可兼作防撞设施，施工安全风险相对较小。锚碇方案占用施工水域大，通航对施工干扰大，施工时应采取必要的安全防范措施。2＃墩锚墩定位方案图经过技术经济综合比较，2#墩钢吊箱采用锚墩及预应力钢铰线定位方案。2＃墩锚墩定位方案照片3#墩钢吊箱采用重型锚碇加定位船的定位方案。3＃墩锚碇定位方案图主塔墩基础均采用双壁钢吊箱整体浮运施工方案，2#墩采用锚墩定位新技术，3#墩采用重型锚碇定位工艺。总体施工方案如下：（1）吊箱制造、下水。3#墩吊箱在工厂船台上整体建造，经水密试验质量检查合格后，40台船台小车均匀承载吊箱横移至斜船架轨道临轴线区域，9台斜船架与40台船台小车同时承载吊箱，分次顶升船台小车，完成吊箱横倾，斜船架承载吊箱在绞车牵引下沿梳式滑道下移入水，至吊箱自浮状态。三、基础主要施工方案2、总体施工方案分块制造拼装的3＃吊箱围堰3＃钢吊箱位于船台上3＃围堰通过斜船架整体下水