厦漳跨海大桥北汊主桥建造技术

福建厦漳大桥有限公司总工程师易云焜厦漳跨海大桥北汊主桥建造技术福建厦漳大桥有限公司主要内容北汊主桥概况基础承台塔柱斜拉索主梁架设第一章北汊主桥概况1.1建设条件1.2总体设计1.3施工历程1.1建设条件1.1.1通航论证1.1.2场地地震安全性评价1.1.3工程地质1.1.4气象和水文1.1.1通航论证3万吨级集装箱、3.5万吨级散货船双向通航北岸码头岸壁至南岸索塔承台边缘净距630米；通航净空高度在设计最高通航水位以上不小于53米；通航净空宽度不小于375米。1.1.2场地地震安全性评价E1：100年超越概率10%（950年)E2：100年超越概率5%（1950年）地表面水平向设计反应谱参数（阻尼比0.02）概率水准地震系数KhP100=0.100.246P100=0.050.375据不完全统计，在国内已建特大跨径桥梁中最大！1.1.3工程地质球状风化花岗岩地层，基岩风化突变。探头石、孤石多而大。层底标高层厚岩土名称-40.11.8微风化花岗岩孤石-76.736.6强风化花岗岩（砂砾状）-88.211.5强风化花岗岩（碎块状）-92.454.25中风化花岗岩孤石-94.652.2微风化花岗岩孤石-106.0511.4强风化花岗岩（碎块状）-109.53.45微风化花岗岩孤石-113.84.3强风化花岗岩（碎块状）1.1.4气象和水文厦门湾，多台风地区（6月~9月）。一日两潮，潮差约4米。最大水流速2m/s。设计基本风速39.7m/s！相当于14级台风！1.2总体设计1.2.1结构体系1.2.2主要构件1.2.3关键构造1.2.4材料指标1.2.1结构体系立面布置图体系指标指标高跨比跨宽比边主跨比数值0.22420.530.42说明：主跨跨径780m,边跨跨径95+230=325m，塔高（桥面以上）178m，桥宽38m。1.2.1结构体系支座布置图半漂浮体系1.2.1结构体系纵向阻尼装置示意图1.2.2主要构件227米！宝石型桥塔,，塔高227米，其中下塔柱48.9米，中塔柱97.1米，上塔柱81米。1.2.2主要构件热挤聚乙烯高强钢丝斜拉索1.2.2主要构件流线型扁平钢箱梁1.2.3关键构造锚拉板索梁锚固1.2.3关键构造钢牛腿钢锚梁索塔锚固1.2.4材料指标注：全桥面积=1430*38=54340m2构件主要材料数量材料指标主塔塔身、过渡墩、辅助墩混凝土C5041760(m3)0.77钢筋HRB335(HRB400)8737(t)0.16拉索钢丝φ73236(t)0.060主梁钢材Q345C(Q370qC)28044(t)0.521.3施工历程部位数量(单塔)施工时间工效(d)备注桩基36根2009.8.1～2010.6.747天/根层状风化花岗岩，钻机共12台，回旋钻5台，冲击钻7台。承台1个2010.6.7～2010.9.1196天/个锁口大板单臂围堰，水下封底，分两层浇注。下塔柱49米2010.9.11～2010.12.310.4米/天在标高26.7米、43.7米处设置拉杆两道下横梁1个2010.12.31～2011.3.1372天/个同步施工，分两次浇注。1.3施工历程中塔柱97米2011.3.13～2011.8.80.7米/天在标高68.6米、88.6米、106.6米、124.6米、142.6米处设置撑杆五道。含中塔柱交会段6m。上塔柱81米2011.8.8～2011.12.190.6米/天含钢锚梁安装，同时施工墩旁支架。墩顶段5段2011.10.20～2011.12.1912天/段含两套桥面吊机安装。标准段24段2011.11.19～2012.6.299.3天/段边跨箱梁段架设按设计要求与中跨对应。合龙段1段2012.6.29～2012.7.34.0天/段配切为主、辅助顶推合龙。第二章基础2.1设计方案2.2施工方案2.3后评价2.1设计方案2.1.1基本条件2.1.2方案比选2.1.3施工图设计2.1.1基本条件2.1.1基本条件2.1.2方案比选基础形式沉井桩基础结构受力特性整体稳定性好、刚度大,受力明确,可以承受较大的竖向和水平荷载。适应地层的能力强,稳定性好,整体刚度约小,承载力比较均匀,但单桩受力特性有一定离散性。施工难度规模较大,结构复杂,下沉深度较大,需要较高精度的施工控制及较多的施工设备,施工难度大。工艺多、成熟,对地质和施工条件适应性好,数量大。工期工期较长,须在台风到来前下沉。工期短,受台风等因素影响较小。比较适合的有桩基础和沉井基础。沉井基础能够充分利用埋深在40-45m位置的砂砾石层或强风化岩层；但在风化岩体或孤石沉降困难,且纠偏困难。如桩基础，则弱、微风化面起伏很大，需采取长短桩。2.1.2方案比选建安费11646万元10941万元综合评述1.沉井基础刚度大,整体性好,受力明确,但施工需要大型锚碇系统、浮运和下沉需困难,加工、浮运定位、下沉均需要较高的技术水平,施工风险较大,工程造价和成本较高。2.桩基础的穿透能力较强,可以将上部结构的荷载传递到较深的地层中,容易选择承载能力相对较理想的地层,同时桩基础也比较灵活,形式多样,具有施工机具简便、技术简单、适用范围较广、造价较低。从地质、水文、经济等角度分析，推荐采用群桩基础方案。2.1.3施工图设计2.1.3施工图设计单塔桩数布置形式类别桩径(m)桩长(m)单桩极限承载力(t)36梅花型嵌岩桩3.0~2.573.8~11110000砼数量(C35)钢筋重(t)指标(kg/m3)钢护筒长(m)筒壁厚(mm)单筒重(t)16728106063252547桩基基本设计参数2.2施工方案2.2.1实施条件2.2.2实施方案2.2.3实施情况2.2.1实施条件已有栈桥110米钻深36根桩、8个月工期2.2.2实施方案北汊栈桥钻孔平台大直径、超长钻深回转钻机共36根、8个月6台钻机、6个循环2.2.3实施情况北塔桩基从2009年8月1日开始施工，至2010年6月7日最后一个桩基结束，历时310天；南塔桩基从2009年8月1日开始施工，至2010年4月10日最后一个桩基结束，历时253天。全桥共72根桩，经声测管检测，全部为A类桩。北塔桩基是全桥工期的一个控制性节点，施工单位进行了课题研究——《海中球状风化花岗岩地层大直径超长钻孔桩施工技术研究》。2.3后评价桩基施工是全桥工期控制的核心。厦门湾地区多为花岗岩、或辉绿熔岩，弱、微风化面起伏大，孤石多，且常见风化深槽。如北塔钻孔范围内出现2个风化深槽，致使两根相邻的桩，微风化面相差40~50米。岩性变化剧烈，容易形成斜孔和s形弯孔；钻杆摆动大，钻杆容易疲劳断裂。为防止斜孔和弯孔，需对回转钻机采取导向和配重等措施。在地质复杂的花岗岩地区，逐桩钻孔对特大跨度桥梁是很有必要的。既能确保桩基设计的合理性和可靠性，也能为钻进参数选择提供依据，减少斜孔和弯孔的几率。2.3后评价由于海水中含有大量Cl-、Ca2+、Na+等带电离子，海水泥浆悬浮性能和稳定性差，造出的泥浆粘度小，胶体率低，泥浆护壁质量差，易塌孔而引起埋钻和断桩；易沉淀而形成断桩。因此，不得海水造浆。虽然设计要求桩基进入弱、微风化岩层，但按摩擦桩计算。桩基承载力试验证明了计算模式的正确性。010000200003000040000500006000070000020000400006000080000桩顶荷载/kN桩端阻力/桩侧总阻力/kN/桩端阻力桩侧总阻力2.3后评价厦门湾地区桩基施工基本上为冲击钻。冲击钻设备简单、适应性强，但成孔桩长不宜超过60m。花岗岩地质钻渣颗粒大，要求的泥浆比重大，容易引起泥皮厚度过大，降低桩基承载力。在灌注混凝土之前，必须二次清孔。二次清孔不得海水造浆第三章承台3.1设计方案3.2施工方案3.3后评价3.1设计方案横桥向立面图顺桥向立面图3.1设计方案底层钢筋顶层钢筋横桥向长(m)顺桥向长(m)高(m)砼数量(C40)钢筋重(t)指标(kg/m3)42296.5787258174承台基本设计参数3.2施工方案3.2.1实施条件3.2.2实施方案3.2.3实施情况3.2.1实施条件底面标高-2.8m顶面标高3.7m最高高潮位4.511m最低低潮位-3.209m海床标高-3.100m淤泥海岸平均高潮位2.411m平均低潮位-1.579m计划工期3个月3.2.2实施方案水中承台围堰施工淤泥海岸最大潮差6.92m套箱或吊箱围堰潮汐钢板桩围堰3.2.2实施方案高桩承台吊箱围堰普通承台套箱或钢板桩围堰经济钢板桩围堰运输设备3.2.2实施方案潮汐木屑混沙封堵水泵抽水水下封底抽水封底Ⅰ标Ⅱ标根据自身情况选择3.2.2实施方案7872m3温度裂缝分层浇筑温控水管42m收缩裂缝上下层滞后≤15天砼入模温度3.2.3实施情况北塔承台从2010年6月7日开始施工，至2010年9月11日结束，历时96天；南塔承台从2010年4月11日开始施工，至2010年7月20日结束，历时99天。温度裂缝控制良好，但产生了收缩裂缝。承台中采取了厚保护层（9cm）、阴极保护、阻锈剂等防腐措施，收缩裂缝经注浆封闭处理后不影响结构的功能及耐久性。实际砼浇筑速度在80m3/h，每层砼浇筑时间为2天。Ⅰ标水下封底效果良好，未发现漏封；Ⅱ标封底为50cm碎石+50cmC25垫层砼，未发生管涌现象。砼浇筑在7~8月份高温季节，实际入模温度白天为30°左右，夜间在25°左右。砼内外最大温差为26°。3.3后评价承台为大体积混凝土结构，非常容易发生温度裂缝。北汊主桥通过采取分层浇筑、温控水管、控制砼入模温度等措施，确保砼内外温差不超过25°，避免了温度裂缝。通过合适的配合比，减少单位砼的热量，延迟砼热量产生的速度，才是避免温度裂缝的根本措施。设计推荐围水方案为双层钢套箱，实际施工单位均采取锁口钢板桩围堰。实践证明锁口钢板桩围堰是非常合适的方案。加强设计和施工的界面管理非常必要。北汊主桥实际上下层混凝土浇筑时间差在20天左右。南塔承台发生收缩裂缝后，要求北塔7天后拆模，但仍产生了裂缝。保护层较厚，可考虑在保护层内设置一层防裂纤维。第四章塔柱4.1设计方案4.2施工方案4.3后评价4.1设计方案4.1.1基本条件4.1.2方案比选4.1.3施工图设计4.1.1基本条件层状风化、地质复杂下塔柱高约50m设计基本风速39.7m/s4.1.2方案比选-塔型塔型经济造价受力性能施工难易美观图例钻石或花瓶型下塔柱缩腿、基础规模小抗风、抗震性能好难美观，有不少成功案例A型或倒Y型基础规模大横向受力、横向稳定性和抗风、抗震性能优较难较美观H型下塔柱缩腿、基础规模小平行索面，抗风、抗震性能差难塔高、横梁多，效果一般塔型比选钻石形花瓶形A形倒Y形4.1.2方案比选-索塔锚固钢锚箱混凝土塔壁拉索焊钉钢锚箱混凝土塔壁拉索焊钉环向预应力钢锚箱钢锚梁4.1.2方案比选-索塔锚固索塔锚固形式比选锚固形式受力性能经济造价施工难易维护费用环向预应力受力明确，但施工质量难易控制构造简单，用钢量少，价格便宜容易施工，但工期较长低，但难于检修和更换钢锚箱受力明确，传力清晰，力学性能有保证构造复杂，用钢量大，价格昂贵工期短，但需大型吊装设备高，但容易检修钢锚梁受力明确，传力清晰，力学性能有保证构造较复杂，用钢量较大，价格较昂贵工期短，但需较大吊装设备高，但容易检修综合比较，北汊主桥采取钢锚梁的索塔锚固形式。4.1.3施工图设计下塔柱下横梁中塔柱上塔柱4.1.3施工图设计主塔基本数据项目平面尺寸(m)厚(m)砼数量(C40)钢筋重(t)指标(kg/m3)塔座35.6×17.8→39.6×21.8214978758项目截面尺寸(m)壁厚(m)斜率高(m)截面面积(m2)下塔柱11.48×5.8→12.8×9.81.3外1/5；内1/3.51949.538→52项目截面尺寸(m)壁厚(m)长(m)预应力索(t)预应力索数压应力(MPa)下横梁11×8顶、底1.0；腹板1.2550.6103889.364.1.3施工图设计主塔基本数据（续）项目截面尺寸壁厚斜率