港珠澳跨海大桥非通航孔桥基础工程施工关键技术

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 港珠澳跨海大桥非通航孔桥基础工 程施工关键技术 摘 要港珠澳跨海大桥非通航孔 桥基础工程中，针对海中大型钢管桩插 打定位精度要求高，大型承台、墩身、 墩帽预制、运输、安装困难，海洋环境 结构耐久性要求高，预制构件间的连接 混凝土质量易受风、浪、涌等影响等问 题，结合施工装备的特点，研究采用 “三次渐进式定位 ”插打钢管桩，自动化 钢筋加工绑扎，大刚度自移式整体模板， 梁场纵横移台车搬运系统，无内支撑钢 套箱围堰，兼具平动及转动能力的多功 能吊架等技术，保障了工程施工的安全、 优质、快速推进。 中国论文网 /1/view-12796780.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词 港珠澳大桥；钢管复合 桩；承台；墩身；墩帽；预制；安装； 施工 中图分类号：HT85 文献标识码： A 文章编号： 1009-914X（2015）19- 0260-03 1 前言 中国桥梁建设已从内陆向海洋延 伸。针对海洋特殊环境，预制化安装的 桥梁建造技术对工程质量、安全及工期 控制具有显著优势。海洋给传统施工技 术带来的挑战突出表现在以下几个方面： 大型钢管桩的沉桩精度控制；大型墩 （台）的预制、存放、运输、安装；预 制构件间的连接质量控制；结构耐久性 保障；海洋施工装备选型；海洋风、浪、 涌等不利因素的克服等。以下结合港珠 澳跨海大桥非通航孔桥的基础施工，阐 述解决上述挑战的关键施工技术。 2 工程概况 2.1 桥梁结构 港珠澳大桥跨越伶仃洋海域，连 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 接粤港澳两岸三地。浅水区非通航孔桥 采用 85m 跨连续组合箱梁桥，桥梁下部 结构采用钢管复合桩基础及预制承台、 墩身、墩帽。标段内共 62 个桥墩，墩 高 19.14342.974m。基础采用 6 根钢 管复合桩，有钢管段直径 220cm，无钢 管段直径 200cm，钢管长度 1525m， 桩长 2778m，桩基按行列式布置，钢 管嵌入承台 1.6m。承台平面形状为带圆 倒角矩形，平面尺寸 16.812.1m，圆倒 角半径 200cm，承台厚 4.5m，顶面高程 -4.5-5.0m，底面高程为-9.0-9.5m 。 墩身采用 C50 混凝土，承台预制部分采 用 C45 混凝土，现浇部分采用 C45 微 膨胀混凝土，承台预制单元最大重量为 2650t。基础结构见图 1。 2.2 自然条件 桥位伶仃洋水域高潮水深 5.07.0m，低潮水深 3.55.5m，海床 较平坦，高程一般在-4.0-6.2m，地基 上部为海相沉积淤泥，下伏粉质粘土及 粗砾砂，局部有暗礁；潮汐属不规则半 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 日混合潮，20 年一遇极高潮位 +2.97m，极低潮位-1.35m；20 年一遇设 计极大流速 1.23 m/s；20 年一遇名义波 高 2.03m，周期 9.3s，波长 75m；属南 亚热带海洋性季风气候区，温暖潮湿、 气温年较差不大，降水量多且强度大； 桥位受热带气旋的影响十分频繁。 3 总体施工方案 利用“ 小天鹅” 号起重船携带整体 式导向架，采用“ 三次渐进式定位 ”技术， 用 APE400 振动打桩锤插打 6 根钢管桩， 之后移走导向架，在钢管桩群上安装整 体式钻孔平台，利用 KPG3000 型钻机 钻孔，完成钢管复合桩的施工；在中山 预制基地建设承台、墩身、墩帽的预制 及存放台座，利用整体开合式模板完成 基础结构的预制，转移至存放台座上存 放养护；通过纵、横移台车将预制基础 运输至下海码头，并用“ 小天鹅 ”号起重 船吊运至桥位安装；在临时台位组拼钢 套箱围堰，用“ 小天鹅” 起重船整体提升 至墩位下放，利用预先疏浚、堰内吸泥 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 等措施将围堰下沉至设计高程，水下封 底、堰内抽水；预制承台吊装就位后， 利用调节装置精确调位，达到要求后浇 筑桩与承台间连接混凝土；利用小天鹅 起重船继续吊装墩身、墩帽，及时浇筑 接缝混凝土，完成基础施工；基础施工 完毕，整体拆除围堰，转移至下一墩位 施工。 4 钢管复合桩施工 钢管复合桩外部为钢管，内为钢 筋混凝土桩，钢管直径 2.02.2m，钢 管在工厂内加工成形，外敷高性能防腐 涂层，并采用牺牲阳极的阴极保护体系 1。钢管桩插打精度要求：平面位置偏 差50mm、垂直度偏差 1/250。为确保 钢管插打精度，研制了自动多向调整导 向架，以“小天鹅 ”号双体船为浮式平台， 采用“三次渐进式定位 ”技术，用 APE400 打桩锤插打。具体定位方法是： 小天鹅号携带导向架驶入墩位，抛锚， 绞锚，进行初定位；利用导向架与小天 鹅甲板间的滑移调整系统，进一步调整 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 导向架空间位置，利用“ 雪浪号 ”浮吊辅 助吊装并迅速插打导向架的四根定位桩， 并将导向架锁定在定位桩上，实现“二 次定位”；利用 “雪浪号”浮吊起吊钢管 桩，喂入导向架，调整导向架上、下两 层导向环，将钢管桩垂直度控制在 1/400 以内，利用 APE400 液压打桩锤 插打钢管桩至设计位置，实现钢管桩的 “三次定位”。 “三次渐进式定位”技术很好 保证了海上钢管桩群插打的精度。钢管 桩插打完成后，解除导向架与定位桩间 临时锁定，利用“ 小天鹅”号移除导向架 并安装整体式钻孔平台，次用两台 KPG-3000A 型钻机进行钻孔灌注桩施 工2。为了保护钢管桩外部的涂层，导 向环与钢管桩接触部分采用了特制尼龙 辊轮。导向架结构见图 2。 5 承台（墩身、墩帽）预制、存 放及运输 5.1 承台（墩身、墩帽）预制及 存放 承台、墩身、墩帽均在中山梁场 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 预制，预制场主要由钢筋加工车间、预 制区、存放区、预制件纵横移滑道体系 组成。预制件钢筋均在自动化钢筋加工 车间制作，验收合格后运输至预制场内 绑扎，绑扎完成后整体移运至预制台座 上，安装模板，进行预制节段混凝土浇 筑。 预制件钢筋在钢筋绑扎台位上进 行，底节墩身、承台钢筋分别绑扎成整 体，再吊装插入、连接成整体，钢筋绑 扎过程中采用特制的支架及卡槽定位， 以确保钢筋位置准确。预制体钢筋绑扎 成型后，整体移运至预制台座上，再安 装预制体模板。预制体模板采用大刚度 的全自动液压控制模板系统，该系统主 要由底模、外侧模、外模空间桁架、内 侧模、液压控制、自走行等六个体系构 成，可实现模板全自动开合，大大提高 了模板装拆的效率。预制体混凝土采用 一次浇筑成型，浇筑过程中按照水化热 计算结果严格监控混凝土内温度变化情 况，做好混凝土养护工作，实现了大体 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 积海工混凝土预制构件的优良品质。 承台、墩身、墩帽预制完成后，利用预 制场内的纵横移滑道体系将其移运至存 放台座上存放，继续养护。 5.2 承台（墩身、墩帽）的运输 承台、墩身、墩帽等预制构件的 运输包括预制场内的运输及海上运输。 预制场内的运输采用大型纵、横移台车 在专用的轨道上平移，直至下海码头； 海上运输采用“ 小天鹅” 号起重船。承台 节段吊装前，在存放台座上时既安装好 挂桩扁担，作为承台节段起吊过程中主 要承重构件，挂桩扁担安装于承台预留 孔位置。承台挂桩扁担安装完成后，利 用梁场纵、横移台车移运至出海码头， 利用小天鹅号取件出海。承台节段海上 吊运期间，利用承台限位装置对承台进 行限位，确保承台在吊运过程中的稳定。 承台（墩身、墩帽）预制、存放及运输 布置见图 3。 6 承台（墩身、墩帽）的安装 承台、墩身、墩帽的安装面临如 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 下困难：预制构件重量大（最大达 2530t） ；预制件安装的精度要求高，平 面位置偏差不得大于 10mm；预制构件 的外形尺寸大，对起重船、吊具的要求 高；海上风、浪、涌均等荷载均远远超 出内河，对起重船的稳定及新浇混凝土 的质量均构成威胁。 6.1 承台的安装 预制承台与钢管复合桩通过在承 台预留孔中浇筑混凝土来连接成整体。 该新浇混凝土位于海床面以下，预制承 台受到海浪的冲击，会产生轻微的振动， 进而影响新浇混凝土的质量3。为解决 这一问题，研发了新型无内支撑装配式 围堰，为承台安装提供无水环境。 该围堰采用双壁结构4，厚 0.75m，平面上分为 6 块，竖向不分块， 围堰结构见图 4a。相邻壁板采用榫头式 锁口连接，顶部 3m 范围内设有螺栓连 接，围堰接缝结构见图 4b。围堰在工厂 分块制作并匹配安装，施工时可根据实 际地质条件，选择逐块插打或吸泥下沉。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 港珠澳项目海域河床较为平坦，且孤石 分布，鉴于此，研究采用了在墩位预先 开挖河床，再整体下放钢围堰的施工方 案。 预先在墩位开挖河床至设计高程， 待钢管复合桩施工完成后，在钢管桩顶 安装围堰下放导向架，利用“小天鹅” 号 浮吊将拼装成型的围堰吊运至待安装墩 位，精确定位后整体下放钢围堰。围堰 下放到位后，填筑围堰锁口缝隙，围堰 内吸泥清基；为防止堰内流塑状淤泥影 响封底混凝土质量，堰内清基时超挖 1.5m，再回填砂粒层，然后再浇筑封底 混凝土的方案。封底混凝土达到强度后， 围堰内抽水，处理钢管复合桩桩头，在 复合桩桩顶安装承台三向调整装置，用 以对承台的平面位置及高程进行调整5。 围堰施工见图 5。 “小天鹅 ”吊运承台节段至待架墩 位附近后，绞锚进入墩位，使承台平面 位置偏差不超过 20cm， “小天鹅”抛锚定 位。通过多功能吊装扁担，调整承台结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 构平面位置，调整到位后，下放承台， 将承台挂桩扁担支撑于复合桩顶的三向 调整装置上，利用三向调整装置继续精 调承台的平面位置及竖向高程，确保承 台满足以下精度要求：平面位置偏差不 大于 10mm，高程偏差不大于 10mm， 垂直度不大于 1/3000；承台调整到位后， 进行承台预留孔内混凝土的浇筑。该部 分混凝土分两次浇筑，第一次浇筑三向 调整装置以下部分混凝土，该混凝土达 到设计强度后，拆除承台三向调整装置 及挂桩扁担，将承台自重转移到第一层 预留孔混凝土上，完成受力体系转换； 调整装置拆除后，绑扎承台预留孔钢筋， 进行预留孔第二层混凝土浇筑。承台预 留孔混凝土全部浇筑完成并达到设计强 度后，利用小天鹅整体移除围堰。承台 吊装施工见图 6。 6.2 墩身的安装 墩身的吊装利用“ 小天鹅 ”号完成。 在承台底节墩身顶面设置有 1.3m 高， 150mm 厚混凝土裙板，作为接缝混凝 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 土施工外模，同时在底节墩身顶面设置 四组钢混立柱及三向调整千斤顶，作为 墩身下放后临时支撑及微调装置。为确 保墩身节段下放过程中不与底节墩身碰 撞发生破坏，裙板顶部安装有 2cm 厚橡 胶条。墩身节段下放后，利用三向调整 千斤顶，调整墩身节段平面位置及高程， 调整到位后，抄紧钢混立柱与墩身节段 底间隙，拆除三向千斤顶，绑扎接缝位 置钢筋，浇筑接缝位置混凝土，完成墩 身节段安装。 6.3 墩帽的安装 墩帽节段吊装工艺与墩身节段吊 装工艺基本相同，受墩位空间及墩帽节 段横向尺寸限制， “小天鹅 ”在吊装墩帽 节段时，船体须与桥位轴线成 30 度左 右夹角进入墩位，然后利用多功能吊装 扁担转动调整墩帽与底部墩身平面夹角。 墩帽安装施工见图 7。 为确保承台、墩身、墩帽节段顺 利吊装，满足精度要求，专门新研制了 一套多功能吊装扁担，该扁担分为上层 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 平移梁，中层旋转梁以及下层承重梁三 个部分。上层平移梁在液压设备作用下， 可在中层梁上平面内200mm 范围内平 移，以对吊装节段平面位置进行调整； 中层旋转梁可在下层梁顶平面内30范 围内旋转，以满足墩帽吊装的需求。 7 结论 港珠澳大桥非通航孔桥基础工程 施工，其关键技术及创新点如下： （1）海洋环境下钢管桩“三次渐 进式”精确定位技术。该技术通过起重 船、整体式导向架、导向架双层导向环 等多手段调节，克服了海上风浪大、水 流急的影响，达到了海上钢管桩插打的 高精度要求，实现了海上平均 1.5d 完成 6 根钢管桩的高效率施工。 （2）墩台整体预制技术。该技 术实现了钢筋自动化下料及整体绑扎， 采用大刚度无拉杆式自动化模板系统， 大大节约了模板拆装的时间，实现了墩 台大体积混凝土的一次性浇筑，减少了 施工缝，保障了承台与墩身连接处的整 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 体性。该技术开创了我国最大体积承台 与墩身底节整体一次性浇筑成型的先例。 （3）无内支撑锁口双壁钢套箱 围堰施工技术。该围堰结构采用了无内 支撑设计，降低了墩台安装的施工风险， 避免了潮汐作用对预留孔施工的影响， 确保了钢管复合桩与承台之间的有效连 接，提高了主体结构的施工质量，降低 了河床开挖量。围堰特有的锁口连接形 式可实现围堰的整体安装、拆除，提高 了施工效率。 （4）多功能吊装扁担。该扁担 实现平动了加转动的三项调整功