主塔深水基础施技术2武汉天兴洲大桥

1、宋伟俊武汉天兴洲长江大桥主塔墩武汉天兴洲长江大桥主塔墩深水基础施工技术深水基础施工技术23围堰下河入水围堰下河入水3围堰下水后自浮状态围堰下水后自浮状态 （2）钢吊箱浮运、定位。）钢吊箱浮运、定位。 浮运前完成定位系统施工，吊箱在两艘浮运前完成定位系统施工，吊箱在两艘6000匹马力主匹马力主拖和一艘拖和一艘2640匹马力帮拖的牵引下，顶推浮运至墩位处停匹马力帮拖的牵引下，顶推浮运至墩位处停稳，顺序完成定位系统与吊箱间连接并调整定位系统受力稳，顺序完成定位系统与吊箱间连接并调整定位系统受力均匀，解除主拖与帮拖，对称预紧定位系统，围堰初定位。均匀，解除主拖与帮拖，对称预紧定位系统，围堰初定位。 双

2、壁及底隔仓内注水下沉至吊箱顶面标高双壁及底隔仓内注水下沉至吊箱顶面标高+26.0m，实，实测围堰平面扭转、位移及垂直度偏差，均匀收放调整主拉测围堰平面扭转、位移及垂直度偏差，均匀收放调整主拉缆，顺序调整吊箱平面扭转偏差、纵横桥向位置，均匀调缆，顺序调整吊箱平面扭转偏差、纵横桥向位置，均匀调整下拉缆并辅助双壁内注水调整吊箱垂直度，使围堰平面整下拉缆并辅助双壁内注水调整吊箱垂直度，使围堰平面位置、标高、垂直度及拉缆索力均符合设计要求，实现精位置、标高、垂直度及拉缆索力均符合设计要求，实现精确定位。确定位。 3吊箱围堰顶推浮运吊箱围堰顶推浮运3围堰前定位船围堰前定位船3围堰后定位船围堰后定位船 （3

3、）定位桩施工及钻孔平台形成。）定位桩施工及钻孔平台形成。 大型浮吊起吊定位桩钢护筒至吊箱上下导环内，大型浮吊起吊定位桩钢护筒至吊箱上下导环内，调整活动上导环微调装置，控制钢护筒垂直度，采用调整活动上导环微调装置，控制钢护筒垂直度，采用ape400b型振动打桩机下沉定位桩至设计标高。定位型振动打桩机下沉定位桩至设计标高。定位桩插打时，实测水流条件变化、吊箱平面位置及垂直桩插打时，实测水流条件变化、吊箱平面位置及垂直度，监控钢护筒中心位置与垂直度。定位桩插打完毕，度，监控钢护筒中心位置与垂直度。定位桩插打完毕，安装挂桩牛腿，双壁内注水吊箱均匀支承于定位桩上，安装挂桩牛腿，双壁内注水吊箱均匀支承于定

4、位桩上，下导环与定位桩间固结，均匀放松拉缆系统，形成固下导环与定位桩间固结，均匀放松拉缆系统，形成固定钻孔平台。定钻孔平台。 （4）钻孔桩施工。）钻孔桩施工。 插打渡洪桩钢护筒，选用插打渡洪桩钢护筒，选用kty4000型钻机一次成型钻机一次成孔。完成渡洪桩施工后，解除吊箱与定位桩间连接，将孔。完成渡洪桩施工后，解除吊箱与定位桩间连接，将围堰均匀固结于渡洪钻孔桩上，作好平台渡洪前的准备。围堰均匀固结于渡洪钻孔桩上，作好平台渡洪前的准备。插打其余钢护筒并进行钻孔桩施工。插打其余钢护筒并进行钻孔桩施工。 （5）围堰下放及二次挂桩。）围堰下放及二次挂桩。 钻孔桩完成后，拆除围堰上施工荷载，解除吊箱与钻

5、孔桩完成后，拆除围堰上施工荷载，解除吊箱与钢护筒间固结，吊箱内抽水并自浮，拆除挂桩牛腿，均钢护筒间固结，吊箱内抽水并自浮，拆除挂桩牛腿，均匀对称张拉定位系统，调整吊箱位置，双壁内注水，在匀对称张拉定位系统，调整吊箱位置，双壁内注水，在定位系统的控制下吊箱均匀、缓慢下沉至设计标高第二定位系统的控制下吊箱均匀、缓慢下沉至设计标高第二次挂桩。次挂桩。 （6）围堰封底及承台施工。）围堰封底及承台施工。 钢护筒与底板间堵漏，分隔仓对称平衡浇注封底钢护筒与底板间堵漏，分隔仓对称平衡浇注封底混凝土、底隔仓及双壁内混凝土，待封底砼达到设计混凝土、底隔仓及双壁内混凝土，待封底砼达到设计强度后，抽干吊箱内水，分两

6、次完成承台大体积混凝强度后，抽干吊箱内水，分两次完成承台大体积混凝土施工。土施工。ape400b型振动打桩锤插打型振动打桩锤插打3.6米钢护筒米钢护筒围堰钻孔平台挂桩设备围堰钻孔平台挂桩设备钻孔桩施工平台钻孔桩施工平台自行研制的自行研制的kty4000型动力头钻机用于主塔型动力头钻机用于主塔3.4m钻孔桩施工钻孔桩施工3围堰钻孔桩施工围堰钻孔桩施工3围堰钻孔桩施工围堰钻孔桩施工 1、研究钢吊箱在水深流急、水文条件变化复杂时平面、研究钢吊箱在水深流急、水文条件变化复杂时平面定位精度、钢护筒垂直度的措施，实现吊箱顺利下放至设定位精度、钢护筒垂直度的措施，实现吊箱顺利下放至设计标高，保证钻孔桩、承台

7、的施工偏差符合设计要求。计标高，保证钻孔桩、承台的施工偏差符合设计要求。 2、钢吊箱整体制造、横向下水、整体浮运的控制。、钢吊箱整体制造、横向下水、整体浮运的控制。 3、河床施工冲刷大，应采取有效的监测防护措施，保、河床施工冲刷大，应采取有效的监测防护措施，保证钻孔平台稳定与钻孔桩施工。证钻孔平台稳定与钻孔桩施工。 4、研究、研究3.4m大直径钻孔桩在软硬胶结不均砾岩中一大直径钻孔桩在软硬胶结不均砾岩中一次成孔与成桩工艺，研制钻孔设备，确保汛期前渡洪钻孔次成孔与成桩工艺，研制钻孔设备，确保汛期前渡洪钻孔桩的顺利完成及基础阶段性工期。桩的顺利完成及基础阶段性工期。 5、吊箱封底平面尺寸巨大，面积

8、约、吊箱封底平面尺寸巨大，面积约2600，吊杆数量，吊杆数量多，底板刚度不均，为保证封底混凝土浇注质量及吊杆受多，底板刚度不均，为保证封底混凝土浇注质量及吊杆受力均匀，应采取有效的控制措施。力均匀，应采取有效的控制措施。四、需解决的关键技术问题四、需解决的关键技术问题五、关键技术问题的处理五、关键技术问题的处理 1、确保钢吊箱平面定位精度及钢护筒垂直度措施、确保钢吊箱平面定位精度及钢护筒垂直度措施。 （1）定位精度的误差分析。）定位精度的误差分析。 双壁钢吊箱在制造、浮运定位、钢护筒插打及两次挂桩双壁钢吊箱在制造、浮运定位、钢护筒插打及两次挂桩过程中存在许多因素影响钻孔桩、承台的施工偏差及吊箱

9、的过程中存在许多因素影响钻孔桩、承台的施工偏差及吊箱的顺利下放。顺利下放。 吊箱既是钻孔施工平台，又是承台施工围堰与模板，吊箱既是钻孔施工平台，又是承台施工围堰与模板，又作为钢护筒导向定位系统，客观上对吊箱制造、定位精度又作为钢护筒导向定位系统，客观上对吊箱制造、定位精度与钢护筒垂直度提出了较高要求。与钢护筒垂直度提出了较高要求。 吊箱形体尺寸庞大，受焊接变形影响，其桩位、上下吊箱形体尺寸庞大，受焊接变形影响，其桩位、上下导环同心度及轮廓尺寸精度控制难度较大，将会产生一定偏导环同心度及轮廓尺寸精度控制难度较大，将会产生一定偏差。差。 五、关键技术问题的处理五、关键技术问题的处理 吊箱定位时，除

10、平面位移量应控制外，由于吊箱平吊箱定位时，除平面位移量应控制外，由于吊箱平面尺寸庞大，其纵横轴线扭转偏差对桩位影响较大，应严面尺寸庞大，其纵横轴线扭转偏差对桩位影响较大，应严格控制，吊箱的垂直度对钢护筒垂直度产生一定影响，应格控制，吊箱的垂直度对钢护筒垂直度产生一定影响，应尽可能调整。尽可能调整。 吊箱由定位系统约束向固定钻孔平台体系转换时，吊箱由定位系统约束向固定钻孔平台体系转换时，受水流阻力、风力、施工荷载等因素影响，将会沿水流方受水流阻力、风力、施工荷载等因素影响，将会沿水流方向产生一定量位移而影响桩位精度。向产生一定量位移而影响桩位精度。 因此，应合理确定吊箱平面定位精度与钢护筒垂直度

11、因此，应合理确定吊箱平面定位精度与钢护筒垂直度的技术标准，对吊箱制造、平面定位精度、纵横轴线扭角、的技术标准，对吊箱制造、平面定位精度、纵横轴线扭角、吊箱垂直度及钢护筒垂直度进行有效控制。吊箱垂直度及钢护筒垂直度进行有效控制。 （1）定位精度的误差分析。）定位精度的误差分析。 吊箱平面定位精度与钢护筒垂直度控制措施。吊箱平面定位精度与钢护筒垂直度控制措施。 经过吊箱定位精度的误差分析，掌握影响定位精度的因经过吊箱定位精度的误差分析，掌握影响定位精度的因素，分析产生偏差的原因，采取如下技术措施控制吊箱平面素，分析产生偏差的原因，采取如下技术措施控制吊箱平面定位精度与钢护筒垂直度。定位精度与钢护筒

12、垂直度。 结合墩位处水文地质、河床地形、冲刷条件，综合考结合墩位处水文地质、河床地形、冲刷条件，综合考虑方案的技术经济性及定位精度的要求，虑方案的技术经济性及定位精度的要求，2#墩采用锚墩加预墩采用锚墩加预应力钢铰线的精确定位方案，合理选择锚墩的刚度，增加钢应力钢铰线的精确定位方案，合理选择锚墩的刚度，增加钢铰线的预拉力，形成刚性定位系统，有效提高吊箱平面定位铰线的预拉力，形成刚性定位系统，有效提高吊箱平面定位精度。精度。3#墩采用重锚加定位船定位方案，选用重型锚碇与重墩采用重锚加定位船定位方案，选用重型锚碇与重型长锚链，有效缩短锚绳长度，使定位系统布置更趋合理、型长锚链，有效缩短锚绳长度，使

13、定位系统布置更趋合理、紧凑，有效减小锚碇系统非弹性、弹性变形影响。紧凑，有效减小锚碇系统非弹性、弹性变形影响。 定位系统施加强大的预拉力并采用强大的边锚系统，定位系统施加强大的预拉力并采用强大的边锚系统，既防止吊箱在水流、风力、波浪力作用下横向摆动与平面扭既防止吊箱在水流、风力、波浪力作用下横向摆动与平面扭转，又有效减小吊箱在水文条件变化时的位移，提高其定位转，又有效减小吊箱在水文条件变化时的位移，提高其定位精度。精度。 钢吊箱采用工厂整体制造，提高上下导环中心位置、钢吊箱采用工厂整体制造，提高上下导环中心位置、椭圆度及同心度的制造精度；控制吊箱焊接变形，提高吊箱椭圆度及同心度的制造精度；控制

14、吊箱焊接变形，提高吊箱内轮廓尺寸、板面平整度及形状参数的精度，保证吊箱结构内轮廓尺寸、板面平整度及形状参数的精度，保证吊箱结构制造质量。上、下导环均设有可调装置，吊箱入水前精确调制造质量。上、下导环均设有可调装置，吊箱入水前精确调整活动下导环装置，消除固定下导环在制造中的偏差，提高整活动下导环装置，消除固定下导环在制造中的偏差，提高下导环精度；吊箱精定位后，钢护筒插打前精确调整上导环下导环精度；吊箱精定位后，钢护筒插打前精确调整上导环可调装置，确保钢护筒平面位置与垂直度。可调装置，确保钢护筒平面位置与垂直度。 计算水位、流速变化时吊箱平面位置变化量，有效计算水位、流速变化时吊箱平面位置变化量，

15、有效指导在不同水流条件及其变化时定位系统的调整与吊箱的指导在不同水流条件及其变化时定位系统的调整与吊箱的精确定位。施工前，通过试插桩实测插桩期间水文条件的精确定位。施工前，通过试插桩实测插桩期间水文条件的变化规律及对插桩精度的影响，合理选择插桩时期。定位变化规律及对插桩精度的影响，合理选择插桩时期。定位时，实测预应力钢铰线与锚碇系统受力状态、吊箱平面位时，实测预应力钢铰线与锚碇系统受力状态、吊箱平面位置、倾斜与扭转及水流条件，分级分次调整定位系统与吊置、倾斜与扭转及水流条件，分级分次调整定位系统与吊箱位置，调整下拉缆受力及吊箱内偏压水控制吊箱倾斜，箱位置，调整下拉缆受力及吊箱内偏压水控制吊箱倾

16、斜，同步监测实现钢吊箱精确定位。同步监测实现钢吊箱精确定位。 2、河床冲刷与钻孔平台渡洪稳定控制、河床冲刷与钻孔平台渡洪稳定控制 在钻孔桩施工期间，分析水文地质条件及河床冲刷特在钻孔桩施工期间，分析水文地质条件及河床冲刷特点，计算钻孔平台在不同工况下的结构受力与稳定性，掌点，计算钻孔平台在不同工况下的结构受力与稳定性，掌握施工条件的变化对平台安全渡洪的影响，采取必要的技握施工条件的变化对平台安全渡洪的影响，采取必要的技术措施与防护预案，确保平台的安全稳定和钻孔桩的正常术措施与防护预案，确保平台的安全稳定和钻孔桩的正常施工。施工。 分析历年来水位过程曲线与不同时间水文特点，分析历年来水位过程曲线

17、与不同时间水文特点，结合施工实际分解平台在施工中的不同工况，计算不同施结合施工实际分解平台在施工中的不同工况，计算不同施工工况下河床冲刷深度。施工中定期测量水流速度、水位工工况下河床冲刷深度。施工中定期测量水流速度、水位及河床冲刷深度，与计算值相比较，必要时采取导管法局及河床冲刷深度，与计算值相比较，必要时采取导管法局部抛填袋装中砂或碎石的防护预案。部抛填袋装中砂或碎石的防护预案。 钻孔桩施工期间，根据平台支承体系及水文钻孔桩施工期间，根据平台支承体系及水文条件的不同，钻孔平台可分为两个施工工况。条件的不同，钻孔平台可分为两个施工工况。 工况一：由定位桩钢护筒支承平台进行渡洪钻工况一：由定位桩

18、钢护筒支承平台进行渡洪钻孔桩施工工况，汛期前完成全部渡洪桩施工并将其孔桩施工工况，汛期前完成全部渡洪桩施工并将其与平台固结。与平台固结。 工况二：由渡洪桩支承平台满足洪水期钻孔桩工况二：由渡洪桩支承平台满足洪水期钻孔桩施工工况。施工工况。 按照二十年一遇的洪水期最不利水文条件检算平台受力按照二十年一遇的洪水期最不利水文条件检算平台受力与稳定，合理确定渡洪桩的数量与布置。与稳定，合理确定渡洪桩的数量与布置。 按照钻填渡洪桩时水文条件及相应工况的支承体系计算，按照钻填渡洪桩时水文条件及相应工况的支承体系计算，合理确定定位桩的数量、布置及入土深度。合理确定定位桩的数量、布置及入土深度。 根据冲刷计算

19、分析，钻孔平台形成后在渡洪桩施工时河根据冲刷计算分析，钻孔平台形成后在渡洪桩施工时河床冲刷主要由钢护筒阻水形成，应结合计算合理选择定位桩床冲刷主要由钢护筒阻水形成，应结合计算合理选择定位桩布置，尽可能增加两排定位桩间过水断面，减小河床冲刷。布置，尽可能增加两排定位桩间过水断面，减小河床冲刷。一般情况下，河床冲刷对工况一的平台稳定与受力影响较大，一般情况下，河床冲刷对工况一的平台稳定与受力影响较大，对工况二的钻孔桩施工及钢护筒变形控制较为不利。对工况二的钻孔桩施工及钢护筒变形控制较为不利。 为保证平台稳定与结构安全，合理安排钻孔桩为保证平台稳定与结构安全，合理安排钻孔桩施工，及时将已成钻孔桩与吊

20、箱固结；施工期间根据施工，及时将已成钻孔桩与吊箱固结；施工期间根据水位变化与平台受力合理调节双壁内水头。对水流条水位变化与平台受力合理调节双壁内水头。对水流条件变化产生的平台位移与沉降严格监控，确保成桩质件变化产生的平台位移与沉降严格监控，确保成桩质量与平台安全。为保证平台安全渡洪，双壁钢吊箱具量与平台安全。为保证平台安全渡洪，双壁钢吊箱具有随施工水位上浮或下落二次挂桩的功能，提高钻孔有随施工水位上浮或下落二次挂桩的功能，提高钻孔平台的防渡洪能力。平台的防渡洪能力。 1、武汉天兴洲大桥于、武汉天兴洲大桥于2004年年9月月28日正式开工，在定位系统日正式开工，在定位系统施工准备时，钢吊箱已于施工准备时，钢吊箱已于2004年同步完成工厂整体制造、下河，年同步完成工厂整体制造、下河，3号墩吊箱号墩吊箱2004年年10月浮运至墩位，月浮运至墩位，11月完成定位桩钢护筒插打月完成定位桩钢护筒插打并形成平台。并形成平台。 同步研制同步研制kty4000型动力头钻机。型动力头钻机。 2、钻孔桩于、