杭州湾跨海大桥工程关键技术研究与实践

1、杭州湾跨海大桥工程关键技术研究与实践 杭州湾大桥工程指挥部 吕忠达2008年05月建设面临的挑 战 关键技术研究与实践 结语 汇报提纲前言 杭州湾跨海大桥从1993年开始筹建，前期工作历时十年，于2003年11月14日开工建设，2007年6月26日全桥贯通，于2008年5月1日全线通车。 大桥建设条件极为复杂，工程规模宏大，施工环境非常恶劣，设计和施工均面临巨大的挑战。杭州湾大桥工程指挥部按照“建设一流大桥，创造一流管理，培养一流人才”的总体要求，在浙江省委、省政府和交通部的正确领导下，在大桥技术专家组的有力支撑下，经过各参建单位的共同努力，依靠技术创新，优质、安全、高效地提前工期8个月实现建

2、成通车。 第一部分 大桥建设面临的挑 战恶劣的建设条件巨大的工程规模“四无”的艰难困境 杭州湾地处世界三大强潮海湾之一，建桥条件受气象、水文、地质、冲刷及浅层气等多种自然条件的影响, 施工条件恶劣，主要具有以下特点：大风多 2004年2007年施工期间影响杭州湾地区的台风多达19个。1 恶劣的建设条件潮差大最大潮差7.57m，平均潮差4.65m。平均流速2.39ms，实测最大流速5.16 ms。潮流急冲刷深 呈现冬冲夏淤的演变规律，施工期，南岸滩涂最大冲刷为15.5米。滩涂长 河床面呈现南涨北坍的演变规律，图为南岸9.7公里长的滩涂。腐蚀强 海水实测氯离子含量在5.54 g/L 15.91 g

3、/L之间，对结构具有比较强的腐蚀作用。浅层气 南岸滩涂区富含浅层气。名称单位数量混凝土立方米245万各类钢材吨80万钢管桩根5513钻孔桩根3550预制桥墩个474现浇箱梁孔16050预制箱梁片40470预制箱梁片5402 巨大的工程规模3 四无的艰难困境技术无规范设计无蓝本施工无装备管理无经验 第二部分 关键技术研究与实践 杭州湾跨海大桥是我国首批建造的跨海长桥，鉴于工程的复杂性和难度，集全国桥梁设计、科研和施工单位的智慧和力量，对关键技术进行攻关，取得了一批具有推广应用价值的技术成果。用先进的设计理念指导大桥总体设计 (1)海上水中区引桥和南岸滩涂区引桥，是跨海工程的主要部分，工程规模浩大

4、，其引桥设计方案立足于“工厂化、大型化和机械化”的设计理念。总体设计方案开创了跨海大桥的新理念，最大限度地减少了海上作业，充分利用了当代桥梁建设的先进技术和手段，符合海上工程的实际情况，对回避施工风险、保证工程质量、加快工程进度，确保工程顺利实施发挥了重大作用。设计理念创新是本桥创新的核心。 1 各项关键技术的主要创新点 (2)总体设计方案启动了我国桥梁新材料、新工艺、新设备的研制和开发，设计、科研和施工单位紧密配合，研制了以海工耐久混凝土为代表的新材料； 开发了大直径超长钢管桩设计、制造、防腐、沉桩大吨位70m预应力混凝土箱梁整孔预制和强潮海域海上运输、架设，大吨位50m预应力混凝土箱梁整孔

5、预制和梁上运输架设等成套技术和设备，保证了工程的顺利实施，并把我国桥梁建造技术推向了一个新的水平。 (3)设计与科研结合，开展了海洋环境下混凝土结构耐久性研究和灾害天气对跨海长桥行车安全的影响及对策研究等针对海洋工程的科学研究，填补了我国在这些领域的空白，为充分发挥工程的社会经济效益奠定了基础。 跨海长桥测量控制关键技术 (1) 建立GPS工程参考站，利用连续运行的GPS工程参考站系统，实现实时平面定位精度35cm、实时高程定位精度510cm，成功解决了海上钢管桩实时定位测量问题。 (2)开发的过渡曲面拟合法，使GPS拟合水准的测量精度优于3cm，满足了海上优先墩承台施工高程控制的精度要求。

6、(3) 创建了54工程65高程独立坐标系，解决了跨海大桥平面控制测量问题。 测量控制关键技术通过了交通部组织的成果鉴定。大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和沉桩成套技术 (1) 针对钢管桩超长、超大和变壁厚的特点，建立了连续生产、整桩制造的自动化生产线，新设备和新工艺提高了制桩效率，保证了制桩质量。 (2)采用以熔结环氧涂层为主、辅以牺牲阳极的阴极保护联合防腐蚀方案，改变了传统的设计思路，解决了在海洋中垂直方向腐蚀环境分布不均匀引起的局部严重腐蚀防护难题，是国内外钢管桩重腐蚀防护的创新方法。 (3)采用大船、大锤和船载GPS系统的总对策，依靠先进和强大的装备，成功解决了在强潮海域中超长、超大钢管

7、桩的沉桩问题、施工安全问题和生产效率问题。 钢管桩成套技术通过了浙江省交通厅组织的成果鉴定。成果已获得2007年度中国公路学会科学技术奖一等奖。 大吨位70m预应力混凝土箱梁整体预制和强潮海域海上运输、架设技术 (1)提出并采用“二次张拉”等创新技术，解决了大型混凝土预制箱梁早期开裂等工程难题。 (2)研制了整体液压模板，实现了模板整体装拆；钢筋采用整体预制和吊装方案。通过技术创新形成了机械化程度高、施工质量好和生产效率高的制梁生产线，为大规模工厂化制梁奠定了基础。 (3)研究开发了重型梁陆上搬运系统；研制了吊重3000t的“天一号”中心起吊运架一体吊船，解决了强潮海域的架梁问题。 70m箱梁

8、制、运、架技术通过了交通部组织的成果鉴定。成果已获得2007年度宁波市科学技术进步一等奖。 大吨位50m预应力混凝土箱梁整体预制和梁上运输架设技术 (1)采用大吨位箱梁整体预制、梁上运输架设的总体设计方案，解决了南岸长滩涂区引桥控制性工程问题。 (2)为最大限度分摊运梁荷载和最大限度减轻运输系统的重量， 运梁车按作用在四片箱梁上设计， 采用前、后车组分离方案和“软性”联接技术。使箱梁不需加固，并大幅度减轻了运输结构的重量，为实施梁上运梁方案奠定了基础。 (3)完成了50m箱梁场内搬运、提梁、运输和架梁的成套设备研制。设备技术先进、运行稳定、架梁效率高，其运架重量远远超过了当今世界上同类工法的水

9、平。 50m箱梁制、运、架技术通过了交通部组织的成果鉴定。成果已获得2007年度中国公路学会科学技术奖特等奖。 海洋环境下长寿命混凝土结构耐久性研究 (1)从整体结构的角度，对跨海大桥混凝土结构耐久性所涉及的问题和实用技术进行了全面系统的研究，制定了包括耐久性设计、施工、质量监测评定与运营阶段维护的整套技术文件。 (2) 明确提出了海工耐久混凝土概念及其配合比设计原则、技术路线和对应配套技术指标；引进了混凝土氯离子扩散系数快速测试方法。 (3)建立了耐久性长期监测系统，对所采取的耐久性措施进行验证，通过加速老化试验、现场长期暴露试验和原位耐久性监测，结合对周边既有海工建筑采集的数据，采用预测模

10、型，对本工程混凝土结构的耐久性进行评估和寿命预测。灾害天气对海上长桥行车安全的影响及对策研究 (1)针对主桥和桥塔区域桥面的风环境，通过系统研究提出了全桥减风方案。全桥行车安全控制风速由8级提高到10级，在考虑交通管理措施后，全线区域风速等级可达11级，大幅度提高了行车安全的抗风险水平。 (2)大桥有32Km完全暴露在海洋环境之中，通过对路网、气象资料的调研和系统分析，构建了以控制车速为核心的灾害性天气下行车的安全管理系统。 大纵坡小半径钢桥面铺装技术研究与实施 (1)通过对国内钢桥面铺装方案发生早期破坏的分析，提出了桥面铺装与钢板协同受力是桥面铺装设计根本的设计理念。 (2)从解决层间抗剪切

11、能力不足入手，提出了新型钢桥面铺装结构EBCLRA-05SMA-10(环氧树脂+冷铺环氧沥青+ 5cm SMA-10) 。解决了匝道桥大纵坡、小半径钢桥面铺装的工程技术难题。 专利 目前已获得批准的专利7项，处于公布期的专利7项，其他正在申报的专利12项。2 专利、工法、规范和推广应用情况实用新型专利、发明专利一览表序号专利成果名称专利类型专利申请号专利号1变壁厚螺旋焊管实用新型专利ZL200320123168.92螺旋焊管焊制方法发明专利ZL200310114798.43混凝土氯离子扩散系数快速测定仪控制电路实用新型专利ZL200620104490.04混凝土氯离子扩散系数测试用试件劈开夹具

12、实用新型专利ZL200620104446.X5一种固定钢管桩牺牲阳极用的卡箍实用新型专利ZL200620092901.96一种轨道轮箱(70m梁纵移)实用新型专利ZL200420010365.47预应力混凝土梁采用低强初张措施控制梁体裂缝施工工艺发明专利20051001999388熔结环氧粉末外防腐涂层钢管及涂敷工艺发明专利200610049566.99一种混凝土浆体流变性能的通用试验方法及其试验装置发明专利200610051880.010一种混凝土抗裂性能试验方法及其外方内圆试验装置发明专利200610051879.811一种钢管桩牺牲阳极的固定方法发明专利200610047521.812移

13、动式整体施工平台及施工方法和专用吊具发明专利200710050028.613一种大吨位箱梁架设临时支座实用新型专利200720080440.814一种移动式整体施工平台实用新型专利200720081029.2工法 目前已获得批准的部级工法9项，正在申报的国家级工法4项。规范研究成果纳入国家和行业标准、规范表序号标准名 称标准类型实施情况1混凝土结构耐久性设计与施工指南中国土木工程学会标准正式颁布实施2公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范交通部行业标准正式颁布实施3客运专线铁路桥涵工程施工技术指南铁道部行业标准正式颁布实施4混凝土结构耐久性设计规范国家标准讨论稿 目前已有4部国家和行业的标准和规范采

14、纳了本桥的研究成果。推广应用情况 (1)以“工厂化、大型化和机械化”为工程设计原则，已成为我国在建和待建的跨海大桥普遍采用的建设理念。继东海桥之后，金塘大桥、青岛海湾桥等跨海大桥非通航孔桥均采用了这种理念。 (2)海工耐久混凝土在杭州湾跨海大桥使用获得成功，对我国桥梁耐久性设计和施工产生了深远的影响，其设计、生产技术，己在青岛海湾大桥、金塘大桥、福建平潭海峡大桥等跨海大桥中获得推广应用。 (3)大型预应力混凝土箱梁整孔预制、海上和陆上运输架设已形成成套技术，其中：大型箱梁整孔制造和防裂技术，己形成国家工法和专利，并已在我国公路和铁路大型箱梁施工中得到广泛应用；50m箱梁超千吨级运架成套技术和设备，在我国整体化程度要求高的铁路客运专线和待建的跨海大桥施工中应用前景十分广泛。 (4)大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和沉桩己形成成