青岛海湾大桥设计施工简介-论文

PAGE15青岛海湾大桥设计施工简介摘要：青岛海湾大桥又称胶州湾跨海大桥是我国建桥者自行设计、施工、建造，具有独立知识产权的特大跨海大桥。青岛海湾大桥工程包括三座可以通航的航道桥和两座互通立交，以及路上引桥、黄岛接线工程和红岛连接线等，全41.58公里，为世界第一跨海长桥。本文通过对大桥的路段情况、结构分析、施工技术、施工方案和栈桥段施工详情的介绍。该理论成果对于我国桥梁建设具有借鉴意义。关键词：跨海大桥；混凝土耐久性；多跨连续梁；钻孔灌注桩；预应力混凝土Abstract:TheQingdaoBayBridge,alsoknownasJiaozhouBayBridgeisChinabridgebuildertodesign,construction,construction,withindependentintellectualpropertyrightsoflargebridge.TheQingdaoBayBridgeprojectincludesthreenavigablewaterwaybridgeandtwointerchanges,androadbridge,HuangdaoJunctionEngineeringandHongdaoconnectingline,full41.58kilometers,istheworld'sfirstcrossseaLongbridge.Thisarticlethroughtothebridgesectionroadsituation,thestructureanalysis,theconstructiontechnology,theconstructionplanandtheZhanqiaosectionconstructiondetailintroduction.ThetheoreticalresultshavereferencesignificanceforthebridgeconstructioninChina.Keyword:Seacrossingbridge;concretedurability;multispancontinuousbeam;boredpile;prestressedconcrete0引言近年来跨海大桥在我国的建设发展方兴未艾，作为沿海城市群之间重要的交通通道，跨海大桥对推动区域社会经济发展发挥着极大的作用；然而作为高速公路的重要组成部分，跨海大桥的建设又具有相对独立的特点，相关的调查与研究较为滞后。跨海大桥横跨海峡、海湾，跨度可以达到几十公里，对设计与施工技术要求较高。由于跨海大桥易受海域风、浪、流等自然条件的影响，给海上桩基施工带来较大的困难，施工质量难以保证。而桥梁的使用寿命主要取决于管桩的寿命桥墩基础使用年限主要取决于桩基的抗腐蚀性能。本文基于保障桥梁安全使用年限的需要，以东海大桥项目为例分析桥墩桩基耐久性设计与施工方案，以期为日后类似工程提供有效借鉴。青岛海湾大桥又称胶州湾跨海大桥，是我国建桥者自行设计、施工、建造，具有独立知识产权的特大跨海大桥。中国与世界建桥史又翻开了崭新的一页。1建筑简介1.1地理位置及大桥简介青岛海湾大桥又称胶州湾跨海大桥，它是国家高速公路网G22青岛到兰州高速公路的起点段，是山东省“五纵四横一环”公路网上框架的重要组成部分。起自青岛主城区海尔路经红岛到黄岛，大桥全长41.58千米，投资100亿，历时4年，全长超过我国胶州湾跨海大桥与美国切萨皮克跨海大桥，是当今世界上最长的跨海大桥。大桥于2011年6月30日全线通车。青岛海湾大桥，东起青岛主城区黑龙江路杨家群入口处，跨越胶州湾海域，西至黄岛红石崖，青岛侧接线749米、黄岛侧接线827.021米、红岛连接线长1.3公里。是我国建桥者自行设计、施工、建造，具有独立知识产权的特大跨海大桥。青岛海湾大桥工程包括三座可以通航的航道桥和两座互通立交，以及路上引桥、黄岛侧接线工程和红岛连接线。大桥为双向六车道高速公路兼城市快速路八车道，设计行车时速80公里，桥梁宽35米，设计基准期100年。青岛海湾大桥（北桥位）是国家高速公路路网规划中的“青岛至州高速（M36）”青岛段的起点，也是我市道路交通规划网络布局中，胶州湾东西岸跨海通道中的“一路、一桥、一隧”重要组成部分。海湾大桥的建设，将实现半岛城市群区域内各中心城市之间形成“四小时经济圈”，区域内中心城市与本地市内各县市形成“一小时经济圈”的道路网络规划目标。本项目由山东高速投资经营，与胶州湾高速捆绑经营。山东高速集团投资建设的青岛海湾大桥是我国目前国有独资单一企业投资最大规模的交通基础设施项目,是我国北方冰冻海区域首座特大型桥梁集群工程，加上引桥和连接线，总体规模为世界第一大桥。1.2气候特征青岛地处胶州湾畔，濒临黄海，属季风气候区，气候季节变化较明显。冬半年呈大陆性气候特点，气候干燥、温度低；夏半年受东南季风影响，空气湿润，雨量充沛，呈现海洋性气候特征。年平均气温12.6℃左右，极端最低气温-14.3℃。年平均降水量662mm，主要集中在7、8月份。平均年雾日50天，年平均雷暴日20天。历年最大风速32m/s，7、8、9月易受台风影响。胶州湾一般年份12月下旬开始结冰，2月中旬消失，冰期60天左右，固定冰多出现在1~2月份，一般在等深线2m（海图水深）内分布；堆积冰出现在胶州湾北岸的石河桥、白沙河、大沽河一带，堆积高度在50-100cm；浮冰一般年份在5m等深线内分布。1.3建筑结构大沽河航道桥：据介绍，整个海湾大桥工程包括沧口、红岛和大沽河航道桥、海上非通航孔桥和路上引桥、黄岛两岸接线工程和红岛连接线工程，李村河互通、红岛互通以及青岛、红岛和黄岛三个主线收费站及管理设施。据负责大沽河航道桥施工的青岛海湾大桥第七合同段工作人员介绍，大沽河航道桥的主塔为独塔，高达149米，是海湾大桥上的最高塔。航道桥建成后，主塔将成为大沽河航道桥的主要标志物，而大沽河航道桥也会因此成为海湾大桥的标志性建筑物。据测算，大沽河航道桥箱梁由22种55个钢箱梁装焊组成，每个标准梁段长12米、宽47米、高3.6米，其中最大梁段重达1000余吨，这在国内跨海大桥上是首次采用。自锚式悬索桥：悬索桥指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。现代悬索桥的悬索一般均支承在两个塔柱上。塔顶设有支承悬索的鞍形支座。承受很大拉力的悬索的端部通过锚碇固定在地基中，个别也有固定在刚性梁的端部者，称为自锚式悬索桥。1.4建设情况连接青岛、青岛、红岛的海湾大桥，将于2010年年底建成通车，而海湾大桥青岛市区接线一期工程也将于2010年同步建成。2009年11月27日，青岛市规划局对海湾大桥市区接线工程的规划方案进行社会公示，其中一期工程起于青岛海湾大桥，沿李村河、张村河布设，止于海尔路，全长7.6公里，为双向八车道，建成后将成为青岛首条具有八车道的城市快速路。2009年11月27日，在青岛市规划局公示大厅，青岛海湾大桥市区接线工程的规划方案面向社会公示，并听取社会各界的意见和建议。公示内容包括市区接线工程的四座立交桥以及工程的整体走向图。青岛海湾大桥市区接线工程由市市政工程设计研究院设计。据市市政工程设计院主持设计的人员介绍，海湾大桥接线工程延续了海湾大桥的桥面宽度，设计采用双向八车道，“本市在建及已建快速路中，车道数都没有超过双向六车道，市区接线工程将成为青岛首条具有八车道的城市快速路。”工作人员介绍说，市区接线工程设计思想超前，双向八车道的设计，不但可以有效地提高道路整体通行能力，建成后还将为青岛新添一条八千米景观新干线。海湾大桥直通海尔路，根据规划方案，海湾大桥市区接线工程是青岛海湾大桥的主要疏解道路，早在2006年本市就对接线工程进行了认真研究。该工程一期工程起于青岛海湾大桥，沿李村河、张村河布设，止于海尔路，全长7.6公里，为积极推进该工程建设进程，目前市规划局已经核发了选址意见书，批准了规划方案，计划年内开工，2010年与海湾大桥一起建成通车。据介绍，市区接线工程沿李村河至张村河河道北岸走向，在保证快速路标准的同时，避免沿河道反复穿插，减少桥墩对河道泄洪的影响。海湾大桥接线工程途经李沧、四方、市北及崂山四区，作为岛城“三纵四横”快速路网中重要一“横”，将承载交通动脉功能。在大桥接线工程中，规划设计单位沿线共设计了四座立交桥，分别是四流路立交桥、重庆路立交桥、黑龙江路立交桥和海尔路立交桥。据设计人员介绍，立交桥在选型上充分考虑了相交道路的功能定位，在交通分析的基础上，针对不同的交通节点采用不同的立交形式。其中，四流路立交设计采用两层半菱形立交形式，在充分利用胜利桥现状的基础上，跨郑州路及四流中支路，保证了两条主线直行方向的行车顺畅；重庆路立交桥位于两条快速路的交叉枢纽，设计采用五层全定向互通枢纽立交，两条主线之间均采用定向匝道相接，充分保证立交整体交通功能。而黑龙江路及海尔路立交间距约1.7公里，立交节点设计与北侧现状海尔路至万年泉路立交结合，实现了功能互补，降低了立交高度。2009年12月10日，随着最后一段桥梁浇注成功，我国首座海上立交桥——海湾大桥红岛海上互通立交桥主体建设完工。据介绍，目前，海湾大桥的上部结构已经完成了67%，下部结构完成了98%，预计2010年底，横跨胶州湾的青岛海湾大桥将全线贯通，2011年通车。“在海上建设这样的桥是非常困难的，这样的难度在世界上也很罕见。”青岛海湾大桥总工程师邵新鹏介绍说。2009年12月10日，伴随着最后一段桥梁的浇注成功，中国首座海上立交桥——海湾大桥红岛海上互通立交桥主体建设全部完工。桥面是这座海上立交桥里距离水面互通立交桥还采用了国内最大跨径、最小半径曲线滑移模架浇注箱梁，浇注工作历时15小时，共浇注混凝土520.54立方米。据介绍，红岛海上互通立交桥是国内首座海上互通立交，浇注的跨主线60米滑移模架箱梁位于B匝道，采用的350米小半径、60米大跨径曲线滑移模架施工设计工艺属国内之最。从海湾大桥建设指挥部了解到，红岛海上互通立交桥主体完工后，海湾大桥的上部结构已经完成了67%，下部结构完成了98%，预计2010年底横跨胶州湾的青岛海湾大桥将全线贯通，2011年正式通车。据介绍，海湾大桥分上部结构和下部结构两部分，其中上部结构包括箱梁、主塔和悬索等，下部结构则包括承台、墩身及桩基等，目前海湾大桥第五合同段完工的就是大桥的下部结构。截至2009年11月底，由山东高速集团投资建设经营的青岛海湾大桥累计完成钻孔灌注桩5110根；承台1103个；墩身1691个；预制箱梁431片；现浇箱梁311孔；安装箱梁376片。青岛海湾大桥设计全长35.4千米，是世界第二跨海大桥。整个海湾大桥工程包括沧口、红岛和大沽河航道桥，海上非通航孔桥和路上引桥，黄岛两岸接线工程和红岛连接线工程，李村河互通、红岛互通以及青岛、红岛和黄岛三个主线收费站及管理设施等，其中连接线工程都已招标结束，部分区域已进入施工阶段，而沧口、红岛和大沽河航道桥也都进入了最后的紧张施工阶段。“我们为高处作业人员配保暖服、防滑鞋、手套等防护用品。同时，如果遇到大风、暴雪等恶劣天气，立即停止作业，大型机械设备停用，必要时停止施工。”据介绍，进入冬季后，海湾大桥建设指挥部要求各施工单位及时收听、掌握气象信息，做好各项保温、升温的准备工作，提前购置塑料布、棉被、温度计、锅炉燃料、防寒服装等；提早准备原材料，将石子提前冲洗好，放置于搭建好的堆料棚内，防止形成结块，从而保证工程质量。最高、弯度最大、施工最难的一段，代表了我国海上桥梁建设的最先进水平。据介绍，因为海上施工难度大，海湾大桥建设指挥部特地设计了移动滑移模架，在世界上也属于首创，获得了多项专利。同时，海湾大桥红岛海上1.5冬季施工安全技术方案根据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）第14章冬季施工规定：冬季施工是指根据当地多年气温资料，室外日平均气温连续5d稳定低于5℃时的混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土及砌体工程的施工。1.5.1低温条件对混凝土工程的影响混凝土拌和、浇筑后水泥与水产生化学反应，低温条件下浇筑的混凝土一旦遭受冻害，体积将增加，同时水泥的水化作用也停止进行。在恢复正常温度后，水泥浆体中的孔隙率将比正常凝结的混凝土显著增加，从而使混凝土的各项力学性能全面下降，混凝土与钢筋的粘结力也大幅度降低，混凝土的耐久性严重劣化。因此，为保证混凝土施工的工程质量，在冬季施工中防止混凝土在硬化初期遭受冻害，并尽早获得强度，特制定以下冬季保证措施。1.5.2钢筋存放及焊接技术措施钢筋原材存放在需离地50㎝以上，用棚布材料覆盖裹严，防止积雪结冰。钢筋焊接安在室外进行时，温度不得低于-20℃，并采取相应的防雪、防风措施（钢筋焊接在搭设的钢筋棚内进行，钢筋棚周围设挡风板），减小焊接钢筋的温度差，焊接后的接头禁止立刻接触冰、雪等冰冷物质以免影响焊接的质量。2.2、混凝土保温技术措施A、加强原材料管理，砂石料进场前除正常的检查外，还需对含水量进行严格控制，清洗砂石料在中午温度较高时进行。夜晚用棚布覆盖保温，防止砂石料带有冰雪和冻结成块。B、拌制混凝土时通过对水的加热，达到较高的出盘温度，以适应运输、浇筑等过程中的热量损失，达到要求的入模温度。搅拌站蓄水池用保温材料覆盖并密封，水采用电热管加热，加热温度根据天气情况决定，一般控制在87℃以上，此时混凝土搅拌时先将水和砂石料搅拌均匀后方可投入水泥，避免水泥和热水直接接触。运输砼时，将混凝土搅拌运输车用保温材料（棉棚布）包裹严密，以保证拌制砼在灌注入模时的温度符合施工规范要求。混凝土施工时提前通知其他标段，防止在共用栈桥上堵塞，缩短混凝土运输时间。加强调度协调，保证随到随用，避免运输车在施工现场等待时间过长。1.5.3承台保温措施承台浇注结束后，混凝土处于降温阶段则要保温以降低降温速率，可采取如下措施：混凝土初凝后顶面覆盖一层塑料薄膜加二层草袋并加盖覆盖麻袋，并在钢套箱顶面搭设防风棚，必要时在棚内用封闭式碘钨灯照射表面加温。1.6码头、栈桥和钻孔平台的保护措施码头和栈桥上焊接间距0.5m防滑钢筋，并经常检查防滑钢筋的开焊情况，发现破损或焊接开口时及时进行修补。码头、栈桥和钻孔平台安排专人进行管理，对上面的积水、结冰、积雪及时进行清理，保证车辆行驶时不打滑。1.6.1冬季混凝土施工的注意事项混凝土的冬季施工，除按常温施工的要求进行质量检查外，还应注意以下几点：1.混凝土的浇筑尽量要选择在天气晴好、温度较高的日子进行。2.要经常检查水的加热温度，保证温度达到计算所需的温度，并将搅拌时间延长正常时间的50%。3.混凝土拌和料自搅拌机倾出时的温度及浇筑时的温度，每一工班至少检查3次，并做同条件的养护试件。4.冬季施工时，要加强施工机械保养，对水箱、油路管道等润滑部件勤检查，勤更换，防止设备冻坏。1.6.2温度测试混凝土冬季施工过程中，由试验室（负责搅拌站、混凝土）和质检工程师（负责现场温度控制）按时测量水、骨料，混凝土出罐、入模测量四周的温度；测温仪器：外界气温用自动温度计记录仪观测，混凝土出罐、入模温度用旁通温度计测试，并形成完善的温度检测。2栈桥设计2.1设计依据对于栈桥设计，我国目前尚没有可以遵循的规范。为此，在栈桥设计中，我们遵循业主发布的青岛海湾大桥土建工程施工招标文件及相关要求和规定，同时遵守国家及相关行业标准、当地水文地质资料和有关设计手册。国家及相关行业标准：①《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）②《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）③《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）④《港口工程桩基规范》（JTJ254-98）及2001年局部修订⑤《港口工程荷载规范》（JTJ254-98）⑥《海港水文规范》（JTJ213-98）⑦《港口工程混凝土结构设计规范》（JTJ267-98）⑧《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ275-2000）⑨青岛水利研究院所提供资料⑩青岛海湾大桥工程区波浪基本特征.2.2结构设计栈桥采用多跨连续梁方案，主要跨径为15m。贝雷梁结构：采用7×15m一联“321”型贝雷桁架，每联之间设立双墩，断面采用8片贝雷桁架，其间距采用0.9m；桥面宽8.0m；桥面系：由钢板和型钢组成的正交异性板桥面系；桩基础：600和800，=10mm厚钢管桩；钢管桩所用钢管，材质为Q235，采用钢板卷焊。详见:图2:一联栈桥结构立面图图3:栈桥支座处断面图图4:单孔桥面系构造图图1一联栈桥结构立面图图2栈桥支座处断面图图3单孔桥面系构造图（15m）2.3结构计算栈桥的结构设计计算①设计荷载组合与设计验算准则根据业主提出的栈桥施工荷载要求，参照《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）及《港口工程荷载规范》，经反复研究讨论，将栈桥设计，取3种状态、5种最不利工况进行设计验算。“工作状态”是指：栈桥正常使用车辆荷载与对应工作状态标准的其它可变荷载（风、浪、流）作用的组合。“非工作状态”是指：在恶劣海洋气候条件下，栈桥上不允许通行车辆，仅承担相应其它可变荷载（风、浪、流）作用的组合。栈桥施工状态是指：栈桥在自身施工期间可能出现的最不利施工荷载组合，经反复计算，以单跨栈桥通行履带吊施工荷载及履带吊在前端打桩时控制设计。栈桥作为一种重要的临时结构，根据相关规范要求和具体工程情况，确定设计验算准则：a在工作状态下，栈桥应满足正常车辆通行的安全性和适用性要求，并具有足够的安全储备。b在非工作状态下，栈桥停止车辆荷载通行，此时栈桥应能满足整体安全性的要求，允许出现局部可修复的损坏。c在栈桥施工状态下，栈桥应满足自身施工过程的安全，但6级风以上时，应停止栈桥施工。其中工况Ⅰ－工况Ⅲ（贝雷梁）以及提供下部钢管桩的竖向计算荷载，工况Ⅴ用于验算施工状态下上部结构的应力，工况Ⅳ仅用于计算下部钢管桩的横向计算荷载，与前三种荷载组合情况下计算的竖向荷载一同验算下部的钢管桩基础。表1栈桥的设计状态与最不利工况设计状态工况荷载组合恒载基本可变荷载其它可变荷载工作状态=1\*ROMANI结构自重汽车超20对应工作状态标准的风、波浪和潮流作用=2\*ROMANII结构自重100t履带吊=3\*ROMANIII结构自重挂120非工作状态Ⅳ结构自重—对应非工作状态标准的风、波浪和潮流作用栈桥施工状态Ⅴ结构自重100t履带吊—②设计荷载参数a车辆荷载（1）汽－超20（单列）；设计行车速度为15km/h，不计冲击作用。（2）挂车－120；（3）100吨履带吊（履带吊接触面积为2－5155×1070mm2），根据招标文件确定。（JTJ021－89规范中只有50t履带吊荷载图式）。图4设计车辆荷载b风荷载参数（1）工作状态组合风速为20.7m/s，风压为0.25kN/m2，相当于8级风；（2）非工作状态组合风速为27.2m/s，风压为0.44kN/m2，相当于重现期为十年的风荷载。c潮流参数（1）工作状态组合V=1.09m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.24m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.03m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.38m/s（K28+200.000－K30＋650.00）。（2）非工作状态组合V=1.12m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.31m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.31m/s（K28+200.000－K30＋650.00），V=1.36m/s（K28+200.000－K30＋650.00）。d波浪参数（1）工作状态组合波浪高0.5m，周期3.79s。水深3.52m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深4.52m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深4.52m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深4.02m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深5.52m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深8.02m（K28+200.000－K30＋650.00）。（2）非工作状态组合波浪高3.36m，周期6.88s。水深5.95m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深6.95m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深6.95m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深6.45m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深7.95m（K28+200.000－K30＋650.00）；水深10.45m（K28+200.000－K30＋650.00）。e局部冲刷深度（1）工作状态组合2.3m（K28+200.000－K30＋650.00）；4.0m（K28+200.000－K30＋650.00）；4.0m（K28+200.000－K30＋650.00）；5.0m（K28+200.000－K30＋650.00）。（2）非工作状态组合2.3m（K28+200.000－K30＋650.00）；4.0m（K28+200.000－K30＋650.00）；4.0m（K28+200.000－K30＋650.00）；5.0m（K28+200.000－K30＋650.00）.③桥面系计算a栈桥桥面系基本构造栈桥桥面板采用正交异性钢板。横梁长度为8.4m，纵肋15m。桥面板在工厂加工成3.78m的标准块。在每个标准块中，边横梁采用槽钢，中间横梁采用工字钢,纵肋采用槽钢。图5桥面系构造b设计荷载组合设计状态下，由于其它可变荷载（如对应工作状态标准的风、波浪和潮流作用）基本上不会对桥面板产生作用，故在进行桥面板设计时，不与其它可变荷载进行组合。因此，荷载组合归结为以下四种工况：工况Ⅰ：结构自重＋汽车超－20；工况Ⅱ：结构自重+100t履带吊工况Ⅲ：结构自重+挂－120工况Ⅳ：结构自重经过初步计算，认为工况Ⅲ对桥面板设计起控制作用。故取挂-120+结构自重为桥面板计算的设计荷载。c计算模型据弹性理论，采用有限元法对桥面板进行应力分析。弹性模量取2.06×105MPa，泊松比取0.3，容重为78kN/m3。桥面板按两轮荷载作用下连续板计算，挂-120的重车单轮轴重为75kN，四轮荷载直接作用在桥面板上，触地轮压为750000Pa。计算模型见下图。图6桥面板计算简图d计算结果经过计算，且提出三种方案比选，最终确定桥面系采用如下方案，采用正交异性桥面钢板，桥面系在工厂加工成3.78m一段的标准块，边横梁采用[10，中间横梁采用工字钢I10，纵向间距为0.75m；纵肋采用槽钢[10，横向间距为0.35m。见下表。表3荷载工况下桥面板应力桥面板

最大应力（MPa）横梁

最大应力（MPa）纵肋

最大应力（MPa）桥面板度（mm）（中横梁I10

桥面板厚8mm）253（超限）42.51312④贝雷梁设计计算a贝雷桁架分析采用空间有限元法对贝雷桁架进行计算分析。建立15m一联的结构计算模型，在有限元模型中将钢管桩以及桩间撑与贝雷梁一同考虑，取600直径的钢管桩。桩的计算长度取至泥面以下处，因为在此之下，土对桩的作用相对比较小，据此计算桩长，桩底采取固结，风荷载可等效于集中荷载施加在最外侧一片桁架的节点上。由于波浪力及水流力均作用在钢管桩上，相当于使上部贝雷桁架横向整体移动而对其应力影响不大，故在上部结构分析中，可不考虑波浪力和水流力的作用，也即在上部结构设计中工况=4\*ROMANIV不控制设计。图7全桥有限元模型b结构内力计算贝雷梁的结构基本形式为7×15m一联的连续梁，前端深水区有专向设计，这里以7×15m一联的连续梁为例说明连续梁的内力和反力情况。表47×15m不同工况下各支座处的最大竖向反力（kN）工况支座1支座2支座3支座4工况Ⅰ520753627609工况Ⅱ877121011541164工况Ⅲ989143013701380c结构位移计算四种工况下的位移值，见表5。表5四种工况作用结构的最大位移（mm）工况竖向位移横向位移工况Ⅰ8.10.8工况Ⅱ16.00.867工况Ⅲ18.41.5工况Ⅴ22.40.31d结构应力计算四种工况作用下边跨上弦及下弦杆的最大应力值见表6。表6四种工况作用下边跨最大应力（MPa）跨中截面支座截面上弦下弦上弦下弦工况Ⅰ-576533-92工况Ⅱ-12513857-140工况Ⅲ-12615186-214工况Ⅴ-162168-914从上表中可以看出，杆件的应力基本都在允许范围之内，只是工况三作用下，第二跨支座处下弦杆的应力稍稍超限，而当不计风荷载的情况下，其应力仅为-199MPa。因此，为安全起见，在有大风的情况下，避免相当于挂-120的荷载上桥。⑤桩顶横梁设计当100t履带吊作用在钢管桩正上方时，此时产生的作用反力最大，此时桩顶横梁为最不利状态，横梁弯矩最大值为325.84kNm，选用2HN450×150⑥桩基础设计计算a工程地质与水文在栈桥桩基的持力层范围内，土层分布自上而下为：亚砂土，层厚为10.8～15.2m，，；淤泥质亚粘土，层厚29～35m，，。局部冲刷深度主要与水深和流速等因素有关，由南滩涂区的地质、水文情况，采用经验公式推算并结合有关资料，确定了栈桥所在区段的局部冲刷深度。d桩基础设计经过计算并考虑到栈桥工程的自身特点，综合比较后确定：以《简明工程地质手册》和《桥梁桩基计算与检测》（赵明华编）中介绍的考虑敞口钢管桩的专门计算公式为依据来计算栈桥桩基的单桩竖向承载力。钢管桩计算结果总汇见下表:3栈桥施工栈桥施工主要由基础钢管桩振打、贝雷主桁架设、桥面铺装三部分组成，栈桥基础施工采用履带吊配合液压打桩锤施打钢管桩；栈桥主桁采用在后方场地内拼装分组桁架，将分组桁架运至现场利用吊车组拼成整体；桥面施工采用在后方将桥面分块加工成标准化模块，由汽车运输到位后利用履带吊吊装架设，依次逐跨施工。3.1施工工艺流程制作钢管桩钢管桩定位振动下沉钢管桩制作钢管桩钢管桩定位振动下沉钢管桩安装钢管桩顶分配梁安装贝雷桁架纵梁铺设桥面系安装防护栏杆桩顶找平纵梁拼装运输单桩承载力试验桥面模块制作桥面栏杆制作铺设水管、电缆及通讯设施施工准备3.2钢管桩的加工与制造栈桥钢管桩分节长度按每个区段单根钢管桩总长的一半来定，接桩采用焊接接头；桩径有φ600mm和φ800mm两种，壁厚δ=10mm。①材料采购与检验钢板均为Q235钢，各项指标符合《桥梁用结构钢》的标准，采购时严格执行ISO9001-2000标准对采购的要求。钢板进厂后按要求进行化学成分、机械性能、冷弯试验等抽验和复验工作，所有材料应符合标准和要求并附有质量保证书，对焊条、焊丝、焊剂等辅助材料应和钢板材料配套，其技术指标不得低于母材的机械性能。②放样、切割放样：放样作业依据施工详图进行，下料前应先确认材料的材质、尺寸和规格，按零件图下料，加工清单及排版图进行号料。材料除图纸和其他文件注明外，一律不得拼接。号料尺寸允许偏差为5mm。使用的钢材应平整且无损伤和缺陷，否则应进行矫正或剔除。切割：钢材的切割原则上采用剪板机剪切或火焰自动切割机切割，次要部位的零件可以采用火焰半自动切割或手工切割。组装前焊缝两侧各50mm范围以内的铁锈、氧化铁皮、油污、水分清除干净，并显露出钢材的金属光泽。③卷板、焊接卷管方向应与钢板压延方向一致，钢管桩直径误差控制在规范允许范围内。焊接以自动焊为主手工焊为辅，手工焊焊机型为：ZX5-400直流电焊机；CO2气体保护焊焊机型为：YD-200KR气体保护焊机。按焊接工艺要求，被焊接头区域附近的母材应无油脂、铁锈、氧化皮及其它外来物。焊接控制走向顺序、焊接电流、焊缝尺寸。焊接在模具上进行，纵缝焊接时可采用分段退焊的方法，以减少焊接变形。同一焊缝应连续施焊，一次完成。成型焊缝首先进行全面的外观检查,外观质量达到规范要求后，再进行超声波检测，发现问题及时补焊。焊缝清理及处理：焊缝焊接完成后，清理焊缝表面的熔碴和金属飞溅物，焊工自行检查焊缝的外观质量；如不符合要求，应补焊或打磨，对接焊缝必须进行表面打磨处理，修补后的焊缝应光滑圆顺，不影响原焊缝的外观质量要求。焊接环境：工厂焊接工作宜在室内进行，湿度不宜高于80%。当焊接处于下述情况时，不应进行焊接（除非采取有效措施改善）：+5℃以下；焊接表面处于潮湿状态，或暴露在雨、雪和高风速条件下；焊接操作人员处于恶劣条件下时。④涂装防腐为防止海水、大气对钢管桩的腐蚀，钢管除锈后，涂红丹底漆一道及两道面漆，涂装要均匀一致，确保质量。⑤钢管桩运输钢管桩构件运输最大长度15.2m，构件单重约为3t。构件标上重量、重心和吊点的位置，以便吊运和安装。钢管桩工地短途运输采用专用运输车。对喷涂过油漆的桩，由于油漆易受于损伤，所以在搬运中应避免和拖车的金属部位及钢丝绳直接接触，并用楞木、草席及线纱等作必要的保护。3.3打桩施工①栈桥悬臂定位导向架设计栈桥施工采用单工作面逐跨推进的作业方式进行，海上作业控制施工进度的关键工序主要在于钢管桩的定位，钢管桩的定位主要采取以下两种方式。胶州湾水域为半日潮，滩涂区靠近十塘端无潮时间较长，主要采用的方法是利用落潮的时差采取陆上常规的方法定位。退潮时在滩面上打入定位桩，履带吊吊装导向架就位。栈桥延伸至1.0km以后，无潮时间变的很短，越往前施工进入有水区。在有水的情况如何解决对钢管桩的准确定位，将是栈桥施工的技术难点。栈桥设计跨度为等跨15m，定位的思路考虑利用架桥机的原理，采用贝雷桁架与型钢加工形成一整体悬臂导向架，贝雷桁架长12m，导向架末端与已经铺设完成的栈桥前端贝雷梁销接，导向架前端按设计的桩位预留孔位并设置导向系统。先利用已经形成的栈桥作为待施工钢管桩的粗定位导向，再利用前端导向架上的微调系统完成钢管桩的精确定位。通过此导向架系统可以将水上定位转变为陆上定位，避免由于潮水的涨落对定位的影响。（悬臂定位支架结构图见下）。履带吊停放在已施工完成的栈桥桥面，吊装悬臂导向支架，悬臂导向支架精确就位后，运输钢管桩就位。履带吊吊装振动锤和桩帽与桩顶连接，将桩吊至设计桩位后，慢慢放松吊机钢丝绳，直至桩落于河床面，并再次检查桩的垂直度。施工完一跨栈桥后，与前一孔相同利用履带吊将导向架整体吊装与栈桥主梁连接，精确放出桩位，调整导向轮位置控制桩位后，履带吊配合振动锤沿测定孔位打桩。一排钢管桩振打完毕将导向架移开，铺设分配梁、主梁及桥面系，然后转入下一孔栈桥施工。图8利用履带振动下沉钢管桩示意图②振动下沉确定桩位与桩的垂直度满足要求后，开动振动锤振动，每次振动持续时间不宜超过10～15min，过长则振动锤易遭到破坏，太短则难以下沉。每根桩的下沉应一气呵成，不可中途停顿或较长时间的间隙，以免桩周土恢复造成继续下沉困难。单根桩节按起吊高度和重量控制最大为15.2m，每根桩分为2节，打桩入土至导向架施工平台上0.5～1.0m高度时，移去振动锤进行接桩。桩与桩之间焊接质量经检查合格后重新进行打桩，直至将桩打到设计深度。打桩施工工艺流程框③接桩在接桩时下节桩的打剩高度，除应留出使接桩容易就位的接续高度外，为了能有最好的接头及便于焊接作业，能提供良好的焊接作业位置和操作姿势，一般下节桩的打剩高度以50～80cm为宜。下节桩打入后，应检查下节桩的上端是否变形，如有损伤，用千斤顶及其他适当方法加以修复，同时应将锤上飞散出来的油污等对焊接有害的附着物除掉并清扫。在上节桩就位之前，要扫除上节桩接头开口部在搬运及吊入作业中附着的泥土，有变形的修正后再就位。此外，现场接头焊接完毕后，应留有大约1min的焊口冷却时间，然后再进入打桩作业。另外在打桩作业过程中，尽量避免长时间的中断。④打入精度打入精度在很大程度上取决于作业人员的精心程度、技术熟练程度、桩的制作误差、机械、导向平台等，同时也受到地基、风浪及水流等客观条件的影响。桩顶平面偏差对边桩要求小于D/5；对中间桩小于D/4并不超过10cm；桩顶标高偏差小于D/10（D为桩径）；桩的倾斜度应小于全长的1/100。3.4桥面施工打桩施工完成后，检查桩的偏斜及入土深度与设计无误后，在钢管桩之间安设型钢剪刀撑使其形成整体。同时在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整；吊放工字钢分配梁并与钢管桩焊接固定。主桁拼装图8履带吊吊装贝雷纵梁示意图打桩施工完成后，检查桩的偏斜及入土深度与设计无误后，在钢管桩之间安设型钢剪刀撑使其形成整体。同时在桩顶按设计尺寸气割槽口，并保证底面平整；吊放工字钢分配梁并与钢管桩焊接固定。钢管桩施工完成以后，上铺贝雷桁架主桁纵梁，贝雷桁架在后方分组拼装，汽运至铺设位置，吊机起吊安装成主桁整体，并与分配梁连结。模块铺装图8履带吊吊装桥面示意图在已架设好的贝雷桁架纵梁上安装桥面系（纵、横梁与桥面板焊接成3.78m×8m的整体），其中Ⅰ10横梁与贝雷桁架纵梁的连接采用“U”形卡。标准化模块间设置1cm的缝隙，用于防止因温度变化而引起的桥面板翘曲起伏，同时减少波浪的冲击力。栈桥栏杆采用φ40普通钢管制作。栈桥两侧均设置栏杆，其中靠主桥侧遇到支线栈桥时断开。栏杆每3.78m设置一道立柱，立柱为直径80mm壁厚1.5mm的钢管，焊接在桥面系横梁上。并在栈桥上设置航道警示灯和夜间照明设施。4维护保养栈桥维护保养是确保栈桥运营安全的关键。栈桥的维护保养主要包括三个方面的内容：一是日常的维护保养，如限载、限速，禁止履带吊在栈桥面上施工作业，只允许其通行等。二是对栈桥结构进行维护保养，检查基础钢管桩及其连接件、栈桥贝雷主桁、桥面板等各部位的情况，是否处于正常状态，出现异常应立即处理。三是因栈桥是钢结构，在海洋环境中腐蚀比较严重，防腐将是栈桥维护保养的重要内容。4.1日常维护保养①制定《胶州湾跨海大桥南岸栈桥交通管理办法》,从人员、车辆、荷载、标志、通行、用电、环保、处罚等方面加以规定，将因施工机械违章对栈桥造成的损坏减小到最低程度，从而起到对栈桥的日常维护保养的作用。②在栈桥进口竖立标明载重等级、限制车速等重要通行规则的标志牌，严防超载、超速运行，确保交通运营安全。必要时，还可采取强制限载、限速措施。③成立栈桥检查、监督小组，每天不定时在栈桥上巡逻，严查违规行为,杜绝施工大型机械的违章作业对栈桥的破坏。④检查警示灯、照明线路的完好情况，发现损坏的及时修复.⑤为防止在深水区过往船只碰撞栈桥，在栈桥尾部及小型船只过往较为频繁的部位插打钢管桩避免碰撞事故。4.2结构维护保养①栈桥使用寿命5年，必要的维护是保证栈桥使用期正常运营的有力保障，定期对栈桥进行全方位的检查和保养，以确保栈桥的使用安全。②长期观测栈桥基础钢管桩的冲刷情况，对于冲刷过大超过栈桥设计参数警戒的位置采用抛砂袋、片石的办法进行维护；同时在潮水流速较大的区域设立沉降观测点对基础钢管桩进行观测,若发现基础有不均匀沉降,立即加以处理.③定期检查贝雷桁架纵梁连接处的销子、螺栓的松动脱落情况.在销子周围涂油脂,以防雨水进入销孔内,所有螺栓外露的丝口也要涂黄油,以防生绣.④检查U形卡螺栓松动情况，对螺栓、螺帽脱落的部位及时安装紧固；⑤定期测量桥梁的跨中挠度，是否有所增加。挠度增加的速度应与销子或销孔磨损度成正比，其增量应该是很小的。如挠度增加过快，表明销子或销孔或桁架上下弦杆有了损坏，应立即进行详细检查，并采取有效措施解决。⑥对栈桥面板发生翘曲或损坏的部位，及时修复或更换；⑦对栏杆在施工过程中损坏部位及时修复。4.3栈桥防腐保养因栈桥位于胶州湾特殊的海洋环境中，钢结构构件更容易锈蚀，一旦栈桥锈蚀，必然会降低栈桥的承载能力和使用寿命，所以按期除锈、刷漆保养是保证栈桥寿命的重要环节。①定期认真检查贝雷片、横撑、斜撑等构件的各个部位有无损伤、变形、油漆脱落、锈蚀等情况。对锈蚀的部位，必须先将灰尘、油污、锈斑以及各种脏物清理干净，然后再喷油漆。②大面积面漆粉化强烈，用手指摩擦即露出底漆，而底漆大部完好时，可全面清除失效的面漆，除对吐锈、角落隐蔽部位彻底除锈补底漆两度并腻缝外，其余表面不必清除底漆，经打磨后直接喷涂面漆两度。③油漆表面有大面积吐锈，需将吐锈处的底漆、面漆、锈斑、氧化皮等彻底清除干净，并露出光洁的金属表面，重涂底漆和面漆。件与杆件、杆件与节点板连接时，通常不可能周边都焊满，因此，互相搭接处的缝隙不能密封。缝内钢料表面与大气相通，积水后容易锈蚀，亦不便维修。施工中发现有锈蚀现象,则在缝隙内塞上腻子，表面再涂油漆，将缝隙密封起来，使缝内钢板表面与大气隔离，以达到防止锈蚀的目。5结语跨海大桥横跨海峡、海湾，跨度可以达到几十公里，对设计与施工技术要求较高。由于跨海大桥易受海域风、浪、流等自然条件的影响，给海上桩基施工带来较大的困难，施工质量难以保证。而桥梁的使用寿命主要取决于管桩的寿命，桥墩基础使用年限主要取决于桩基的抗腐蚀性能。本文基于保障桥梁安全使用年限的需要，以青岛海湾大桥项目为例分析桥墩桩基耐久性设计与施工方案，以期为日后类似工程提供有效借鉴。参考文献[1]AmericanConcreteInstituteCommittee-440R-96,State-of-the-ArtReportonFiberReinforcedPlasticReinforcementforconcretestructures(Reapproved2002).1996,AmericanConcreteInstitute:Detroit,MI.[2]BakisC.E.,BankL.C.BrownV.L.,CosenzaE.,DavalosJ.F.,LeskoJ.J.,MachidaA.,RizkallaS.H.TriantafillouT.C.Fiber-ReinforcedPloymerCompositesforConstruction-State-of-the-ArtReview[J].JournalofCompositesforConstruction,2002,6(2):p.73-87.0[3]陈肇元.要大幅度提高建筑结构设计的安全度[J].建筑结构，1997，29（1）：63-66.[4]曹双寅，邱洪兴，王恒华.结构可靠性鉴定与加固技术[M].北京：中国水利水电出版社，2001年.[5]高作平，陈明样.混凝土结构粘贴加固技术新进展[M].北京：中国水利水电出版社，1999年.[6]武同乐，徐岳.公路旧桥加固效果综合评价方法[J].交通运输工程学报，2005，5(3):28-32.[7]陆本燕，刘柏权，刘呜．钢筋混凝土桥墩性能指标量化研究［J］．中国公路学报，2010,23(6):49-57[8]唐茂林，沈锐利，强士中．大跨度悬索桥非线性静动力分析与软件开发［J］．桥梁建设，2001(1)：9-12[9]皇甫熹,刘小方.东海大桥打入桩基础耐久性研究与应用[J].世界桥梁,2004(s1)：17-20．[10]蒋永生，陶路，彭旭民.坝陵河大桥钢析梁架设施工控制[J]世界桥梁,2001(4):24-27[11]孙胜江.悬索桥钢箱梁吊装施工监控研究[D]．西安:长安大学,2001．基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究HYPERLINK"/d