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跨海大桥大型深水基础 施工技术介绍,中交二航局 李 维 洲2009年10月14日,内 容 简 介,2.大型深基础施工技术信息,1.绪论,5.大体积承台基础施工,3.大型深水基础施工平台设计,4.钻孔桩基础施工技术,6.结论与建议,一、绪 论,1.前言 2.国外桥梁大型深基础的发展 3.国内桥梁大型深基础的发展 4.跨海大桥大型深基础结构的发展趋势5.主要研究内容及意义,1.前 言,随着国家经济发展和桥梁设计和施工方法的日趋成熟,本世纪初期开始修建的东海大桥和杭州湾跨海大桥正式拉开了我国跨海长桥建设的序幕，目前中国已建或在建的跨海大桥共有15座。正在建设的有上海崇明通道工程、山东青岛湾跨海大桥、广东南澳跨海大桥、浙江象山港跨海大桥、以及福建厦漳跨海大桥和平潭海峡大桥等。中国跨海长桥正处于蓬勃发展的阶段，大量的海湾、江河入海口、岛屿、海峡将需要架设“人间彩虹”，即将建设的特大型跨海通道如：渤海湾大桥、港珠澳大桥、琼州海峡大桥、跨台湾海峡大桥等。,渤海湾大桥,厦彰大桥,珠港澳大桥,杭州湾大桥,台湾海峡大桥,琼州海峡大桥,东海大桥,金塘大桥,上海长江大桥,1.前 言,跨海大桥的建设面临多变的气象环境、复杂的海底地质与水文条件的影响和混凝土设计基准期年限长等众多不利因素。跨海大桥的共同特点都要面临大型深水基础施工的难题，本人先后参与了荆州、安庆、润扬长江大桥和杭州湾、舟山金塘、平潭3座跨海大桥项目施工。下面重点结合在建的平潭海峡大桥对深水基础施工做简要介绍。从所处的自然环境以及基础施工的技术难度来讲，跨海大桥基础施工主要从以下几方面采取措施：1最大程度的掌握大桥所处海域的气象、水文资料，详查工程地质情况。,2选择最恰当的技术方案，对施工方案要反复比对，不仅要考虑材料的造价，还要求综合考虑施工与将来运营的成本。3选用合理施工工艺，要求其工艺尽量简单，选用先进的大型专业的施工设备。4做好特殊的海工混凝土的研制和现场配比工作；对钢结构构件采取有效的防腐蚀措施，以达到年设计基准期的要求。5做好施工组织设计，对施工材料和设备的协作和调配进行优化。,2.国外桥梁大型深基础的发展,早期国外跨海大桥的基础主要都是采用气压沉箱基础，到了二十世纪三十年代，沉井基础的应用，成为优先考虑的基础类型。二十世纪七十年代后，随着科学技术的发展，各国在修建跨海大桥时都有各自偏爱的基础类型，形成了独特的技术风格。,美国纽约布鲁克林大桥,国外桥梁大型深基础的发展,基于沉箱基础固有的缺点，工程人员在其基础上加以改进，发明了沉井基础。1936年建成的著名的美国旧金山-奥克兰大桥在水深32m、覆盖层厚54.7的条件下，采用60m28m浮运沉井，射水、吸泥下沉，入土深度达73.28m。,国外桥梁大型深基础的发展,二战之后，美国所建桥梁的基础形式日益多样：1955年，查蒙德圣莱弗尔在18m水深条件下先打H型钢桩，然后整体安装钟形套箱，最后灌注水下混凝上，首创钟形基础。1957年，美国新奥尔良的庞加川湖桥水中基础采用了1.37m的预应力管柱。1966年的美国班尼西亚马丁尼兹桥采用了钢筋混凝土沉井内继续施打钢管桩的组合基础。1994年切萨比克-特拉华运河大桥和休斯顿航道桥分别采用预制的预应力混凝土方桩和混凝土方桩做为桥梁基础。,国外桥梁大型深基础的发展,欧洲的桥梁大国丹麦，建桥历史悠久，很有代表性：1935年小海带桥在水深达30m的条件下采用43.5m22m的钢筋混凝土沉箱，1998年建成的大海带桥主桥主塔基础采用了重32000t的设置基础。2000年建成的厄勒海峡大桥，全长16km，其51个引桥全部采用设置基础，其主塔墩设置基础长37m、宽35m、高22.5m，自重20000t。,国外桥梁大型深基础的发展,在1970年至2000年间，日本所建的众多桥梁中很大比例采用了沉箱基础，如浦户大桥、日本港大桥、神户的波特彼河大桥等。还有一部分采用了沉井基础，如广岛大桥、早漱大桥等。日本所建的世界第一大跨度的明石海峡大桥采用了圆形的设置沉井基础，其尺寸直径达80m，高79m，是前所未有的庞然大物。,国外桥梁大型深基础的发展,日本明石海峡大桥,3.国内桥梁大型深基础的发展,我国真正开展桥梁建设直到解放后才开始，其整个桥梁基础形式大致经历了从管柱基础、沉井基础到大力发展钻孔灌注桩基础的过程。我国发展跨海大桥是从上世纪80年代开始的，1987年动工并于1991年5月建成通车的厦门大桥，它也是我国首次采用海上大直径嵌岩钻孔灌注桩。1997年的广东虎门大桥，其主通航跨的跨度达到了当时我国桥梁跨度最大的888m，所用的基础形式也是钻孔灌注桩基础。,国内桥梁大型深基础的发展,下面列举几个国内近几年施工的代表性桥梁工程大型深水基础运用情况：1)浙江杭州湾跨海大桥 通航孔南航道桥主塔基础采用38根直径2.8m钻孔灌注桩，桩长125m，创国内跨海大桥超长钻孔灌注桩桩基础施工新纪录（2005年中国企业新纪录）；基础承台为哑铃型结构，长81.4m，宽23.7m，厚6.0m，采用海工高性能混凝土，单个承台方量11000m3。引桥主要采用打入钢管桩基础。,国内桥梁大型深基础的发展,2)浙江舟山金塘跨海大桥 主塔基础采用42根2.85m变径至2.5m的变径钻孔灌注桩，桩长为115m，基础承台结构尺寸为56.7834.026.5m，单个承台方量10960m3。,国内桥梁大型深基础的发展,3)江苏泰州长江大桥(世界上最大的三塔两跨2X1080m悬索桥)中塔采用沉井基础，沉井长58m，宽44m，总高度为76m，相当于半个足球场大、25层楼高，其下部38m为双壁钢壳混凝土沉井，上部38m为钢筋混凝土沉井。沉井沉入19m深水和55m河床覆盖层，为世界上入土最深的水中沉井基础。,国内桥梁大型深基础的发展,4)江苏苏通长江大桥：苏通大桥是世界最大跨径斜拉桥，主墩基础为世界最大规模桥梁超大型群桩基础，由131根长120m、直径28m变至25m的变径钻孔灌注桩组成，承台平面为哑铃形，长113.75m、宽48.10m厚6.0m，混凝土为C35，方量42271m3，钢筋总重达7020t。,国内桥梁大型深基础的发展,5)江苏润扬长江大桥：悬索桥北锚碇基础为矩形箱式结构，长69m，宽50m，深50m，三纵四横隔墙将箱体结构分为20个隔舱，仓内充填砂和砼。穿过35m厚粉细砂，地连墙计42个槽段平均深度54m，最大深度57m，单幅6.0m宽槽段钢筋笼重量102t，创国内施工行业穿过粉细砂最厚、支护结构嵌岩地连墙最深、单榀钢筋笼重量最大新纪录。,国内桥梁大型深基础的发展,润扬长江大桥,国内桥梁大型深基础的发展,6)江苏南京长江四桥：南京长江四桥为双塔三跨悬索桥，主跨1418米，世界排名第四，其中主塔基础采用48根D3.2mD2.8m变直径钻孔灌注桩基础。主塔承台基础为哑铃形结构，平面尺寸80.535m，厚度9.0m，混凝土方量达17500m3。,南京长江四桥,钻孔灌注桩基础,悬索桥南锚碇基础采用井筒式地连墙结构形式，平面形状为“”形，长82.00m，宽59.00m，由两个外径59m的圆和一道隔墙组成，壁厚为1.50m。地连墙嵌入中风化砂岩3.00m，总深度达50.0m。,国内桥梁大型深基础的发展,7)平潭海峡大桥 平潭海峡大桥引桥为50m跨等截面连续梁桥，主桥为100m+2180m+100m的变截面预应力混凝土T型刚构桥。下部结构为带圆端的矩形承台，钻孔灌注桩基础，采用2.8m2.5m变截面钻孔灌注桩。3个主墩各有钻孔桩22根，最长桩长约90m；承台尺寸为34.721.5m，为海工高性能混凝土。平潭海峡大桥因特殊地质条件和恶劣施工环境，主桥钻孔桩施工遇到了各种困难和前所未有的技术难题，例如：钢护筒变形、孤石、串孔、塌孔、深水无覆盖层的海槽区域钻孔桩施工。时间跨度达1年，目前已全部施工完成。,平潭海峡大桥钻孔桩布置及承台图,4.跨海大桥大型深基础发展趋势,跨海大桥大型深基础发展趋势有：1新的结构形式 2创新的施工技术 3不断加大的基础结构尺寸 4大型化、专业化的施工机械 5.采用信息化施工技术,本文论述的主要重点,在对国内外桥梁大型基础施工技术调研与分析的基础上，结合平潭海峡大桥以及国内的其他大型海上桥梁的建设工程特点，对其大型深水基础施工进行以下几个部分的总结归纳：1跨海大桥大型深水基础施工平台的设计与施工；2海上大直径超长钻孔桩基础施工；3海上大型深水基础结构的防腐技术；4跨海大桥大型套箱制作、安装和大体积承台基础的 施工技术。,一、平潭大桥基础施工技术信息,福州平潭岛为全国第五大岛，岛上常住人口40万，平潭是距台湾最近的县，平潭岛在规划中的京台线对台通道中占据桥头堡的关键角色。平潭海峡大桥全长3510m，是进入平潭岛唯一的直接通道，该桥对于地方经济乃至海西经济发展有着至关重要的作用。,1、气象信息,平潭海峡大桥地处我国东南部沿海地区的海坛海峡，属典型的亚热带季风湿润气候区，桥区季风显著，多台风，气候特征温和、湿润、多雨。冬季的10月至次年的2月为季风的多发期，风速大，时间长，海浪高，多年平均风速为9.0米/秒。08年经历影响施工的台风7次，09年已经历8次。08年统计全年7级以上大风天数占75%，实际年有效作业时间不到200天。,2.水文条件,1）潮汐特征 平潭大桥海湾潮汐类型为正规半日潮，据附近平潭海洋站统计近期实测资料潮汐特征值如下(潮位基准面采用1956 黄海平均海平面)：实测最高潮位+4.23m 实测最低潮位-3.67m 平均高潮位+2.27m 平均低潮位-1.97m 最大潮差+6.69m 平均潮差+4.24m 设计高潮位+5.18m 设计低潮位-4.16m,水文条件,2）波浪 平潭大桥施工设计波浪取值参照如下表：主桥采用D 点设计波要素，西浅水区引桥采用A 点设计波要素，西深水区引桥采用B 点设计波要素，西平台区引桥采用C 点设计波要素。20 年重现期波要素如下表,3.地质条件,东、西两侧桥台处的基岩强风化层直接裸露，岩性为凝灰熔岩。多数桥墩覆盖层较薄（或没有覆盖层），基岩岩性为凝灰熔岩；其余各墩的覆盖层为粉砂、含砂淤泥、含淤泥砂、粉砂、中粗砂、亚粘土和粘土等，但中间夹杂较多孤石，给护筒沉放、钻进成孔造成较大的困难，基岩岩性为凝灰熔岩，岩石强度极高（达200MPa)，桩基设计嵌岩深度深，对钻机性能要求高。,不良地质及其对钻孔桩施工的影响,工程不良地质主要表现为：覆盖层不稳定不利于钻孔，易出现塌孔、串孔等问题。孤石存在易出现钢护筒不能沉放到位以及钢护筒底口变形的问题。基岩强度高达200MPa，钻进速度缓慢成孔周期长，而覆盖层又不稳定，更加容易出现塌孔事故。无覆盖层的深槽区对钻孔平台以及钢护筒沉放带来了极大困难。,施工测量,1.施工测量坐标系统 根据工程的特点，施工测量运用的坐标系统如下：1）WGS-84坐标系统：主要应用于GPS测量。2）平面坐标系统：建立了大桥独立坐标系，独立坐标系的椭球定位、定向。3）高程系统：1985年国家高程系统。,施工测量,2.施工测量控制网 1）施工测量平面控制网 根据大桥工程的特点、特殊要求及施工方法，控制网分为首级网、首级加密网、一级加密网和二级加密网四个等级。次一级网由高一级网点作起算数据。2）高程施工控制网 与平面控制网类似，高程控制网分为首级网、海中首级加密网、一级加密网三个等级。次一级网由高一级网点作起算数据。,施工测量,3.桥墩基础施工测量1）基础施工测量控制技术、控制方法2）GPS全球卫星定位3）施工平台施工测量技术4）钻孔桩施工测量5）承台施工测量6）基础沉降观测,小 结,1详细如实的收集大量基础信息对大型基础工程结构设计、施工具有重要的指导意义。2GPS测量技术随着海上大型工程的建设，尤其是桥梁工程建设，目前运用已经成熟，精度能达到设计的要求，具有选点灵活，作业方便，工作量小等传统方法无法与之比拟的优点，成果可靠。GPS短基线测量能够代替传统导线测量方法进行加密点的测设工作。,三、跨海大桥深水基础 施工平台设计,1.概述2.施工平台设计思路3.钢平台的主要设计参数4.钢平台计算工况类型及最不利工况确定5.钢平台施工6.钢平台处的冲刷与防护7.小结,1.概 述,钻孔桩在旱地进行施工非常方便易行，平整场地后，钻机即可就位并开钻作业，但是由于海上桥梁基础都位于水深、流急、潮差大、强腐蚀的环境中，因此在进行钻孔桩施工前首要为钻机、沉放钢筋笼及灌注设备等提供一个作业场地，以满足钻孔、灌注水下混凝土的需要，并保证人员及机具的安全，这就产生了大型桥梁施工所用的施工平台。,概 述,平潭大桥地处海坛海峡，水深、浪高、风疾，施工水文条件恶劣，地质条件差，台风活动频繁，冬季季风时间长。钻孔施工平台的施工、钢护筒的准确定位和沉放难度很大，经过多次专题讨论，最后确定为以钢护筒为主要支撑桩的平台结构形式，选用起始平台利用移动悬挑式导向架和整体式简支导向架两种工艺进行钢护筒沉放。这两工工艺钢护筒的沉放精度非常高。,杭州湾大桥海上施工平台,施工平台设计思路,1）平潭大桥海域施工条件恶劣，需要设计抗风、浪、流、潮以及抗冲刷能力很强的大型钻孔施工平台。2）要充分利用钢护筒入土深的特点，将钢管桩和钢护筒共同作为钻孔平台的支撑桩。3）施工平台不但要为钻孔桩施工提供作业区，配置电力系统和起重设备，还要为施工人员提供生活、办公、构件加工区。,施工平台设计思路,4）在平台的北侧以及东西两侧分别布置起始平台。利用起始平台及已经沉放的钢护筒作为支撑，移动悬挑式导向架进行钢护筒沉放。5）在东西两侧平台上架设整体式导向架进行钢护筒沉放。,钢平台的主要设计参数,施工用钢平台是比较重要的临时结构，对一些设计参数的确定按照20年一遇的标准进行取值。对平台标高的确定则选用了两种标准：钻孔区平台按照5年一遇高潮位，并满足钻孔桩施工中水头高度要求，按照20年一遇高潮位确定其顶标、同时还要海浪的影响、考虑平台的下部焊接的可行性，标高确定为为+6.5m。,表3.1 钻孔钢平台主要设计参数表,钢平台计算工况类型 及最不利工况确定,根据钢平台的施工工艺、海床冲刷及使用期间可能出现台风侵袭，平台设计考虑以下工况：1单桩稳定验算；2平潭大桥水流速不算太大，冲刷深度5m考虑；3成桩前抗台风；4平台未全部完成时的抗台风情况；5整个平台在最大冲刷深度时抵抗台风；6整个平台在最大冲刷深度时正常工作。第4种为最不利工况。,钢平台施工,整个上下游平台及护筒区平联、梁系等施工均是比较常规的施工方法，钢护筒沉放施工才是整个钢平台施工的重点，也是难点。1.起始平台施工起始平台位于钻孔平台下游侧，其主要作用是为沉放钢护筒，安装移动悬挑式定位导向架，提供具有足够刚度的工作平台，施工流程见图3.3。,图3.3 钻孔施工平台搭设施工工艺流程图,钢平台施工,2.护筒区平台施工护筒区平台是钻孔桩施工平台最核心的部分，是主要的受力结构，也是施工难度最大的部分。护筒区平台施工中最重要的是钢护筒沉放施工，沉放质量不但关系到护筒区平台的安全，而且还关系到钻孔桩施工能否顺利进行，如何保证钢护筒的沉放精度(包括平面位置及垂直度)，又是钢护筒沉放施工中的关键。护筒沉放工艺流程见图3.6示。,1、安装导向梁,2、安装定位调整装置,3、插入钢护筒,4、振沉钢护筒,钢护筒沉放施工,整体式导向架沉放工艺,a、导向架就位,b、护筒起吊,c、护筒进龙口,d、测量定位,e、振动下沉,f、沉放设计标高,移动式导向架沉放工艺,g、移导向架，依次沉放,杭州湾大桥钢平台处的海底防护,平潭大桥由于水流速小，冲刷不大，故此没有采取海底防护措施。杭州湾大桥、在建的嘉绍大桥因流速大、冲刷快，为了确保钢平台施工以及钻孔桩施工期间的安全，在钢平台施工期间同时进行平台处海底防护。具体的防护方法为如下：由于钢平台及钢护筒是按照从下游至上游的推进法施工，所以抛填维护工作也是按照此方法进行。每沉放完一根护筒后，在高平潮或低平潮时段流速较小时，利用多功能作业驳上的起重设备将袋装砂用大型网兜吊运至该护筒周围进行抛填。待推,钢平台处的海底防护,进至两排护筒后，再对已经形成平台的区域进行补抛找平，保证抛填厚度达到1.5m以上。当钢平台施工全部完成后，再将抛填的范围扩大，对平台边缘向外侧15m的范围进行抛填，抛填厚度仍然按照不小于1.5m控制。在钻孔桩施工期间，还要求对平台处海底标高进行定期测量，了解冲刷情况，使钢平台始终处于设计的安全受控状态。,小 结,平潭海峡大桥三个主墩和两个交界墩施工平台，从2008年初开始进行搭设，2009年3月份完成桩基施工，平台开始拆除。在搭设过程中及后续进行的钻孔桩基础施工过程中经受了多次台风、大潮汛、大波浪的考验，状况良好，对此施工平台下面谈几点体会：,小 结,1采用入土深度达27m的钢护筒作为支撑桩的平台结构形式,能够满足流急、浪高、台风等条件下平台整体稳定性要求，同时节约施工成本。2采用移动悬挑式导向架以及整体式导向架进行海上钢护筒的沉放，能够满足钢护筒沉放精度要求，是一种行之有效的施工方法，导向架刚度设计时尽量考虑大刚度。,小 结,3钢护筒沉放完成后，要及时与已行成平台进行连接，保证钢护筒在水流力、波浪力作用下不发生偏位。4在钢护筒沉放过程中以及后期平台使用中，定期进行海底泥面观测，掌控海底泥面冲刷情况和发展动态，制定出海底防护的预案；并定期进行平联焊缝检查，保证平台的使用安全。,小 结,5施工平台在施工过程中证明了平台的一些技术参数如平台顶标高、平台尺寸等，以及设计条件的确定是合适的，为其他海上桥梁施工平台设计提供了借鉴。6此施工平台采用的结构形式决定了现场焊接工作量很大，由于恶劣海况气候影响，有效工作时间比较少，工效低，所以还有可以改进的部分。例如由于焊接工作量大，应该尽量将一些构件在陆地上加工成品，运到现场安装，减小现场焊接工作量。,四、跨海大桥深水基础 钻孔桩施工技术,1.施工平台及孔位布置2.施工工艺及设备的选择3.桩底注浆4.施工中遇到的主要问题及处理技术5.小结,施工平台及孔位布置,平潭大桥主墩桩基按梅花型布置、承台为长方形型，承台平面尺寸为34.721.5m。钻孔施工平台是利用钢护筒作为整个平台的支承受力桩，护筒区外侧设置靠船桩及龙门吊轨道平台，护筒之间及护筒与桩之间用平联联结，护筒上设搁置牛腿，牛腿上布置分配梁，并铺设面板形成钻孔桩施工平台。钻孔桩钢护筒直径为3.0m，壁厚25mm，长55m，入土深度27m。因外海施工的需要，在护筒区上下游搭设生活区平台和生产区平台，整个施工平台尺寸为58.5m39m，平台布置见图4.1。,图4.1 施工平台及孔位布置图,施工工艺及设备的选择,1.施工工艺流程主墩桩基施工机械采用大功率回转钻机钻进、气举反循环的成孔工艺，交界墩采用冲击钻工艺。混凝土采用水上拌和船搅拌、泵送水下混凝土灌注的方法。,施工工艺及设备的选择,2.施工设备钻机的扭矩是影响钻进成孔进度的关键因素，根据本工程的地层情况和距施工平台面钻孔深度达90m的特点，施工中还要穿过含砂淤泥质土层、砂土层、粘土层、强风化、弱风化、微风化等地层，对钻机的钻杆质量、扭矩要求较高，选用了技术先进、扭矩较大、提升能力较大的全液压钻机，选用的钻机性能参数见表4.1。对于交界墩桩基较短（钻孔深度近80m），采用了冲击钻钻孔工艺，也非常成功。,表4.1 钻机性能参数,桩底注浆,1.桩底压浆的机理钻孔灌注桩后压浆是在桩基钢筋笼内预置压浆管路，待混凝土达到一定强度后，通过压浆管路采用高压注浆泵注入水泥浆液，使一部分水泥浆液进入桩底土层，另一部分水泥浆液沿桩壁的四周向上走，最终达到一定的高度。所以，进行桩底注浆可以使桩底沉渣及桩壁一定高度范围内的泥皮隐患。,桩底注浆工艺在平潭大桥并未采用，但因为其对于提高桩基承载力有显著作用，并在杭州湾、东海大桥、苏通大桥、上海长江大桥等多做著名的桥梁上成功应用，是一种非常使用的一种工艺，在此进行简单介绍。,桩底注浆,得到改善，提高桩底土层的承载力以及桩与桩壁土层之间的极限摩阻力，最终提高钻孔灌注桩承载力、减小桩的沉降量。2.压浆回路布置 在桩底压浆管的形式中有两种，即直管法和“U”管法，在东海大桥应用的是直管法，而苏通大桥应用的是“U”管法，杭州湾大桥总结了东海大桥和苏通大桥的经验，注浆管的形式采用“U”管法。共布置8根注浆管，形成四个回路。,桩底注浆,其中四根603.5注浆管兼作声测管，四根33.53.25钢管为专用注浆管，相邻两根声测管及两根注浆管之间互成90角，注浆管在桩底形成“U”回路。“U”回路桩底直线段布置向下和向水平方向的注浆孔，并与钢筋笼底端平齐。注浆管的布置见图4.3。,图4.3 钢筋笼注浆管的布置,桩底注浆,3.浆液配合比借鉴杭州湾先期施工标段的施工经验，浆液的性能(特别是浆液的水灰比和初凝时间)直接影响到注浆质量，所以浆液的配合比十分重要，其配合比如表4.3。,表4.3 压浆液配合比,桩底注浆,4.工程实施及效果分析利用两根工程桩进行了钻孔桩工艺试验及承载力试验，其中一根桩又进行了注浆前后承载力对比试验，另外一根桩只做注浆后的承载力试验，23#试桩压浆后承载力较压浆前提高了43.5%。提高幅度基本上与东海大桥(注浆后承载力提高60%左右)和苏通大桥(注浆后承载力提高40%左右)接近。,表4.4 杭州湾大桥压浆前后试桩结果汇总,施工中遇到的主要问题及处理技术,1.护筒变形及处理平潭海峡大桥由于非常不利的特殊地质条件，也出现了杭州湾大桥一样钢护筒底口严重变形的情况。主桥主墩钢护筒的规格相同(均为300025mm)、入土深度为27m左右；虽然钢护筒的沉放工艺采用了移动悬挑式导向架和整体式大跨度简支桁架两种工艺。利用激振力大720t的液压振动锤将钢护筒拔出泥面，底口变形成丁字型，如图示。,平潭海峡大桥钢护筒变形图,平潭海峡大桥钢管桩变形图,图4.4 杭州湾大桥护筒底口变形实例图,施工中遇到的主要问题及处理技术,1）钢护筒变形的原因分析 钢护筒下沉过程内、外土压力不均衡的影响 钢护筒刚度影响 钢护筒加工精度的影响 地层变化以及孤石影响。,施工中遇到的主要问题及处理技术,2）变形钢护筒的处理变形钢护筒处理采取以下二种方法，即水下切割变形钢护筒和千斤顶顶撑变形钢护筒。由于千斤顶顶撑的施工方法无法解决顶撑后回弹的问题，所以该方法很难成功。,施工中遇到的主要问题及处理技术,2.钢护筒漏浆串孔及处理钢护筒经水下切割后，在钻孔过程中发现护筒普遍存在漏浆现象，经过多次试验，最终确定采用护筒外注浆及沉放内护筒法，因为这两种方法能够有效解决漏浆问题。串孔在平潭大桥也很常见。主要采用钢护筒跟进和加入水泥造浆等方式进行堵塞。,施工中遇到的主要问题及处理技术,3.钻进过程中糊钻问题及处理桩基钻进成孔过程中主要地层为粘土层，尤其是硬塑状的粘土、亚粘土，粘性很大，粘土粘附在多头钻刀片上，产生抱钻、甩不掉、堵死出渣口的现象，造成无法正常钻进，被糊住的钻头见图4.8。,图4.8 被粘土糊住的钻头,施工中遇到的主要问题及处理技术,1）糊钻原因分析 在硬塑粘土层钻进，进尺过快，钻渣大，出浆口堵塞，易造成糊钻。在粘性土层成孔，钻速过慢，未能将切削泥土甩开，附在钻头刀片上，将钻头抱住。与泥浆流动形式、钻头形式有关。与空压机气举压力和排量有关，空压机较小无法将较深的钻渣吸出。,施工中遇到的主要问题及处理技术,2）处理糊钻的措施 对钻头进行优化 加强泥浆指标的控制 加大空压机压力 加强钻孔操作控制 提高钻机转速,小 结,跨海大桥钻孔桩施工因海况条件恶劣，施工难度大，对施工组织、施工设备要求极高，对海上钻孔桩施工基础几点认识总结如下：1关于施工设备因海上风浪较大，尤其是季风季节，海上大风持续数日，一旦钻孔桩成孔后，受风影响很难进行钢筋笼下放及混凝土施工，因此海上施工设备的配备一定要尽量选用大型的抗风、抗浪、稳性好的设备。,小 结,2关于海水泥浆 使用海水泥浆钻进成孔孔壁稳定，质量有保证，环节少，经济效益明显，值得推广运用。在东海大桥、杭州湾大桥、青岛海湾大桥、金塘大桥等多座桥梁中成功应用。,小 结,3关于钢护筒钢护筒除了要满足合适的入土深度，还要考虑要有适当的刚度，根据经验总结壁厚应不小于直径的1/150，同时护筒底口10m段应采用增加材质强度级别或采取加强措施，如设置环向箍、竖向肋等措施，避免护筒下沉过程中底口产生变形，在福建平潭海峡大桥施工中经过对比，取得较好的经验。,小 结,福建平潭海峡大桥大型深水基础结构是22根直径2.8m的群桩基础，钢护筒直径3.0m，长55m，壁厚25mm，Q345C材质。前期22根下沉的护筒未采取任何加强措施，大部分发生变形，直径2m钻头穿不过护筒。后期对护筒底部10m范围设置三道环向加强箍和竖向加强肋（壁厚及材质不变），增强底节段的整体刚度，结果没有护筒发生变形。底部加强护筒见图4.10。,图4.10 钢护筒底节部分加固图片,五、跨海大桥深水基础 大体积承台施工技术,1.概述2.钢吊箱设计与施工3.大体积承台混凝土施工4.小结,概 述,平潭大桥处在自然条件恶劣的海况条件下，受风、流、潮的影响比较大。尤其是主桥墩钢吊箱施工处在冬季季风盛行的季节。在海中间，最大潮差达7m，施工条件极端恶劣。因海况条件制约，安装定位要求在短时间内快速精确的完成，以避开潮差、风浪等各种因素的影响。,平潭钢吊箱设计与施工,1.钢吊箱的设计1）设计思路钢吊箱是为承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过吊箱侧板壁体和底板封底混凝土共同围水，为承台施工提供无水的干施工环境和兼作承台施工模板。为了解决快速定位安装问题，采用了设置调梁牛腿的方式进行定位。,平潭大桥钢吊箱设计与施工,2）主要设计条件 1、钢吊箱顶标高+5.80m 2、钢吊箱底标高-2.00m 3、钢吊箱底板标高-1.00m 4、承台底标高+0.00m 5、封底砼厚度1.0m 6、封底砼标号C30 7、承台顶标高+5.00m 第一次浇筑承台厚度 2.00m。,钢吊箱设计与施工,8、水位：设计高潮位：3.29m 设计低潮位：-3.0m防台验算高潮位：4.23m 防台验算低潮位：-3.67m9、波浪：钢吊箱安装、就位、封底砼及承台砼施工：H1.52m，T4.7S钢吊箱吊装定位、吊箱抽水：H2.03m，T5.1S防台工况：H2.81m，T5.8S10、护筒与封底砼间的粘结力 f=300kN/m2,钢吊箱设计与施工,2.钢吊箱的加工制作由于施工钢吊箱时只能找到500t起重船，而主桥墩钢吊箱总重近800t，若采用整体安装钢吊箱施工，则浮吊起重量达1000多吨。考虑施工成本和吊装安全，采用了钢吊箱在平潭东澳码头码头分两块整体制作的方式。这样就可以分两次各吊装一半钢吊箱，又可以满足尺寸大钢吊箱加工精度高的要求。,钢吊箱设计与施工,3.钢吊箱吊装施工钢吊箱在码头码头分两块整体制作好以后，利用浮吊起吊一块钢吊箱并运至现场安装，然后再回头吊另一块钢吊箱。因为优化了安装定位方式，在全天任何时段均可安装定位，但内部的拉杆以及封孔等加固焊接工作仍需在低潮位时段进行。两块钢吊箱的拼缝采用高强螺栓连接。,1有关钢吊箱施工随着大跨径桥梁的不断涌现，桥梁基础的规模越来越大，钢吊箱作为桥梁大型深水基础承台施工的主要隔水结构，尺寸也越来越大，因钢吊箱比混凝土吊箱具有自重轻、可拆卸、可周转等优点，应用较多。钢吊箱的施工工艺也在不断推陈出新，超大型钢吊箱施工方法主要有如下几种：,方法一,为减少主线施工时间，首节钢吊箱工厂内制作,船运至施工现场,采用大型浮吊整体吊装就位。例如舟山金塘大桥钢吊箱：金塘大桥钢吊箱长60.88m,宽38.12m,高9.858m,重约1623t，安装施工下图5.16示。,图5.16 金塘大桥钢吊箱安装图片,方法二,在钻孔桩施工结束后，在钻孔平台上搭建钢吊箱拼装平台，然后在平台上组拼钢吊箱，钢吊箱组拼完毕，采用浮吊或千斤顶等设备将钢吊箱整体下放到位。例如苏通大桥主桥墩基础钢吊箱施工即采用千斤顶整体下放到位。南京四桥南主塔钢吊箱采用浮吊下放。,南京四桥南主塔钢吊箱重1700吨，浮吊抬吊。,图5.17,苏通桥主4号墩钢吊箱设计为双壁有底自浮式钢吊箱，安装完后形状为哑铃形，外壁长117.950m，外壁宽为52.300m，壁间宽度为2m，高度18.5m，总重约6180t。国内没有大型起重船能够整体起吊，钢吊箱采用工厂分块分节段制作，现场散拼、逐节沉放的技术方案。首节吊箱重3120t，钢吊箱采用连续千斤顶多点起吊、同步下放，入水自浮后，通过加配重沉放吊箱至指定位置。下图5.18示。,千斤顶,图5.18 苏通大桥钢吊箱安装图片,方法三,钢吊箱预先分几大块工厂进行制作，在钻孔桩施工结束后，分三部分先后现场用浮吊安装，最后在现场连接成整体。例如杭州湾钢吊箱施工，每部分重约600吨，下图5.19示。,图5.19 杭州湾大桥钢吊箱安装图片,方法四,钢吊箱在船厂船台上制作完毕，解除钢吊箱固定装置，牵引钢吊箱沿滑道下滑入水自浮，浮运现场利用浮吊吊装就位，优点是可以克服桥区无大型构件加工场地的难题。上海隧桥工程主塔承台基础钢吊箱采用上述方法施工。,上海隧桥主塔承台基础钢吊箱长72.4m，宽37.4m，高10m，吊箱重约1480t，在江苏靖江某船厂加工，由靖江八圩汽渡上游50米处船台出发，浮运至上海长江隧桥B5标施工现场，利用起重船安装就位，其浮运里程达220余公里，经过长江江苏省、上海市两地，下图5.19示。,图5.20 上海隧桥工程钢吊箱浮运、吊装,平潭大桥钢套箱施工,分块整体制作。既可以保证制作安装的精度，又可以解决安装设备起重量不足的难题。平潭海峡大桥主桥墩，采用此种方式完美的实现了快速精确的防撞钢吊箱安装任务。主桥墩防撞钢吊箱尺寸长40.5m、宽26.1m、高7.8m，重量近800t。分两块制作，采用500t起重船分两次安装。,平潭海峡大桥钢吊箱制作浮运,平潭海峡大桥钢吊箱吊装,大体积承台混凝土施工,1.高性能海工混凝土配制2.承台混凝土浇注3.承台大体积混凝土的裂缝控制4.钢筋防腐技术：环氧钢筋、外加电流阴极防护技术,2海洋环境下混凝土耐久性结构防腐研究海洋环境下，必须考虑结构物的防腐，对于钢管桩基础结构，首先选择较大的壁厚，以牺牲壁厚达到防腐蚀；其次采用多层复合熔溶结合改性环氧涂层为主，辅以牺牲阳极联合防护方案；对于混凝土基础结构腐蚀，主要防止钢筋锈蚀，环境恶劣、保护层不足、氯离子渗透是导致混凝土结构破坏的主要原因。混凝土结构腐蚀情况见下页图示。,海洋环境混凝土基础结构腐蚀情况,基础的防腐,为达到混凝土结构设计基准期100年内钢筋不锈蚀，跨海桥梁一般采用了如下措施：结构措施：加大保护层厚度，要求见表5.4，并严格控制混凝土结构裂纹宽度。,表5.4 各部位混凝土保护层厚度,基础的防腐,采用海工耐久性混凝土，使用P.水泥，控制最大水胶比和胶凝材料最小用量。氯离子扩散系数是海洋环境桥梁混凝土判定耐久性主要监控指标，平潭大桥设计规定：钻孔桩混凝土12W龄期要求2.510-12m2/s，承台混凝土12W龄期要求小于2.510-12m2/s，其他海上桥梁基础工程基本上采用此标准。,基础的防腐,海洋环境下的混凝土承台、墩身结构表面采用封闭型涂装体系进行防护，涂层设计使用寿命20年，使用具有湿固化和快固结性能的油漆涂料，干膜厚度平均厚400um。承台钢筋采用环氧涂层钢筋。（5）采用SAVCOR计算机自动监控外加电流阴极保护系统（EPS系统）对海洋环境下钢筋进行防护。上述各项措施中，加厚保护层和采用海工耐久性混凝土，是海洋深水基础结构防腐最基本的措施。,六、结论与探讨的问题,1.主要结论2.跨海大桥施工与公路定额的相适应性,1、主要结论,通过平潭海峡大桥和其他海上大型桥梁建设工程，对大型深水基础施工进行总结，有如下结论：1）、建立在科学研究基础上的设计创新 平潭海峡大桥和杭州湾、金塘大桥等项目的施工平台采用了以钢护筒为主要支撑桩的平台结构形式，能够满足流急、浪高、台风等条件下平台整体稳定性要求，同时节约施工成本。这种平台能够快速的形成整体以抵抗风浪，且整体面积大，适宜作为大型基础的工作平台。,主要结论,2）、跨海大桥的基础防腐蚀方案中一般采用了涂覆防渗耐腐蚀涂料以及外加电流阴极防护的保护方法。加电这种工艺是近几年出现的一种比较新的工程防腐工艺，防护系统使用LIDASP100活性钛网带作为阳极材料，钢筋为阴极材料，同过外加电流牺牲阳极材料钛网，保护钢筋，以达到工程防腐的目的。相比采用常用的环氧钢筋方案，此技术有较好的经济优势和便于施工、便于控制的特点。,主要结论,3）、平潭海峡大桥借鉴和发展了我局在杭州湾、金塘大桥等项目研制的海工混凝土，它具有效果好、费用低、能最大限度提高混凝土的密实性，阻挡氯离子的渗入，减缓氯离子的扩散速度，从而延长了氯离子到达钢筋表面并达到“临界值”的时间等特性。另外，在杭州湾大桥首次成功运用了海水泥浆钻孔工艺，替代了淡水，节约成本，方便施工，成孔质量也能得到保证，这种工艺值得推广。,主要结论,4）、在平潭海峡大桥基础施工中遇到的困难主要在桩基上，主要问题是钢护筒变形。其主要原因有三方面，一是对地层勘察的不够详细；二是钢护筒的制作误差导致其环向临界应力降低；三、地层变化非常频繁复杂，并且地层中的孤石非常多。处理变形护筒投入了大量的人力、物力及财力，并且严重的影响了工程进度；造成的损失是很大的。,2、跨海大桥项目与公路定额的相适应性,随着全国各地公路网的完善，更多的连岛工程正在兴建，跨海大桥建设项目正趋于高峰期，虽然2007年10月出版了新的公路概预算定额，完善了部分概预算子目，但仍不能满足大型跨海桥梁施工成本及投资控制的需要。结合平潭海峡大桥项目谈几点体会：1、因为跨海大桥施工工期长，且海水腐蚀性极强，对钻孔平台的钢管桩、平联管及型钢等临时性钢结构，长期处于海水浸泡中，施工损耗和周转次数远低于定额中的14次，按定额进行测算投资或成本，均导致投资额或成本偏小。定额中可增加临时结构防腐或调整周转次数以弥补其不足。,跨海大桥施工与公路定额的相适应性,2、跨海大桥施工过程中，现场采用的船舶等机械设备均为大型设备，船机等设备费用占工程造价比重达35-45%左右，新版概预算定额中虽然较96版定额增加了部分设备，但仍不能满足海上施工的需要，特别是对桥梁基础施工，经常涉及大型起重船、打桩船、大吨位驳船等船舶，而定额中大型打桩设备较少，导致费用估算偏低。,跨海大桥施工与公路定额的相适应性,3、跨海桥梁施工对结构防腐要求较高，目前出现很多新的防腐工艺，特别是基础部分，防腐费用占的比重还不小，但概预算定额中却没有相关的工程细目，编制预算时所采用的其他定额又太适用于大型跨海桥梁的施工环境，导致防腐费用估算严重不足。4、基于跨海桥梁建设的特殊性，一般的公路定额均不能满足投资及成本控制的要求，很多大桥施工过程中或施工完成后会根据本项目大桥建设的特点，编制适合跨海大桥施工的补充定额，用于后期的跨海桥梁的造价及成本控制。,欢迎批评指正 谢 谢！,中交二航局 李维洲联系电话：,