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《桥 梁 工 程》

案例分析与课程总结

姓 名: 刘 佩
学 号:
学 院: 储运与建筑工程学院
班 级: 土木工程1301班

胶州湾跨海大桥案例分析
一、 大桥简介
胶州湾跨海大桥又称青岛海湾大桥, 位于山东省青岛市, 为全长28.047Km( 海上25.171Km, 路侧接线2.876KM) 的公路桥梁, 是 世界吉尼斯纪录的世界最长跨海桥梁。胶州湾跨海大桥连接青岛、 黄岛与红岛, 桥整体设计成”T” 型, 桥面为双向六车道, 平均宽度35m。大桥提高抗震, 台风, 及抗船舶撞击能力, 设计使用年限1 。

整个大桥包含跨海桥25.171 公里( 包括沧口航道桥、 红岛航道桥、 大沽河航道桥) 及非通航桥段。其中沧口航道桥长600m, 主跨260m, 红岛航道桥长240m, 主跨120m, 大沽河航道桥长610m, 主跨260m。大桥海上非通航孔桥采用跨径60m连续梁, 西岸滩涂区采用跨径50m连续梁。非通航桥段全长24.191km,占总规模90％以上, 其桥墩数量较大, 高度变化大。墩柱采用矩形倒圆角截面形式, 当墩柱宽度大于3m 时使用空心钢筋混凝土敦, 等于3m及小于3m使用实心混凝土敦。其承台采用四边圆倒角正方形承台, 长6.45～9.3m, 厚2.8m～3.5m。单个承台下布置4根直径为1.5～2.2m钻孔灌注桩, 桩长24.8～75.3m, 承台顶标高为0.3m。大桥浅滩及近岸区采用50m现浇预应力混凝土箱梁, 跨海区采用60m预制预制预应力混凝土箱梁, 李村河立交桥区域采用18~50m 现浇混凝土箱梁, 箱梁采用单箱单室加横向预应力混凝土箱梁。

沧口航段桥型为双塔钢箱梁斜拉桥, 采用两幅桥分离的结构形式以及五跨连续半漂浮体系。钢梁采用3.5m高扁平钢箱梁, 斜拉索采用稀索体系, 三对拉索呈竖琴形布置, 每组索由两根索组成, 斜拉索在索塔上采用交叉锚固形式。索塔采用两幅分离式设计, 单幅索塔为H形混凝土结构, 高105m。索塔基础为双幅整体基础, 采用28根直径2.5m的钻孔灌注桩。承台为圆倒角的矩形承台, 长67.5m、 宽17.0m、 厚5m, 外设防撞消能设施。
红岛航段桥型为独塔钢箱梁斜拉桥, 采用双幅桥分离结构形式, 两跨连续半漂浮体系。钢梁采用3.2m高扁平钢箱梁, 斜拉索采用稀索体系, 三对拉索呈竖琴形布置, 每组索由两根索组成, 索塔斜拉索采用耳板销接锚固, 索塔采用两幅分离式设计, 单幅索塔为H形, 混凝土结构。索塔基础采用27根直径2.2m的钻孔灌注桩, 承台为圆倒角的整体式矩形承台, 长68.5m、 宽15.1m, 厚5m, 外设防撞消能设施。

图四 红岛航段桥型为独塔钢箱梁斜拉桥
大沽河航段为独塔自锚式悬索桥, 采用四跨连续半漂浮体系和分离式双箱( 高3.2m)＋连接箱(高8m)。全桥共两根主缆, 呈空间布置, 主缆由工厂预制的高强镀锌平行钢丝索股( PPWS) 组成。索塔采用独柱混凝土塔, 塔身截面采用哑铃形变截面,高149m。索塔基础采用24根钻孔灌注桩, 桩径2.5m, 承台为圆倒角的八边形, 横向长42m, 顺桥向宽23.25m, 厚6m。
图五 大沽河航段为独塔自锚式悬索桥

二、 关键技术点
1) 水下无底封混凝土套箱技术
作为一座海上大桥, 胶州湾跨海大桥基础的工作环境恶劣, 常年遭受海水侵蚀, 这使我们对于施工质量的要求必须格外严格。为保证大桥景观性, 避免在极端低潮位时存在的小船撞桩危险, 承台施工常常位于海水面以下, 这就要求我们在承台施工时采用防水围堰。中国桥梁深水基础施工中采用的防水围堰大致有几种形式: 钢板桩围堰、 混凝土套箱围堰、 钢套箱围堰以及钢—混凝土组合结构围堰等。可是各种围堰都需要混凝土封底止水, 一般采用水下灌注混凝土封底, 封底厚度根据抽水水头和混凝土与钢护筒之间的握裹力确定。水下灌注混凝土采用导管法施工, 工法比较复杂, 对混凝土供应强度、 初凝时间和流动度等比干环境施工要求高, 同时, 容易发生堵管事故, 护筒壁很难清洗干净。而且由于承台体积较大, 一次性浇筑混凝土过多造成水化热集中引起裂缝的产生, 传统混凝土套箱在东海大桥上出现了开裂现象,在恶劣的海洋环境下,结构开裂会引起严重的耐久性问题,长久开裂会直接导致钢筋在氯离子侵蚀下出现锈蚀,严重影响结构的使用性能。胶州湾跨海大桥施工时从混凝土套箱的结构形式和套箱的施工工艺上进行了详细研究,创新性地提出了水下无封底混凝土套箱的施工工艺。
混凝土套箱为有底薄壁矩形空箱结构, 侧板厚度30cm, 底板厚52cm,高度为3. 52m,主要作为承台模板, 同时作为永久结构,是防腐蚀措施的重要部分。青岛海湾大桥非通航孔桥基础共分A、 B、 C、 D、 E、 F、 G 七类, 其上承台为5种尺寸共638个, 桥墩及承台结构如下图:

图六 非通航孔桥桥墩及承台结构示意 图七混凝土套箱构造
水下无底封混凝土套箱技术采用工厂预制混凝土套箱, 套箱底部预留桩孔, 施工时经过浮吊将套箱就位使桩身经过预留桩孔伸入套箱, 并采用胶囊止水的方法将预留桩孔和套箱间的缝隙堵死, 将套箱内的水抽干形成一个干燥的施工环境, 然后进行桩身和承台钢筋的连接以及混凝土的灌注及养护。采用水下无底封混凝土套箱技术避免了水下混凝土封底, 大大提高了施工质量而且加快了施工进度, 节省费用约5 186万元。
水下无底封混凝土套箱技术的核心技术是胶囊止水。止水胶囊为强度较高且较为柔软材料( 橡胶) 制成, 在混凝土套箱预制场将止水胶囊安放在套箱底板预留桩孔壁中间的预留槽内, 实施止水过程时经过高压水泵往止水胶囊中注入高压水, 适当加大压力使止水胶囊膨胀将桩身与孔壁间缝隙堵死达到止水效果。为减少承台浇筑水化热的影响, 避免受热不均造成裂缝产生从而影响大桥耐久性, 胶州湾跨海大桥承台灌注时设置弹性应力吸收层, 即在混凝土套箱内壁设置泡沫板, 降低灌注混凝土膨胀对混凝土套箱的影响, 降低了套箱施工期开裂的风险。

图八 胶囊安装在底板预留槽中示意 图九 胶囊止水示意

2) 非通航段60m箱梁整垮预制吊装技术
青岛海湾大桥非通航孔桥海上段部分采用了6Om预应力混凝土预制箱梁,单片预制梁最大混凝土体积约为770m3,单片箱梁重达 t,施工技术难度大,质量要求高。为了满足桥梁耐久性的要求,确保桥梁能安全运营1 ,控制好60m预应力混凝土箱梁的施工具有非常重要的意义。
按施工总进度计划要求,结合施工现场实际条件,充分利用一切可利用的资源进行布置,确保满足施工生产要求来设计预制场,预制场区用地为吹填地,是规划中的四方港区陆域的一部分。其施工工艺流程为四方港区预制场建设一箱梁预制一平移小车场内转堆一两台龙门吊吊箱梁上吨运输方驳一拖轮拖运梁方驳到现场靠泊吨工作母船一吨起重船移船,将高强拉杆与托梁连接,完成起吊前的准备工作一测量水深,待潮水涨至满足要求时起吊箱梁、 移船定位、 将箱梁搁置于临时支座并精确就位一现浇湿接缝一张拉合拢预应力束一箱梁体系转换。
增加起重船用于箱梁吊装的作业时间,大大提高起重船安装工效。以上的施工工艺安排,在预制场装箱梁出运上船和箱梁运输过程中不占用起重船,2600吨起重船在吊装现场一次抛锚就位就能够安装跨片箱梁。这样安排,起重船无须在预制场和安装现场之间频繁调遣,使得起重船可用于吊装的工作时间大大增加,而且大量减少起重船的起锚、 抛锚的次数,以海上作业的经验,起重船每次抛锚需一小时。据测算,本施工工艺比用起重船到预制场将箱梁吊上船再到现场抛锚定位安装箱梁的工艺,单船吊装工效能够成倍提高。

3) 非通航段50m箱梁滑模施工技术
青岛海湾大桥第红岛互通主线长1980 m; 匝道长4647. 857 m, 包括 A、 B、 C、 D 四个匝道。匝道箱梁梁高3 m, 顶板最大横坡( 超高) 4% , 最大纵坡 2. 947% , 最大跨径 60 m, 最小平曲线半径 350 m。箱梁施工采用自行设计研制的大跨径小半径曲线滑移模架进行施工。
滑模结构包括: 曲线箱梁滑移模架主要由牛腿、 主梁、 鼻梁、 横梁、 后横梁、 平衡C梁及内外模组成。两者差别在于曲线箱梁滑移模架在主梁前后增设了平衡 C梁, 平衡外模板开模后曲线过孔过程中产生的横向倾翻弯矩。
曲线箱梁滑移模架前、 后鼻梁与主梁连接间采用铰接, 铰接处经过液压千斤顶、 机械顶实现鼻梁的水平旋转和竖向旋转, 满足纵移过孔时的高差和平曲线需要, 减小前、 后鼻梁的受力。
滑模拼装、 预压过程为: 牛腿组装→主梁组装及有关施工设备、 机具就位→牛腿安装就位→主梁吊装就位→横梁安装就位→铺设底模就位→安装模板支架→安装侧模及翼板模→内模安装( 在绑扎完底板钢筋后) 。滑模拼装时要求各部件之间连接可靠, 拼装完后要经过认真地全面检查, 确认安全可靠后方可用作上部结构施工使用。滑模拼装完成后, 进行预压, 以确定滑模施工预拱度。
混凝土的浇注及模板的行走: 每孔箱梁浇筑完混凝土并张拉预应力钢束后, 经过主顶升液压缸使移动模架整体落模 300 mm, 然后在横移液压缸作用下向外横移带动外模脱离桥身约 500 mm。因施工半径曲线较小, 整个移动模架需作多次调整才能纵移就位。当移动模架全部就位后, 再在横移液压缸的带动下向内横移带动外模合拢, 连接横梁连接销, 调好位置后即可进行钢筋绑扎和混凝土的浇注工作。箱梁混凝土整孔一次浇注完成, 由悬臂端向已浇梁段推进。

4) 大节段钢箱梁吊装施工
大节段吊装法施工是将钢箱梁梁段划分为比较长的节段, 在工厂完成钢箱梁的制造, 利用大型运输船将大节段运输到梁段架设位置, 利用海上大型浮吊, 将梁段直接吊装到要求位置。
由于海上浮吊的起吊能力可达数千吨以上, 临时支墩的数量能够减少, 省去了满堂支架施工时上部桁架( 贝雷架)等临时结构, 大大减少了海上施 工作业的 时间, 降低了施工中的风险, 提高了桥梁 的施工质 量, 保证了施工工期。临时结构的节省和工期的缩短保证了这种施工方案具有较高的经济性。可是, 由于梁段的几何尺寸和质量均较常规钢箱梁段大得多, 这种施工方法对钢箱梁制造技术及精度、 装船运输技术、 吊装施工机具的性能要求、 节段定位调整技术、 体系转换后的加劲梁内力和线形的控制均提出了更高的要求。
由于海上大节段钢箱梁吊装过程中风险相对较高, 因此对于吊装过程的安全性需要重点研究。在青岛海湾大桥中, 最大梁段起吊量达到 1020t, 采用常规的悬索桥吊具形式显然是不 合适的。针对这种情况, 必须设计专门的吊具, 以同时满足吊具设备和加劲梁吊装过程中结 构受力的安全、 可靠。经过对吊具方案的比选, 最终确定采用索、 梁结合的吊具形式。吊具主要由吊挂梁、 主吊梁、 扁担梁、 分配梁、 吊索及吊耳板组成。这种吊具的优点在于进一步提高了荷载分配的均匀性, 以及吊装过程中的稳定性和安全性, 能适应多规格、 偏心梁的需要。
大节段钢箱梁吊装关键技术主要包含以下三个方面: 大节段钢箱梁划分技术, 大节段钢箱梁吊装顺序, 大节段钢箱梁的实施性架设技术。对于青岛海湾大桥, 大节段钢箱梁吊装技术方
案采用的主要设备为2 600t 的奋进号起重船。以大块分幅梁段为例, 钢箱梁的吊装过程分为 6 个主要步骤: 浮吊抛锚定位, 挂设吊具 → 运梁船停靠定位泊→钢箱梁挂设→浮吊吊起钢箱梁, 铰锚移船至吊装位置 → 浮吊起钩, 吊装梁段至设计位置→完成落梁。
大节段钢箱梁吊装施工, 规模大, 海洋环境复杂, 钢箱梁定位难点及关键技术主要体现在: 钢箱梁定位精度要求高, 施工难度大; 钢箱梁节段质量大, 初定位难度大, 初定位过程中对浮吊性能要求高; 采用的精确调位系统主要为液压千斤顶, 调位过程需严格控制千斤顶行程的同步性, 避免由于各千斤顶行程差太大产生一系列问题及安全隐患。
大块梁段吊装后全部支撑在临时支座上, 临时支座全部布置在墩旁支架及临时墩顶的钢梁上, 需要进行高程、 里程( 纵向) 及横向精确调位。根据施工阶段的不同, 箱梁的定位施工分为吊装初定位和梁段精确定位, 其定位系统主要包括梁段初定位系统及精确调位系统。

参考文献
[1]袁维达.青岛海湾大桥60m箱梁施工技术研究[D].大连: 大连海事大学: .11
[2]蔡建军.青岛海湾大沽河航道桥钢箱梁大节段安装架设关键技术研究[J].施工技术。 ,
40( 352)
[3]张光桥.青岛海湾大桥关键施工技术[J].山东交通科技
[4]肖旭东.跨海大桥水下无封底混凝土套箱技术.沈阳: 中铁九局集团有限公司
[5]姜言泉.特大跨海桥梁水下无封底混凝土套箱关键技术.青岛: 山东高速青岛公路有限公司

《工程项目经济管理》

价值工程在建筑施工项目中的应用

姓 名: 刘 佩
学 号:
学 院: 储运与建筑工程学院
班 级: 土木工程1301班