金塘大桥主通航孔索塔基础承台施工方案118.docx

舟山大陆连岛工程省部技术专家组第一次工作会议
会议材料之

金塘大桥主通航孔桥索塔基础、承台
施工方案简介

浙江省舟山连岛工程建设指挥部
二OO五年十一月

目 录

一、工程概况 ……………………………………………………………………
2
二、施工总平面布置 ……………………………………………………………
4
三、主要设备配置 ………………………………………………………………
7
四、主墩施工平台设计 …………………………………………………………
9
五、边墩、辅助墩施工平台设计 ………………………………………………
17
六、钻孔桩施工 …………………………………………………………………
20
七、主墩钢吊箱设计与施工 ……………………………………………………
21
八、主墩钢吊箱混凝土封底 ……………………………………………………
27
九、主墩承台、塔座施工 ……………………………………………………
27
十、辅助墩、过渡墩施工 ……………………………………………………
27

一、工程概况
1、工程简介
金塘大桥连接金塘岛与宁波市，是舟山大陆连岛工程的第五座跨海特大桥，起于金塘岛上雄鹅嘴，接西堠门大桥，经化成寺水库、茅岭、沥港水道和灰鳖洋海域，止于宁波镇海老海塘，接宁波连接线，长26.54km。其中：金塘侧接线长5.511 km,金塘侧引桥长0.907km，跨海大桥长18.415km，镇海侧引桥长1.667km。
主通航孔桥Ⅲ-A合同段里程桩号为：K33+115~K34+325，从金塘侧起依次为D1#边墩、D2#辅助墩和D3#主墩，镇海侧依次为D4#主墩、D5#辅助墩和D6#边墩，桥跨布置为：77m+218m+620m+218m+77m=1210m。
2、主要工程内容
工程主要内容包括：辅助墩、过渡墩、主塔的基础、承台及其附属设施（包括主桥防撞设施）施工，辅助墩和过渡墩墩柱施工。
D3索塔基础采用48根Φ2.5~3.0m变截面钻孔灌注桩，D4索塔基础采用42根Φ2.5~3.0m变截面钻孔灌注桩，桩长分别为117m和110m。承台采用实体钢筋混凝土圆端形构造，平面尺寸D3为63.28×34.02m、D4为56.78×34.02m，厚6.5m，承台上设厚2.5m的塔座，封底混凝土厚2m。
过渡墩、辅助墩承台下均设10根Φ2.5~3.0m变截面钻孔灌注桩，桩长109.2m 至116.2m不等。承台采用实体钢筋混凝土结构，墩身采用分离式钢筋混凝土结构。
3、主要工程量
混凝土：13.14万m3、普通钢筋：1.30万t、环氧钢筋：0.42.万t、钢材：1.42万t、挤压套筒：29万个。
4、工期
合同工期12个月。在12个月的工期内完成上述工作，任务十分艰巨。
5、施工作业天数分析
根据业主提供的气象、水文资料，综合考虑台风、雷暴、大风、雾日、波浪及潮流等因素的影响，施工现场年有效作业天数为272天，平均每月有效作业天数为22.5天。
说明：大风、雾日、波浪及潮流等因素对材料的运输、起重船的吊装等影响较大，对平台上钻机成孔施工影响较小，因此钻机成孔部分工作的有效作业天数可适当增加。

图1 金塘大桥总体布置图

二、施工总平面布置
1、项目部驻地
Ⅲ－A标项目部设在金塘岛，占地面积11000m2（100m×110m），具体位置由业主指定，项目经理部职工约600人。

金塘大桥

项目部驻地

图2 项目部驻地位置图

图3 项目部平面位置示意图
2、施工用电方案
本工程供电系统分为陆上供电和水上供电二部分。
1）水上供电系统配置
本工程施工现场距离海岸较远，通过海底电缆供电的安全性得不到保证，综合分析后决定采用柴油发电机组建立电站分别供电。
利用发电机组建立4个发电站：
在D3#墩建立1#电站，供D3#墩所有的用电负荷（除自带电源的设备外）；
在D4#墩建立2#电站，供D4#墩所有的用电负荷；
在D1#、D2#墩建立3#电站，供D1#、D2#墩所有的用电负荷；
在D5#、D6#墩建立4#电站，供D5#、D6#墩所有的用电负荷。

图3 水上供电系统平面布置图
2）陆上供电系统配置
陆上生产、生活和办公区用电由1台400kVA箱式变压器提供。在变压器附近设1台250kW备用发电机组，为生产、生活和办公区提供临时应急电力。
3、临时码头
在金塘岛业主指定的岸线范围内建设1座临时材料码头，码头长72m、宽15m，采用钢管桩基础，码头通过栈桥与海岸连接。码头上配备1台25t克令吊机，施工期间，钢筋、劲性骨架、模板及小型设备等均由此装船运至施工现场。临时码头的结构形式详见《临时工程设计文件》。
4、施工现场平面布置
现场共六个工程墩，辅、边墩施工平台通过栈桥连成整体。二主墩间保留不小于220m的通航宽度。
三、主要设备配置
为确保工程高质量按期完工，根据施工区域内水文、地质及气象条件，我局将利用自身水上的施工优势，调用适应宽敞海域水深流急条件下的大型船机设备投入到本工程中，船机设备根据施工进度计划分批进场，主要的大型船机设备配备如下：
1、航工桩7#打桩船
航工桩7#打桩船为二航局自有，该船配备有GPS打桩定位仪、沉桩最大直径达1.6m，可以满足本工程需要。
2、ICE V360型振动锤
该型号振动锤具有超大激振力，采用两台并联配置可以满足本工程大直径、超长钢护筒的沉放要求，该振动锤为我局自有设备。
3、钻机
采用ZSD300、KP3500等具有“超大提升能力、超长钻深”特点的钻机。
4、1200t起重船
1200t起重船主要用于主墩钢吊箱的整体吊装作业。
5、500t起重船
500t起重船为我局自有，可投入到本工程施工，主要用于钢护筒沉放等起重作业。
6、300t起重船
300t全旋转起重船正在我局杭州湾大桥使用，可投入到本工程施工，主要用于钢护筒沉放等起重作业。
7、150t起重船
150t全旋转起重船正在我局杭州湾大桥使用，可投入到本工程施工，主要用于钢护筒沉放、钢套箱拼装等起重作业。
8、80t起重船
80t全旋转起重船在我局苏通大桥工作已接近尾声，可投入到本工程中用于钢护筒沉放、钢套箱拼装等起重作业。
9、混凝土搅拌站
在D3#、D4#主墩分别建1座搅拌站平台，平台尺寸为43m×45m（41m×45m），每座平台配备2台75m3/h搅拌站，为主墩钻孔桩及承台提供混凝土。固定式搅拌站平台受自然因素的影响较小，可有效地保证施工作业。
10、混凝土搅拌船
1602＃、1603＃混凝土搅拌船是我局自行建造的大型混凝土搅拌船，每艘搅拌船可自备1250m3混凝土材料，每艘船的混凝土额定搅拌强度为160m3/h。拟先投入1艘搅拌船为边墩、辅墩提供混凝土，在主墩吊箱封底及承台混凝土浇注时可将2艘船同时投入使用。
11、12000kN·m动臂式塔吊
每座主墩配备2台ZSL34300型动臂式塔吊，该塔吊起重力矩12000kN.m，15m吊幅内起重量达80t、34m吊幅处可吊重30t，主要用于主墩平台的平联安装、钢筋笼吊放等作业。
12、2500kN.m平臂式塔吊.
H3/36B平臂式塔吊14m以内吊重12t，55m处可吊重3.6t，用于边墩、辅助墩施工。
13、模板系统
为提高边墩、辅助墩混凝土的外观质量、减少风荷载对模板提升的影响并加快施工进度，墩身采用液压爬升模板系统进行施工，该系统已在苏通大桥、润扬大桥南汊北索塔及阳逻大桥的施工中得到了成功应用，施工工艺成熟。
14、混凝土拖泵
采用长沙中联公司生产的HBT60型拖泵，用于泵送混凝土入仓。
15、测量设备
全站仪采用瑞士徕卡TCA2003型，全球定位系统采用瑞士徕卡SR530双频大地型RTK接收机GPS卫星定位系统。

四、主墩施工平台设计
1）设计条件
水文条件
序号
设计参数
设计取值
1
设计高潮位
＋2.0m
2
设计低潮位
-1.67m
3
设计水流速
2.83m/s
4
设计泥面标高
D3#墩：-28.0m；D4#墩：-22.5m
5
允许冲刷深度
D3#墩5.0m；D4#墩：10.0m
6
设计风速
正常工作：20.0m/s；抗台：40m/s
7
设计波高
正常工作：H=2.5m，T=6.57s；抗台：H=3.8m，T=6.57s
设计参数
序号
分 项
设计取值
1
护筒顶口高程
+4.5m；
2
钢护筒
护筒总长61.5m(D3#墩)、51.5m（D4#墩），内径3.0m，重量约121t（D3#墩）、102t（D4#墩）；采用2台ICE V360型液压振动锤并联、利用移动式导向架整根沉放，并联后的振动锤最大激振力达6400kKN；
3
起重设备
平台上布置 2台12000kN·m动臂式塔吊和1台克令吊机；
4
搅拌机系统
75m3/h搅拌机；50kN-20m抓斗吊；1000kN筒仓
5
钻机荷载
施工平台按6台KP3500型钻机同时作业设计，钻机隔孔布置，单台钻机重量1250kN，冲击系数1.3；
6
平台均载
生活区：15 kN/m2、护筒区：10kN/m2、搅拌区：30kN/m2
7
船舶荷载
平台两侧靠船力各200kN
2）平台结构型式
D3#、D4#主墩平台结构如图4~图7示：
D3#、D4#墩施工平台由生活区平台、护筒区平台、搅拌区平台组成。生活区和搅拌区平台基础采用φ1500×18钢管桩；护筒区平台基础采用钢护筒及φ1200×14辅助钢管桩，固定吊机处采用φ2500×20钢管桩。在标高+2.0m处设置钢管平联，以保证平台结构的整体稳定性。生活区上部结构自下而上为桩顶设置2HM588X300横梁和HM588X300纵梁、普通型单层双排贝雷片纵梁、型钢I16和8mm厚钢板面层；护筒区平台上部设置轨道支撑梁、钻机轨道和动臂式塔吊轨道，采用2HM588X300和2HN912X302；搅拌区上部结构自下而上为桩顶设置2HN912X302横梁和HN912X302纵梁、普通型单层双排贝雷片纵梁、型钢I16和8mm厚钢板面层。
3）钻孔平台搭设
主墩处最大水深达30.0m，水深流急，平台设计时采用部分斜桩以增强结构的整体稳定性。在承台上下游用“航工桩7#”进行钢管桩沉放，平台搭设顺序如下：
搭设起始钢平台→依托起始平台，将悬臂式导向架后端固定在起始平台上→通过悬臂式导向架，由300t全旋转起重船和并联振动锤沉放钢护筒→然后依次向前推进→将钢护筒用两层平联连成整体→同时在平台两侧补振钢管桩→将钢管桩及钢护筒通过平联形成钻孔钢平台（钢护筒入土深达30m，可直接承受钻孔施工荷载）。
D3#、D4#墩起始及搅拌区平台使用80t和150t全旋转浮吊进行平联、横梁、上部结构以及固定式搅拌站的安装。
4）D3#（D4#）主墩钻孔平台平面布置
起始平台搭设完成之前，由布置在起重船上的1台400kW发电机供电，起始平台搭设完成、前移导向架离开起始平台后，将发电机组移至起始平台上，在施工平台上共配置4台400kW发电机组。在起始平台的另侧同步搭设搅拌站平台。
在搅拌站平台上布置2台75m3/h固定式搅拌站，配备2000m3的砂石料储备仓，混凝土采用2台HBT60 型拖泵泵送。在护筒区平台横桥向轴线二侧布设塔吊轨道，2台动臂式塔吊可沿横桥向轴线移动。在护筒区平台的一侧布置1台25t克令吊机，以方便小型构件及设备移运。辅助平台可作为施工人员的办公与生活平台。
具体布置如图8示。

5）钢护筒沉放
钢护筒采用定位导向架精确定位，导向架利用起重船吊装移位。导向架采用钢桁架结构，具有刚度大、不易变形的特点。作业时将导向架锚固在已完成的起始平台或已沉放的钢护筒顶口上。在导向架前端设置上、下2层相距10.0m的导向定位框，导向框内设有定位、纠偏的液压千斤顶和锁定装置。参见图9。

导向架

图9 导向架定位钢护筒施工图片
6）施工平台的海底防护
D3#、D4#墩施工平台设计允许冲刷深度分别为5.0m和10.0m。为了确保在施工期间的安全，施工期间定期对平台及其周边一定范围内的泥面高程进行动态监测，当D3#墩冲涮深度接近5.0m、D4#墩冲刷深度接近10.0m时，采用袋装砂进行抛填防护。
袋装砂每袋重量不小于40kg，每30～40袋为一组装入尼龙网兜内，由深舱驳运输至施工现场、浮吊整体吊装抛填。

五、过渡墩、辅助墩施工平台设计
过渡墩、辅助墩平台分别布置2台钻机同时作业，钻机利用浮吊吊装、移位，其余设计参数同主墩。
过渡墩、辅助墩施工平台设计见图10和图11：
为施工方便，利用钢栈桥将相邻的边墩、辅助墩连接起来，在平台上布置发电机组、储油设施和泥浆制备处理设施等，在栈桥上布置办公、生活等临时设施。
根据进度计划，先进行D5#、D6#墩施工，D5#、D6#墩钻孔桩施工完成后，再将钻机移至D1#、D2#墩。D5#、D6#墩钻孔桩施工时，每墩各配备1台2500kN.m塔吊进行吊装作业。

图10 D1#、D2#墩施工平台平面布置图 （单位mm）

图11 D5、D6墩施工平台平面布置图（单位mm）
六、钻孔桩施工
本工程共有130根Φ3000~2500变截面钻孔灌注桩，D3#墩48根、D4#墩42根，其余各墩均为10根。钻孔桩穿越的地层自上而下依次为：塑状淤泥质亚粘土、软塑状粘土、亚粘土及中密状粉细砂、粘土及中密至密实状中细砂、硬塑状（亚）粘土夹中密至密实状中粗砂、硬塑状亚粘土夹密实状砂砾、强风化至弱风化英安岩。
1）钻进成孔：钻孔施工采用泥浆护壁、回旋钻机气举反循环施工工艺。选用技术性能先进，提升能力强、配重较大的全液压钻机进行钻孔桩施工，每座主墩配置6台钻机，辅、边墩各配置2台钻机。
钻进成孔分三个阶段：护筒内钻进、护筒底口钻进、土层内钻进。
护筒内钻进：护筒内以淤泥质亚粘土和粘土为主，采用φ2.8m的刮刀钻头加压清水钻进，钻头四周外壁均匀布设长为15~20cm的钢丝刷以便钻进的同时对护筒进行清扫。
土层内钻进：在护筒底口附近采用φ2.5m刮刀钻头慢速减压钻进，每小时进尺控制在0.5m左右。钻头走出护筒底口5m后恢复正常钻进。进入基岩（弱风化）后钻头换成滚刀钻头。
2）泥浆制备及泥浆循环：本桥地处海洋环境，水中含盐量较高，拟采用我局的科研成果——海水泥浆进行钻孔施工，该海水泥浆具有不分散、低固相、高粘度的优质特性，已在杭州跨海大桥D13#主墩120m超长钻孔桩施工中成功应用，得到了众多专家的肯定并建议推广使用。
3）成桩施工：主墩单桩钢筋笼重量达100t。护筒范围内的钢筋笼分内、外两层，两层间距20cm，内外两层钢筋笼采用整体加工工艺。钢筋笼在加工车间下料，分节同槽制作，单节钢筋笼长度为不小于8m。钢筋笼节段由动臂式塔吊吊装、挤压套筒连接接长，接长后的钢筋笼（重量大于75t以后）利用钢吊架或浮吊下放。
利用导管二次清孔后，采用拔球法灌注水下混凝土。单根钻孔桩的最大混凝土方量约700m3，经计算：配备1只15m3集料斗可满足首批混凝土的灌注量。
4）成孔、成桩质量检测
钻机成孔后，用测壁仪检测成孔质量，用超声波法和测锤法联合检测沉渣厚度；成桩后，用声测法和钻芯取样法检测成桩混凝土质量。

七、主墩钢吊箱设计与施工
主墩采用有底双壁钢吊箱设计。D3#墩钢吊箱外壁长65.38m、宽36.12m，壁体宽度1.05m；D4#墩钢吊箱外壁长58.88m、宽36.12m，壁体宽度1.05m。钢吊箱顶标高为+6.5m，底标高为-2.406m。D3#墩钢吊箱总重量约为800t，D4#墩钢吊箱总重量约为770t。
1）钢吊箱的设计工况
整体吊装阶段；
封底混凝土施工阶段；
钢吊箱抽水阶段；
钢吊箱内浇承台混凝土浇注阶段；
2）设计条件
设计高潮位：＋2.0m
设计低潮位：-1.67m
流 速：2.87m/s
波 高：2.5m
承台顶口标高+6.5m，为方便施工，钢吊箱顶口标高按+6.5m设计。
3）钢吊箱构造
钢吊箱由底板、壁板、钢管支撑及拉压杆等四大部分组成。
钢吊箱底板采用型钢焊接所形成的格构式结构，底板设置三道高度为2.0m隔舱板（与封底混凝土等高度），将钢吊箱沿桥轴线方向分成三个区域进行封底施工。
钢吊箱壁体宽1.05m，由内外壁板、水平环板、水平撑、钢箱梁等组成。
拉压杆一端与钢吊箱底板相连，另一端与钢护筒相连，拉压杆二端采用铰接接头。在每根钢护筒上设置8根拉压杆。
钢管支撑在钢吊箱内沿纵横方向设置2道，支撑钢管中心标高＋5.0m。钢管撑作用于吊箱四周钢箱梁上，在纵、横钢管撑交点处设置竖向支撑桁架。
见图12~图15。

4）钢吊箱的拼装、制作
钢吊箱在陆上分块加工制作（分块重量约20t），水运至拼装现场。在金塘大桥南侧的避风锚地布置4艘2000t大型平板驳，将每2艘船连接成整体形成1个拼装吊箱用的浮平台，每座拼装平台处配备1艘全旋转浮吊。
钢吊箱拼焊完成后，对焊缝处进行水密试验。钢吊箱内壁兼作承台模板，为防止海水对钢构件的锈蚀影响承台外观质量，钢吊箱的内壁采取临时防腐措施。
5）钢吊箱整体吊装
D3#墩钢吊箱总重量约800t，D4#墩钢吊箱总重量约770t。利用1200t浮吊整体吊装就位。
1200t起重船（镇航818#）性能表
总 长
总 宽
型 深
86m
28m
6.3m
起重性能
仰角（°）
60
55
50
45
40
最大起重量（主钩）（吨）
2×600
2×465
2×361
2×278
2×211
起升高度（主钩）（吨）
64.6
59.5
52.3
43.8
33.6
起升高度（副钩）（米）
68
62
54.1
44.7
33.8

图16 1200t（镇航818#）起重船
八、主墩钢吊箱混凝土封底
主墩封底混凝土底标高为-2.0m，封底厚2.0m。D3#主墩封底混凝土总方量3136.1m3，D4#主墩封底混凝土总方量2778.7m3。
封底混凝土采用中心集料斗、多导管从一侧向前逐步推进的工艺进行灌注。浇注封底混凝土前，清除钢护筒外壁及吊箱内壁表面的淤泥，用“哈佛”钢板封堵吊箱底板孔与钢护筒之间的过大缝隙，防止封底混凝土淌漏。
根据钢吊箱的设计，D3#、D4#主墩采取在低潮位分次、分块浇注封底混凝土。封底施工时，为保证混凝土的供应量，除现有的搅拌站平台外，可将额定生产能力160 m3/h搅拌船“航工砼1602#、航工1603#”调入使用。该类船每艘可储备1250 m3混凝土的原材料。

九、主墩承台、塔座施工
D3#、D4#主墩承台为端圆形构造，采用C35海工耐久性混凝土，D3# 、D4#墩承台混凝土方量分别为12397.8 m3和10960.5m3。塔座结构为四角圆弧型结构，采用C40海工耐久性混凝土，单个塔座混凝土总方量为569.4 m3。承台和塔座钢筋均采用HRB335环氧涂层钢筋。
封底混凝土达到设计强度后低水位封闭连通器，D3# 、D4#主墩割除拉压杆，绑扎承台钢筋分三次浇注承台混凝土，三次浇注层厚度依次为2.0m、2.0m、2.5m。
承台施工完成后，绑扎塔座钢筋，塔座混凝土一次浇注完成。
十、辅助墩、边墩施工
D1#、D2#、D5#、D6#墩钢吊箱采用单壁结构，吊箱顶标高+5.2m、底标高0.40m、高4.8m。主要结构包括单壁壁体、底板及挑梁、吊杆、连通器等配套设施。钢吊箱壁体间、壁体与底板间采用螺栓连接，所有螺栓连接处加止水条以防渗水。
桥位处最低潮位-1.7m,钢吊箱底标高+0.4m，辅墩及边墩绑扎固定封底混凝土中的抗弯钢筋后，乘低潮将封底混凝土一次浇注完成（干施工）。
D1# 、D2# 、D5# 、D6#辅墩及边墩封底完成后，割除挑梁及拉压杆，绑扎承台钢筋后分二次浇注承台混凝土，每浇注层厚2.0m。
边墩、辅助墩墩身均为分离式矩形钢筋砼实心结构，墩身采用全自动液压爬模施工，共投入4套液压爬模，从D5#、D6#墩向D1#、D2#墩周转使用。见图17。

图17 爬模总体构造示意图 (单位mm)