【宜昌】三峡库区深水桥梁主要施工技术介绍.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三峡库区深水桥梁主要施工技术介绍,-宜昌市夷陵区百岁溪大桥,主讲：谢支钢,提纲,一、设计方案比选,二、施工方案的重要性,三、工程概况,四、桩基施工,五、动水位条件下浮动平台的调整,六、动水位条件下高桩承台的施工,七、墩身翻模施工,八、上部构造0#块的设计与施工,九、挂篮施工,一、设计方案比选,设计方案的原则是安全、经济、适用、美观，设计方案的优劣直接影响项目的经济成本和施工复杂程度，是桥梁工程师最关注的话题。,本桥位处水面最大宽度为320m，最大水深为65m,方案一，95.6+167+95.6m斜拉桁架桥,方案二，（95+170+95）368m预应力连续刚构桥,方案三，1+350m中承式钢管拱桥,方案四，1+330m悬索桥,专家评审：通过对桥跨布置、通航要求、工程投资、工期、施工技术要求、工艺复杂程度、施工设备要求、环保评价和后期维护等进行综合评价，推荐方案二较优。,二、施工方案的重要性,建造一座桥梁，特别是大型桥梁工程，投资额非常大。根据桥梁工程在规划、工程可行性研究、勘察设计和施工等阶段的投资分配情况可知，施工要占总投资的60%以上，因此施工阶段是桥梁建设中极其重要的阶段，编制好施工方案，对于保证施工的顺利进行，实现预期的目标和效果，都具有重要的意义。,编制施工方案的原则：技术先进、经济合理、少耗资源,编制施工方案的目标：质量好、进度快、成本低,参建单位：,建设单位：宜昌市夷陵区公路管理局,地勘单位：长江岩土工程总公司,设计单位：长江勘测规划设计研究有限责任公司,监理单位：宜昌虹源公路工程咨询监理有限责任公司,施工单位：中铁十八局集团有限公司,监督单位：宜昌市交通工程质量监督局、三峡海事局,三、工程概况,百岁溪大桥是湖北省三峡后续工作移民搬迁安置遗留个案问题处理项目，已于2012年8月正式开工建设，工期三年，总投资约6000万元，该桥位于三峡库区百岁溪支流，为95m+170m+95m连续刚构桥，全长368m,中间两墩位于水中，设计为深水桩基础，分别采用4根直径2.5m、长37m的钻孔灌注桩，承台为高桩承台(10.5m12.4m 4.00m)，主墩为钢筋砼双薄壁墩（5.5 m2.2m），墩高39m；主桥箱梁为三向预应力砼现浇连续梁。由于主墩均处在沟壑斜陡坡地段，地基花岗岩强度极高，水上施工难度极大；目前百岁溪大桥为夷陵区境内的最大跨度（净跨170m）和最高（净高101m）的一座桥梁，也是全国同类连续刚构桥中较大的一座。,桥位地质情况,桩位处地形：1#墩地形为较为平缓，表层全风化地质，厚度3-5米2#墩桩位为自然陡坡，坡度一般3545，局部50，所处地质地表为少许残破碎石土，土体松散，属松散岩土类，厚度较薄；下伏基岩为斜长花岗岩，属层状半坚硬坚硬岩类，岩石最小饱和单轴抗压强度在80-100Mpa；,水文情况,库区在一个水文年内，每年的10月初至次年的3月底，三峡大坝坝前水位在175m(吴淞高程)；4月初至9月底，坝前水位在（175-145-175）m区间涨落，一般在5月底6月初降至145m，年度水位变化30m；在汛期7月中旬至8月上旬为洪峰期，坝前水位在（145-163）m，涨落频繁，近几年日最大涨落3.21m，月最大涨落约18m；库区水流速较小。如下图：,百岁溪大桥水情图,四、桩基施工,水上桩基施工是本项目的关键工序，施工水位较深,最大水深175-132（河床标高）=42米，设计院提供的地勘资料非常有限，而且实际调查的情况也不是很明显，水下施工的变数大，不可预知的因数很多。,根据三峡库区水情特点，本桥钻孔灌注桩的施工宜选有浮动平台，本桥浮动平台采用2艘600t驳船拼接而成，用贝雷梁架设水上龙门吊，锚定系统按四个方向由八个锚绳固定，基本按井形布置，适应水位张落后的平台就位。,不宜采用钢管桩平台：水位相对稳定，河床为砂黏土和鹅卵石且有一定的覆盖层厚度，便于插打稳定,不宜采用钢围堰施工：本桥水位深，河床为陡坡地形,水下灌桩采用钢护筒做模板，钢护筒要有一定的强度和刚度，且要入岩一定的深度，才能确保的稳定。,浮动钻孔平台,（一）钻孔灌注桩施工流程,1、钢护筒分节段下放，在浮动平台每个桩位处设置正边形工字钢导向架，固定桩位和悬挂钢护筒；,2、钢护筒着床后液压振动锤插打，钢护筒入岩土一定深度；,3、依入岩深度情况不同，分别进行水下封底砼浇筑，在浇筑前据河床地势制作钢套箱下放，周边吊放砂袋封底口；,4、在浮动平台上进行钻机就位，采用对称钻孔锤击；,5、投放粘土，钻锤上下运动造浆，一个钻孔作业台班后采用掏渣法清渣留样，依此循环作业；,6、终孔验收：对照渣样和地勘地质以及设计标高、嵌岩深度要求，判定是否终孔；,7、钢筋笼下放,8、第二次气举反循环桩底清孔；,9、备制第一仓砼，清孔完成后下放；,10、连续浇筑桩身砼。,业主、设计、地勘、监理、施工五方进行终孔验收：,1,、现场测量桩底高程、倾斜度、中线偏位、沉渣厚度；,2,、钻孔留取渣样与地勘资料对比，判断桩的入岩深度是否满足设计要求。,（二）钢护筒的功能要求,（1）固定桩位，并作钻孔导向；,（2）有足够的强度，保证埋设时不变形，地层压力下不破损（本桥选用16mm厚钢板，直径2.8m）；,（3）保证钢护筒的中心偏位和竖直度不超差，满足质量验收的要求；,（4）保证钢护筒的稳固性，以满足在水位涨落、风浪作用下浮动平台移位时不倾斜，在使用中不下沉；,（5）保证钢护筒的密封性，以满足在使用中不漏浆或形成管涌。要求做底部封底。i桩砂袋水下围堰，2#桩钢套箱围堰，水下砼封底，厚度至少要2m以上。,（三）钢护筒的失稳形态分析,（1）下沉：由于地基承载力不足或打桩时扩孔造成钢护筒的下沉；,（2）倾斜：由于河床地基被动土压力小于水位涨落时浮动平台锚定系统的钢丝绳的水平拉力而引起倾斜；,（3）渗漏：由于钢护筒埋置深度不够，或钻孔过程中斜坡下段破损，泥浆从钢护筒下端渗漏；,（4）悬空：钢护筒下端塌陷形成空洞，使钢护筒处于悬空状态；,（四）钢护筒的破损形态,（1）局部开裂：往往由于钢护筒加固过程中焊接不牢，从焊缝处部分开裂；,（2）折断错位：钢护筒加固过程中焊接不牢或相邻两节垂直度不够，在振打过程中从焊缝处整体开裂；,（3）缩颈钢护筒强度小于地层压力而引起；,（4）底端开裂或缩颈：钢护筒底端强度不够或埋设过程中操作不当。,本桥钢护筒设计：经计算，钢护筒壁厚16mm,直径2.8m，每米重1.1吨；最大水深时钢护筒长度：4m（平台与水面高度）+（175-126（最低河床）m+2m（基本入岩深度）=55m,本桥河床覆盖层较薄，钢护筒埋置深度不够，采用水下钢套箱封底砼固定钢护筒底部,（五）钻孔作业施工中常遇到的困难,1、卡钻：钻头卡在岩石中，一般通过水下震动爆破法提钻；,2、破钻：因岩质太过坚硬，把钻头打破，通过电磁铁把剩块吸出；,3、不造浆：钢护筒底部穿漏，进行水下砼封底；,4、不进尺或十字孔：底部倾斜，冲击力损失，向一侧倾斜撞击，通过回掷片石或高标号砼护底后重钻；,5、钢护筒的倾斜：施加外力修正。,补充：斜坡岩石上钢护筒稳定,一、河床坡度大，覆盖层较薄,采用台阶式套箱封底包裹钢护筒方法：在浮动平台上利用龙门吊下放钢护筒，在承台尺寸外，下坡处至少3米，左右也3米处下放第一层钢套箱，高度3-6米（视坡度情况），分台阶分层浇筑封底C25砼；第二层钢套箱放在桥纵断面的钢护筒的中间，同样分台阶分次分层浇筑封底砼，确保钢护筒周围至少有1米砼封层，如图2 陡坡地段台阶式钢套箱封底示意图。,二、河床为陡坡且为裸岩、孤石,2#主墩2-4局部存在裸岩、较大孤石（花岗岩），形成坡度较陡。钢护筒着床后出现滑落、倾斜等现象，造成钢护筒与河床之间难以形成自稳。,方案一：整体爆破形成着床平台,在浮动平台上下放钢护筒，主要在于钢护筒着床后下滑，无法液压振动，因此在四个钢护筒着床平面要求范围内，利用水下排炮爆破和挖砂船水下掏挖的方式，形成基坑，在基坑的坡下断面下放至少2.5 m的钢套箱，在基坑内浇筑水下砼，把四个钢护筒固定在设计要求的桩位平面上，然后进行钻孔作业，图3为水下桩位整体爆破示意图。该方法施工难度很大，且投资高，但方法可以一次性解决钢护筒可能造成的失稳形态,。,方案二：局部孔眼爆破下放钢护筒,在每个钢护筒直径范围外,50,厘米范围内进行局部爆破，适用于坡度较陡地段，可进行操作，,方案三：先冲大孔，在大孔内下放钢护筒，最后在钢护筒周围进行封底砼浇筑,适应范围：地势较为平缓、覆盖层较薄、不能满足钢护筒埋置深度；,1、在锚定好的平台上安装钻机，选用直径,3.55m,的钻锤，锤重,10t(,扩孔系数按,1.1,计算，成孔直径,3.905m,，即钢护筒距大孔壁约,55cm,，直径,30cm,的导管能下放,),；,2、在桩位处冲击，直至进入岩层,1.5m,；,3、用掏渣筒和空压机将孔内钻渣排出；,4、在桩位处下放钢护筒，并在钢护筒外、大孔内下放灌注桩导管（,30cm,），进行,C25,水下封底砼浇筑,(,浇注至覆盖层表面以上,),；,5、重复上述工作，直至完成四根桩的钢护筒的下放及大孔内的水下砼封底；,六、动水位条件下高桩承台的施工,深水承台施工一般采用钢吊箱法，在中、高水位阶段，充分利用钢吊箱的浮力与其自重和封底砼重量的平衡办法进行高桩承台的施工，可不受汛期洪峰的影响。,该桥下构施工采用的是浮动钻孔平台，插打钢护筒进行桩基施工，可利用钢护筒做钢吊箱支撑平台，配合自制的水上浮吊安装钢吊箱；,钢吊箱通常有单壁和双壁两种。按钢吊箱的使用功能，可将其分为侧板、底板、内支撑、下放悬吊系统四大部分。,封底混凝土作为承台施工的底模板、吊箱侧板作为承台施工的侧模板。整个钢吊箱分块制作，现场拼装、分节段下沉、锚块辅助定位。待封底混凝土达到了强度要求后再择机抽水，焊牢抗浮预埋件，拆除吊挂系统，割除多余的钢护筒，最后按陆上干处施工的顺序将承台混凝土浇筑完成。,根据施工进度和水位条件，在,1#,墩选用单壁钢吊箱，高度,12,米；在,2#,墩选用双壁钢吊箱，高度,16.8,米。,（一）单壁钢吊箱结构,单壁钢吊箱四角均用L1818加强角钢，M22螺栓连接，螺栓连接间距为15cm。,底板采用=8mm钢板，主承重梁采用5组双肢40B工字钢，次梁采用25A工字钢，间距100cm，次梁间用L106.37角钢作肋，间距25cm。,侧板采用=8mm钢板，竖向采用25A工字钢作梁，间距100cm，横向采用25A工字钢，间距100cm，中间布L106.37角钢作肋，间距25cm。,内撑和圈梁共分4层，均采用2I40B工字钢，其中内撑第24层设立柱，4层内撑和圈梁其高度分别距离底板4m、6.7m、9m和12m处。,上吊梁各由4片贝雷梁组成，支撑在护筒上，与护筒接触处垫20mm钢板。,单壁钢吊箱吊杆共15个吊点，每个吊点一根32精轧螺纹钢。,单壁钢吊箱结构,（二）双壁钢吊箱结构,双壁钢吊箱四角均用L1818加强角钢，M22螺栓连接，螺栓连接间距为15cm。,底板采用=8mm钢板，主承重梁采用5组双肢40B工字钢，次梁采用25A工字钢，间距100cm，次梁间用L106.37角钢作肋，间距30cm。,钢吊箱壁板高16.8m，厚1m，分为15m高的双壁结构和1.8m高的单壁结构两部分，坐落于钢吊箱底板之上。壁板面板采用8mm和6mm两种，内侧板采用6mm钢板，外侧板采用8mm钢板。面板肋采用I16工字钢，按间距1m进行布置。,双臂结构分13层，第一、二层高1.0m，第三、四、五、六、七层高0.8m，第八层到第十三层均为1.5m高。每层环形板均为8mm钢板制作。,内撑共分4层，采用2I40B工字钢，4层内撑其高度分别距离底板5.2m、7.5m、10.5m和13.5m处，内撑平面布置与单壁钢吊箱相同。,在与内撑联接位置的内侧板设置3层2I28A工字钢的圈梁，分别距离底板7.5m、10.5m和13.5m处。,上吊梁各由4片贝雷梁组成，支撑在护筒上，与护筒接触处垫20mm钢板。,单壁钢吊箱吊杆共15个吊点，每个吊点一根32精轧螺纹钢,双壁钢吊箱结构,（,1,）在水下浇注封底混凝土工况下，钢吊箱主要部件吊杆、底板主梁,2I40B,、底板次梁,I25A,、侧板竖梁,I25A,、内撑梁,2I40B,、侧板圈梁,2I40B,及,8mm,底板和侧板,均能满足强度要求,。,（,2,）在干浇封底混凝土工况下，吊杆和底板次梁,I25A,不能满足强度要求,。,（,3,）封底混凝土浇注完毕后，在钢吊箱外水位没有下降（水位在箱顶）而箱内一次性抽水完毕情况下，钢吊箱主要部件,均能满足强度要求,。,（,4,）封底混凝土浇注完毕后，钢吊箱外水位没有下降（水位在箱顶）而箱内一次性抽水完毕，且一个侧板增加,760Pa,的流水压力情况下，单壁钢吊箱稳定性安全系数为,7.73,，,稳定性满足要求,。,（,5,）单纯靠封底混凝土与钢护筒之间的粘结力不足以满足最不利条件下的抗滑力施工要求，需要在一定水深条件下进行承台混凝土的浇注施工。,（,6,）封底混凝土浇注完毕后，,4m,承台混凝土浇注前和一次性浇注过程中钢吊箱外的理想水位与安全系数之间存在一定的关系，可以据此确定最佳的施工时间。,（,7,）侧板增加,760Pa,的流水动压力对钢吊箱的强度和稳定性基本没有影响。,（三）单壁钢吊箱有限元计算结果,1,、单壁钢吊箱外的理想水位,若安全系数取值为,1.3,，则得,4m,承台混凝土浇注前和一次性浇注过程中钢吊箱外的理想水位（即钢吊箱外水面到钢吊箱底板距离,H,）位于,9.74m,到,12.00m,之间。,2,、,双壁钢吊箱外的理想水位,若安全系数取值为,1.3,，则得,4m,承台混凝土浇注前和一次性浇注过程中钢吊箱外的理想水位（即钢吊箱外水面到钢吊箱底板距离,H,）位于,7.75m,到,9.97m,之间。,3,、由此可见，钢吊箱施工在动态水位情况下，施工是有限制的，违背计算结果，会出现下列情况：,（,1,）封底混凝土与钢护筒之间的粘结力小于钢吊箱的浮力，钢吊箱上浮，脱离钢护筒；,（,2,）钢吊箱重力大于封底混凝土与钢护筒之间的粘结力，钢吊箱下沉，也可导致沉入河底。,（四）钢吊箱施工理想水位,特点：利用三峡库区水位变化的特点，在水位下降期，安装钢吊箱；在最低水位期，采用托举方法干处现浇承台砼。,要求：,1,、对照库区历年水位下降趋势，确定安装钢吊箱的施工水位；,2,、细化钢吊箱施工工序所需的必要劳动时间，掌控施工节点水位；,3,、与水位赛跑，在洪峰来临前完成。,（五）托举法钢吊箱施工,托举法承台施工结构图,（六）托举法施工工序,1、水位降至165-155时，在钢护筒侧面焊接I40B牛腿，在牛腿上安装底板的纵横梁，现场焊接拼装底板；,2、在钢护筒顶面安装两条长12米的贝雷架，在每条贝雷架上安装5道扁担梁，每道扁担梁上下穿两根32精轧螺纹钢与底板的双肢I40B纵梁连接，共20根吊杆；,3、割去钢护筒上的牛腿，此时悬吊系统承担钢吊箱的底板重量，下放底板，离水面约50厘米，浮吊吊装第一层侧板，侧板与侧板、侧板与底板之间用螺栓锚固，用橡胶密封条封水；,4、随水位继续下降，继续下放钢吊箱，安装第二层侧板；,5、直至水位降至承台底标高后，钢吊箱就位；,6、就位后，在钢护筒侧面安装牛腿，以托起钢吊箱；,7、拆除悬吊系统贝雷架、吊杆，割除多余钢护筒，凿除桩头；,8、安装4层底板钢筋，在桩头上安装第二次悬吊系统的垫托、贝雷架、吊杆，安装承台全部钢筋；,9、承台4米高，混凝土共625方，约1500吨，通过力学计算，为确保施工安全，分两次浇筑，第一次浇筑2.4米，以覆盖贝雷架顶面；,10、待第一层混凝土龄期达到7天，强度为75%以上后，浇筑第二层混凝土。,割除高于水面过多的钢护筒,安装钢吊箱底板梁,安装钢吊箱底板,安装第一次悬吊系统,下放将钢吊箱,安装牛腿，以承担钢吊箱重量,拆除第一次悬吊系统，割除承台以上的钢护筒,破除桩头，并用钢板焊接弥补钢吊箱底板与钢护筒之间的缝隙,绑扎承台钢筋,安装第二次悬吊系统，以承担承台混凝土浇筑时的荷载（承台尺寸为,12.5*12.5*4,，混凝土共,625,方，约,1500,吨），仅靠牛腿无法承载，第二次悬吊系统直接浇筑在混凝土内，承载第一次混凝土重量,浇筑承台混凝土，计划分两次浇完，第一次浇筑,2.4,米，第一次浇筑形成强度后承担第二次浇筑混凝土的荷载,七、墩身翻模施工,翻模系统由大块定型钢模、工作平台及提升系统等组成。,1、墩身模板为大块组合钢模，其尺寸、刚度和强度均符合设计及规范要求。每套墩身模板由二节组成，每节高3米，二节共6米。模板的加固，采用在每块侧模外侧加设水平背肋，每道背肋由两根12槽钢组成。模板加固时，通过16圆钢拉模筋锚固于背肋槽钢上。,2、模板工作平台由内工作平台和外工作平台组成。内工作平台即在两薄壁之间，用碗扣式脚手架搭设支架，在支架上铺设木板作为内工作平台。整个脚手架距模板距离为0.4米，作为模板提升空间。外工作平台即在每块外模和端模顶部，用角钢焊接三角撑架和栏杆扶手，并用木板铺面组成外工作平台。,3、提升系统：提升系统由塔吊、施工步梯、混凝土输送泵及泵架组成。塔吊为墩身和梁部施工的主要提升设备，并兼作翻模时的模板提升设备；施工步梯作为施工人员和小型机具的提升设备；混凝土输送泵为混凝土的提升设备，泵架作为混凝土输送泵管和电缆、水管的附着设备。另在泵架内搭设由钢筋焊成的简易人行梯，作为管道、电缆检修人员通道和发生停电等紧急事故时的紧急通道。,承台完成后，绑扎墩身钢筋，安装模板，架设塔吊,墩身采用翻模施工，墩身高,39,米，倒数第二模为,3,米，其余均为,6,米一个节段。另外，根据塔吊技术要求，在,30,米和,45,米处，分别与墩身和,0#,块连接（钢筋绑扎时需预先埋设连接构件），以保证其稳定性。,八、上部构造0#块的设计与施工,1、0#块设计长度19米箱梁高10米，砼650立方米，钢筋55吨，总重量约1745吨；,2、在水上、在空中要完成如此重量，0#块托架的结构安全显得非常重要；,3、一次性完成0#块，对托架的承载要求很高，分2次浇筑，利用第一次0#块箱体的钢筋砼(强度达到75%以后)做托架，完成整个0#块的施工。,（一）0#块托架结构,百岁溪大桥0#块托架承载系统主要由主纵梁、横梁和斜撑组成。,主要结构布置为，主纵梁：长度为20.4m的I40b工字钢11根；横梁：长度为11.5m的I25a工字钢17根和长度为5.0m的I40b工字钢8根；外斜撑：双40b槽钢和I18工字钢；墩身内斜撑：双40b槽钢；外斜撑之间联系梁I28a。,0#块托架承载系统立面图和平面图分别见图1-1和1-2。图中：、和为I40b工字钢，为I25a工字钢，为5cm方木，为28mm钢筋，为20mm钢板，为双40b槽钢。,0#,块托架承载系统立面图,0#,块托架承载系统平面图,0#,块断面图,工况,0#块托架混凝土浇注施工计算工况,荷载情况,1,0#块纵向外伸段第一次混凝土浇注过程,混凝土重量,2,0#块纵向外伸段和中间段第一次混凝土浇注过程,混凝土重量,3,0#块第一次混凝土浇注完毕,混凝土重量,（二）,0#,块托架有限元计算,0#,块托架有限元计算模型图,0#,块托架有限元计算模型立面图,0#块托架有限元计算结论,（1）0#块第一次300 m,3,混凝土浇注过程，托架主要部件纵向主梁I40b、横梁I25a、外斜撑梁240b及内撑梁240b,均能满足强度要求。,（2）第一次300 m,3,混凝土浇注完毕，且考虑水平方向风荷载情况下，托架稳定性安全系数为5.7，,稳定性满足要求,。,预埋托架连接件,托架安装,铺底模,托架设计、加工,模板设计、加工,托架预压,浇筑第三次砼,模板及托架拆除,吊装挂兰、准备预压,张 拉,压 浆,千斤顶标定,预应力筋下料,绑扎底板及部分腹板钢筋，布设竖向预应力筋管道,支立第一部分内外模,灌筑第一次砼,配合比设计,绑扎剩余部分腹板钢筋,浇筑第二次砼,支立第二部分内外模,绑扎顶板钢筋,支立翼缘板模板,0#,块施工工艺流程,九、挂篮施工,连续箱梁的施工一般采用挂篮悬浇施工；,所谓挂篮施工，是指浇筑较大跨径的悬臂梁桥时，采用吊篮方法，就地分段悬臂作业。它不需要 架设支架和不使用大型吊机。挂篮施工较其他方法，具有结构轻、拼制简单方便、无压重等优点。,特点：1、能承受梁段自重及施工荷载：2、刚度大，变形小；3、结构轻巧，便于前移；4、适应范围大，底模架便于升降，适应不同的,梁高,（一）上部构造施工概况,1、百岁溪大桥（95+170+95）m连续箱梁；每墩上每侧22节段，2节现浇段，1节合拢段，全桥共(22X2)X2+2+1=91节段；,2、中支点梁高10m，边支点梁高3.8m。,最重块段为11#块，重量为164.84t，长度为4.45m。,（二）挂篮结构设计,上部构造节段分块图,（三）挂篮施工工艺流程图,挂篮施工图片,同学们：,5年以后你们就是桥梁工程师，,10年以后你们就是桥梁专家！,宜昌市夷陵区百岁溪大桥项目部 2014年2月20日,