苏通大桥中交二航局汇报方案定稿.docx
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苏通大桥中交二航局汇报方案定稿
第一章概述
1、工程概况
1.1、简介
苏通长江公路大桥主桥为跨径1088m双塔斜拉桥，基础为高桩承台式结构：
1）北索塔墩基础（主4＃墩）：
135根D2.8m/D2.5m、长117.0m变径钻孔灌注桩（4根备用桩）；承台为哑铃型，单个塔柱下的承台平面尺寸为51.35×48.10m，厚度为5～13.324m，两承台间的系梁平面尺寸为11.05×28.1m，厚6.0m。
2）近塔辅助墩基础（主3＃墩）：
36根D2.8m/D2.5m、长105.0m变径钻孔灌注桩；承台平面尺寸为52×32.5m，厚度为4～10.3m。
3）远塔辅助墩基础（主2＃墩）：
19根直径2.8m/2.5m、长114.0m变径钻孔灌注桩，承台平面尺寸为43.2m×19.3m，厚度为4～8.3m。
4）过渡墩基础（主1＃墩）：
19根直径2.8m/2.5m、长108.0m变径钻孔灌注桩，承台平面尺寸为43.2m×19.3m，厚度为4～8.3m。
主桥结构图
1.2、地质
大桥地处长江三角洲冲积平原，第四纪地层厚度大，分布较稳定，基岩埋深在270～280m之间。
主4#墩地层分布图
主4#墩土层地质参数及指标表
地
层
编
号
岩土名称
状态
层底标高
（m）
推荐承载力
（kpa）
极限摩阻力
（kpa）
标贯击数
全
新
统
Q4
1-3
细砂
中密
-36.7
170
45
20
1-3
粉砂
中密
-45.9
140
35
15
1-3
细砂
中密
-54.7
180
45
25
1-3
粉砂
密实
-57.2
150
40
42
上
更
新
统
Q3
5-1
中砂
密实
-64.2
400
60
>50
5-1
粗砂
密实
-71.5
500
100
47
5-2
细砂
密实
-74.2
250
50
36
6-1
粗砂
密实
-78.2
450
80
>50
6-2
细砂
密实
-80.6
300
55
>50
6-1
中砂
密实
-87.2
420
60
>50
7
细砂
密实
-94.2
300
55
42
8-1
粗砂
密实
-98.3
500
100
>50
8-2
粗砂
密实
-104.7
300
50
>50
8-2
粗砂
密实
-115.2
300
55
>50
8-3
亚粘土
软塑
-118.3
270
50
>50
8-1
粗砂
密实
-122.2
500
100
>50
8-2
粉砂
密实
-125.2
220
50
>50
8-1
粗砂
密实
-129.0
500
100
>50
2.1.3、水文
1）水文条件
桥位所处河段为弯曲与分叉混合型中等强度的潮汐河段，水文条件复杂，江宽、流急、浪大，涨落潮流速流向多变。
桥位附近最大水深达50m，实测垂线最大流速达3.86m/s，点流速4.47m/s。
2）潮汐特征
潮汛为非规则半日浅海潮，潮位每日两涨两落，日潮不等现象明显。
实测最大潮差为4.01m，平均潮差为2.07m。
桥位处设计潮位（黄海基面）
项目
重现期
潮位
设计高潮位（m）
20
4.30
设计低潮位（m）
20
-1.45
农历月多年平均高低潮位和历年月实测最高和最低潮位表（单位：
m）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
高潮位均值
1.44
1.62
1.78
1.92
2.14
2.64
2.35
2.29
2.01
1.69
1.42
1.39
实测最高潮位
2.82
2.88
2.93
3.11
3.58
4.36
4.63
4.21
3.36
3.43
2.73
2.91
低潮位均值
-0.52
-0.37
-0.23
-0.08
0.17
0.32
0.23
0.14
-0.08
-0.33
-0.53
-0.55
实测最低潮位
-1.21
-1.13
-1.83
-0.66
-0.50
-0.30
-0.59
-0.72
-0.91
-1.10
-1.20
-1.26
2）波高
施工期设计波高2.0m，波长60m。
3）流速
主4＃墩最大涨落潮垂线平均流速表表2.1.6
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
涨潮m/s
-1.36
-1.41
-1.27
-1.26
-1.27
-1.27
-1.50
-1.55
-1.31
-1.43
-1.34
-1.42
涨潮m/s
1.45
1.73
1.70
1.81
1.96
2.17
2.48
2.21
2.01
1.91
1.66
1.69
4）河床冲刷
主4#墩区域河床底高程-28.0～-30.0m，河床地质为松散的粉细砂。
钻孔平台支撑钢管桩和桩基钢护筒下沉后，在水流作用下，极易产生冲刷。
1.4工程主要特点
大桥位于长江最繁忙的下游河口段，主4＃墩处于长江主泓，距南、北两岸均为3km左右。
1）墩位区水深流急，航运繁忙，受台风的影响等因素，对工程建设的组织和安全带来不利的影响。
2）墩位区水深达30m，最大流速＞3.0m/s，钻孔平台的搭设难度大。
3）钻孔灌注桩孔底标高为-124.0m，桩身穿过深厚沙层，钻进成孔时易坍孔。
4）为提高桩侧摩阻力，须加快成桩速度，因此对钻机的性能、泥浆的配制、钻孔操作、钢筋笼下放及混凝土浇注等施工技术和工程管理方面都提出了更高的要求。
5）主4＃墩防护工程量超过30万m3，防护施工与钻孔灌注桩同步进行，交叉作业，施工组织难度大。
第二章施工安排及方法总说明
苏通长江公路大桥的建设规模和难度是世界上少见的，全桥的重点和难点在主桥，而主桥的关键在基础，其中主4＃墩又是重点中的重点，难点的难点，是全桥施工和建设的关键。
1、总体施工安排
针对苏通大桥的施工条件和建设特点，设立四个工段和一个分部进行管理、指挥和调度：
陆上综合工段、水上混凝土搅拌站工段、索塔基础工段、辅助墩-过渡墩工段和钢结构加工分部。
1.1水上混凝土搅拌站工段:
本工程混凝土量大，设立水上混凝土搅拌站工段负责工程的混凝土生产和输送，组织和协调水泥、砂石料的供应。
1.2索塔基础工段:
索塔基础（钻孔灌注桩、承台）是本工程施工的重点，从总进度计划上看，索塔施工的各环节始终处于本工程的关键线路上；从施工难度上看，临时结构的规模巨大，并处在接近主航道深槽的位置，流速、风浪等诸因素较复杂，组织大体积混凝土施工（围堰封底、承台混凝土浇注）也有相当难度。
因此设索塔基础工段集中解决工程难点。
1.3辅助墩、过渡墩工段:
设立辅助墩、过渡墩工段，致力于解决各墩施工的流水作业，合理配置和充分利用人力、设备和施工材料，尽可能降低工程成本。
1.4陆上综合工段:
为减少水上作业量，变水上施工为陆上施工，提高工程质量，加快施工速度和提高工作效率。
所需钢构件、钢筋和模板等在陆上预加工、堆存并转运至墩位。
1.5钢结构加工分部:
本工程的各种施工措施和临时结构均为钢结构。
施工平台和临时码头的钢管桩，钻孔桩钢护筒，承台钢吊箱围堰，合计用钢量以万吨计，委托有资质的钢结构生产厂加工制作，设钢结构加工分部，负责所有钢结构外协加工事宜。
1.6总体施工安排上采用先易后难，逐步摸索施工水域的特性，总结经验。
以最快的速度完成水下高压电缆的敷设，保证水上供电质量，为主塔墩施工创造条件。
在整体施工安排上：
1）首先施工1#、2#墩钻孔平台，为水下电缆敷设和高压开关站、箱式变电站的设置创造条件。
2）同时，抓紧4#主墩的河床预防护工作，深化施工方案和临时结构施工图设计，在天文大潮后施工主4#墩，最后施工3#墩。
3）在整个施工时期，根据工艺和工序，按大流水、小循环的原则组织有序生产，确保在合同工期内完成施工任务。
2、施工方法总说明
本工程辅助墩、过渡墩施工均采用水上搭设钢管桩基础施工平台，利用施工平台下沉钢护筒的方法进行基础施工；索塔基础采用水上搭设钢管桩起始平台，利用起始平台逐步推进下沉钢护筒的方法进行基础施工。
钻孔桩施工完成后，部分拆除和改造施工平台，分块拼装和下沉钢吊箱围堰。
主4＃墩总施工流程如下：
河床预防护→搭设起始平台→起重船配合搭设施工平台→下沉部分钢护筒→安装平台上起重设备→已沉护筒内的钻孔桩施工→利用已完成的钻孔桩加固施工平台→下沉其余钢护筒→河床第二次防护→完成其余钻孔桩。
根据施工区域内水文、气象条件及施工工期要求，我局将利用自身力量并借助中港集团水上施工的整体优势，调用和租赁适应于宽阔水域、深水及大流速条件下的大型工程船机设备进行基础工程的施工。
主要的大型船机设备如下：
1）打桩船：
船上配有GPS打桩定位仪，沉桩最大直径为1.8m，可在30.0m水深、2.0m/S流速条件下进行沉桩作业。
2）APE400型振动锤：
该型号振动锤为国际上超大型振动锤。
3）液压钻机：
配备适合于本工程地质条件的大直径钻机，各钻机均配有泥浆净化器，既保证了泥浆在使用中的性能指标，又满足了环境保护要求。
4）大型起重船：
为减少钢护筒现场拼接量，提高钢护筒的受力性能，拟调用最大起重量为300t的全回转起重船配合振动锤沉放钢护筒，同时该起重船也将用于钻孔桩钢筋笼的吊装。
5）大型桅杆吊：
为减少风浪对钢吊箱及钢筋笼水上拼装接高的影响，在索塔墩钻孔平台上安装2台起重力矩为14000KN.m的桅杆吊。
6）大型龙门吊机：
主塔墩变水上施工为陆上施工，在索塔墩钻孔平台上安设2台起重量为80t，吊高40m的龙门吊机。
7）大型水上搅拌船：
针对施工水域浪高、风大、雾多，混凝土浇筑量大特点，为保证混凝土浇筑强度和质量，配置适用于7级大风、浪高1.5m条件下的自备有浇筑1250m3混凝土的原材料、160m3/h浇筑强度的搅拌船。
第三章主要施工方法
苏通大桥各墩水文、地质条件差异较大，桩基施工中形成钻孔平台的方法略有不同，下面以主4＃墩为例介绍桩基施工方法。
1、钻孔平台设计
墩位处河床泥面标高为-28.0m，水深30.0m左右，最大流速3.0m/s。
河床地质为粉细砂，冲淤变化较大。
不利的水文地质条件给主墩的施工带来了巨大的困难。
为减小施工平台搭设的难度，降低施工风险，利用大直径，埋置深的钢护筒作为平台支承结构，满足深水流速条件下平台及单桩的稳定性。
1.1、设计思路
设计方案的主要思路是：
为安全稳妥地进行工程施工，结合工程永久防护需要，钻孔平台施工前，对主4＃墩河床进行预防护。
首先在钻孔平台上游侧建设一个刚度较大的起始平台，利用起始平台及锚固在平台上的悬臂定位导向架导向沉放钢护筒，控制钢护筒下沉过程中的垂直度及水平偏位；钢护筒自上游向下游逐排下沉到位后，逐排与起始平台及周围的钢护筒连接成整体，逐步形成较大的平台，待所有已沉钢护筒下沉到位后，即形成一个刚度强大的施工平台。
利用钢护筒作为钻孔施工平台的主要承力构件，有助于减小平台在水平荷载作用下的位移，提高结构的整体稳定性。
同时较好地解决了辅助桩作为支撑平台的施工方法中辅助桩与钢护筒之间净距较小，而采用较小直径辅助桩不能满足深水、大流速条件下单桩稳定的要求，因此，利用钢护筒作为钻孔施工平台的主要承力构件。
对保证施工的精度和安全性是十分有利的。
在施工平台上完成钻孔桩施工后，安装第一节钢吊箱，拆除钢护筒及与上下游平台间连接，下放钢吊箱自浮，进行后续施工。
1.2、设计概况
根据施工工艺要求，平台平面尺寸为142.556×54.50m，由上游起始平台、护筒区平台及下游平台组成。
1.2.1起始平台
起始平台及下游平台采用Ø2540×20mm钢管桩支撑，桩顶标高+7.0m，上部结构采用双肢HN800×300型钢通过牛腿与钢管桩焊接连接，标高＋2.0m处设置Ø1000×14mm钢管作为下层平联。
1.2.2护筒区平台
护筒区平台利用Ø2850×25mm永久钢护筒作为支撑结构，护筒顶标高＋7.0m，单根钢护筒下沉到位后，标高+2.0处的Ø1000×10mm的连接钢管及顶面处2HN588×300mm型钢与周围的钢护筒和钢管桩刚性连接。
1.2.3下游平台
下游平台结构与上游起始平台相同。
利用已经形成护筒区施工平台完成下游平台的搭设。
钻孔平台平面结构图（单位:
mm）
钻孔平台立面图（单位:
mm）
起始平台结构图
1.3、设计条件
平台使用期主要设计条件如下。
1.3.1、水文条件
设计高潮位：
4.3m
设计低潮位：
-1.45m
设计水流流速：
2.21m/s（农历8月15到下一年农历5月底前的最大落潮流速）
校核水流流速：
2.75m/s（20年一遇洪水位落潮流速，根据施工安排，出现该流速时已约80%成桩）
设计河底高程：
-28.0m（不考虑河床预防护厚度）
平台使用期校核冲刷深度：
5.0m
设计风速：
7级
设计波高：
2.0m
设计波长：
60.0m
1.3.2施工荷载
1）起重设备：
平台上下游侧各布置1台起重力矩为14000kN.m桅杆吊，平台上设2台吊重80t龙门吊。
2）钻机荷载：
施工平台考虑8台Ø3.0m钻机同时作业，钻机隔孔布置，单台钻机重1250kN，冲击系数1.3。
3）均载：
起始平台q=20kN/m2
护筒区平台q=15kN/m2
下游侧平台q=10kN/m2
4）船舶荷载
考虑上、下游同时可系泊4500t级搅拌船（长×宽×型深×吃水＝75×23.4×5.45×3.2M），系缆力取为每侧300kN。
平台南北两侧同时停靠2艘1500t级驳船，系靠船力400kN。
1.4计算分析
利用ANSYS有限元程序对平台结构进行结构计算，以下仅列出整体计算结果。
1.4.1起始平台
起始平台整体计算结果表
项目
计算结果
平台最大水平位移/mm
横桥向（沿潮流方向）
69.024
纵桥向（沿桥轴方向）
8.458
平台构件应力/MPa
最大杆件轴向应力
106
最大杆件截面剪应力
4.88
最大vonmises应力
106
平台构件内力
最大杆件轴力/kN
2500
最大杆件剪力/kN
531.879
最大弯矩/kN·M
5820
起始平台整体计算结果图
沿水流方向水平位移（m）沿桥轴方向水平位移（m）
竖向位移（m）轴向应力（Pa）
截面剪应力（Pa）vonmises应力
1.4.2施工平台
平台整体变形计算结果表
项目
计算结果
平台最大水平位移/mm
横桥向（沿潮流方向）
53.52
纵桥向（沿桥轴方向）
2.051
平台构件应力/MPa
最大杆件轴向应力
109
最大杆件截面剪应力
1.84
最大vonmises应力
109
平台构件内力
最大杆件轴力/kN
3030
最大杆件剪力/kN
205
最大弯矩/kN·M
5550
平台整体计算结果图
平台沿潮流方向位移（m）平台沿桥轴方向位移（m）
平台竖向位移（m）平台杆件轴向应力（Pa）
平台杆件截面剪应力（Pa）平台vonmises应力（Pa）
2、河床冲刷防护
2.1、平面布置
4＃主墩冲刷防护的平面分为中心区、永久防护区和护坦区。
其平面布置见图3-2。
核心区：
为群桩基础及施工平台桩基区域内及平台周边20m范围内。
永久防护区：
为核心区外围45m范围。
护坦区：
永久防护区外围45m的范围。
2.2立面结构尺度
核心区：
2.0m厚袋装砂（预防护）+1m厚袋装级配石+1.5m厚护面块石;
永久防护区：
1m厚袋装砂（预防护）+1m厚袋装级配石+1.26m厚块石;
护坦区：
1m厚网装级配石+（内侧25米）1.89m厚块石。
护坦区：
1m厚网装级配石+（外侧20米）3.15m厚块石。
护坦区边坡均为1：
3。
4＃墩冲刷防护平面布置图
4＃墩冲刷防护立面布置图
2.3袋装砂抛填
袋装砂的抛填是用开体驳靠于定位船旁，砂袋的充填在开体驳内完成，充填好的砂袋直接由开体驳内沉入江底。
3、测量控制
平台支撑钢管桩及钢护筒定位采用GPSRTK技术和GPS静态测量技术布设控制点，结合全站仪、经纬仪和水准仪进行平面和高程定位，经纬仪控制垂直度。
具体控制方法为：
1、计算钢管桩及钢护筒中心坐标。
2、对于起始平台钢管桩：
在定位船上布置两个GPS接受机安放点位。
找出这两个GPS点位与定位架中心（钢管桩中心）位置的相对关系，推算出GPS点位的设计坐标。
安置两台GPS接收机在定位船上，通过岸上基准站发射的信号进行钢管桩的平面定位，指挥定位船就位。
钢管桩的垂直度由布设在试桩平台和主2#墩施工平台上的两台经纬仪进行控制。
3、对于钢护筒：
利用GPS静态测量技术，在起始平台上布设两个较为稳定的测量控制加密点。
在加密点上架设全站仪，后视主1＃试桩平台加密控制点，对钢护筒导向架龙口定位测量，其测量精度可达到10㎜以内。
在平潮时钢护筒安放到河床面，利用架设在起始平台和主1＃试桩平台或主2＃钻孔平台上的J2（2’’级）经纬仪，形成近90。
角视线，控制钢护筒下沉的垂直度。
校核方法：
通过GPS静态测量的方法加密控制点于主1＃试桩平台上，利用该点采用全站仪极坐标放样方法对定位好的钢管桩（钢护筒）导向架位置进行校核。
准确无误后再进行钢管桩（钢护筒）施沉下放。
4、钻孔平台施工
4.1、施工工艺流程
起重船及定位船抛锚定位
沉放起始平台钢管桩
安装定位导向架
桩间连接形成上游起始平台
精确安装悬臂式定位导向架
沉放第一排钢护筒及护筒间连接
安装导向架轨道梁
悬臂式定位导向架制作
钢护筒制作、运输
导向架前移及精确定位
沉放下一排钢护筒及护筒间连接
搭设下游侧施工平台
安装上游侧桅杆吊
龙门吊安装调试
安装下游侧桅杆吊
钻孔桩施工
平台上设施设备安装调试
定位船改造
钻孔平台施工工艺流程图
4.2、起始平台的搭设
起始平台位于钻孔平台上游侧，其主要作用是为沉放钢护筒，安装悬臂式定位导向架，提供具有足够刚度的起始工作平台。
平台基础为φ2540mm直径钢管桩，桩顶标高+7.0m，桩长55.0m。
起始平台钢管桩施沉利用安装在定位船船艏的导向架定位，用起重船吊振动锤振动下沉。
4.2.1、定位船改造及定位
1）定位船选型
定位船用甲板驳船改造而成，船长90m，船宽16m，型深2.5m，吃水深度1.80m。
2）锚碇系统
根据受力要求，设置8个铁锚，同时配置相应的锚机。
3）抛锚定位
定位船用GPS定位测量系统测量进行初步定位，通过调整锚碇系统，将定位船船艏导向架精确定位在桩位上。
4.2.2钢管桩的施沉
1）钢管导向架的设计要求
a满足钢管桩在承受最大水流力、风荷载和下沉激振力等作用下的强度和刚度；
b满足钢管桩倾斜度不大于1/100；
2）导向架的安装
钢管桩沉放利用安装在定位船上的上下两层导向定位，两层导向之间的间距为4.5m。
3）起重设备及振动锤配置
a、起重设备的配置
起始平台单根钢管桩长55.0m，重68.4吨，采用起重能力为300t全回转起重船进行起重作业。
300t全回转起重船及性能表
船体尺寸及机组性能
船体尺度（m）
重载吃水（m）
排水量
（t）
输出功率
（kW）
总长
型宽
型深
2.32
58.86
27
4.8
2888
820
起重性能
吊幅（m）
10
20
28
35
40
最大起重量（t）
2×150
150
100
50
15
起升高度（钩头至水面）（m）
68
62
53
40
31
b、振动锤的配置
一般情况下，选择振动锤需满足两个条件：
一是振动锤的激振力FR应大于土的动摩阻力Fu；二是振动锤的激振力FR应大于振动系统结构重量W的1.20－1.40倍。
同时还必须考虑振动系统可产生的振幅。
采用两台美国产APE400型振动锤并联。
APE400振动锤及性能表
单台基本参数
振动锤外形尺寸（mm）
动力柜外形尺寸（mm）
重量（kg）
长
宽
高
长
宽
高
振动锤
动力柜
液压头
3607
660
2515
4724
2083
2440
16363
11000
1700
机械性能
偏心力矩
最大激振力
最大上拔力
系统振幅
功率
150kg.m
3203kN
16363N
2.1mm
990HP/2100RPM
4）钢管桩沉放
起始平台钢管桩沉放顺序及单根钢管桩的下沉工艺流程如图所示。
钢管桩的定位采用GPS定位，同时用架设在1＃试桩平台、2＃墩上的两台经纬仪进行校核。
定位船在测量的指挥下移至桩位位置，300t起重船将钢管桩吊立后，送入导向架内，卡好限位装置，慢慢下放至泥面，调整钢管桩的平面位置及倾斜度，起吊振动锤就位。
测量再次复核钢管桩的平面位置及倾斜度，振动下沉到位。
下沉到位后，定位船移至下一桩位，进行钢管桩沉设。
及时将已沉钢管桩进行联结，边沉边联，逐步推进。
施工准备
浮吊及定位船抛锚定位
定位船调平精确定位
吊装钢管桩入导向架、下放着床
测量、调整桩位和垂直度
吊装振动锤
桩位及垂直度校核
运桩船抛锚定位
沉桩至设计标高
拆除振动锤
移船至下一沉桩桩位
钢管桩导向架的安装
钢管桩间平联连接
单根钢管桩的下沉工艺流程图
4.3、护筒区钻孔平台搭设
主4＃墩钻孔平台承台范围内直接利用φ2850钢护筒作为钻孔平台支撑桩，钢护筒长69.20m，壁厚为25mm，材质为Q345C。
护筒底标高-62.20m，顶口标高+7.0m。
在平台南北两侧按6.75m的间距各布置一排φ1400mm辅助桩与钢护筒连成整体，承受龙门吊轨道梁传递的荷载。
4.3.1、钢护筒制作、运输
为保证钢护筒主体结构受力需要，避免在主体结构上现场焊接，根据3000kN起重船性能及运输条件，护筒分为两节工厂制作：
第一节按设计要求加工整根护筒，长58.645m；第二节施工用临时钢护筒，长10.555m。
钢护筒在钢结构厂内加工，在车间内制成10～20m长的标准节段，江边码头上分段接长，水运至施工现场。
4.3.2、钢护筒沉放
1）、施工工艺流程
φ2850mm钢护筒从起始平台前沿第一排开始沉放，逐渐从上游往下游推进，钢护筒采用悬臂式定位导向架定位导向，用起重量300t全旋转起重船配合2台并联APE400型振动锤振动下沉。
下游侧辅助工作平台施工
安装调试平台上的设施、设备
施工准备
在起始平台上安装导向架
吊装第一节钢护筒入导向架、调整
吊装振动锤
调整护筒平面位置和垂直度、振沉至导向架上顶口1m处停振
吊走振动锤
吊装第二节钢护筒、测量对位调整
起
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