基础施工方案说明.docx
《基础施工方案说明.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基础施工方案说明.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基础施工方案说明
东海大桥Ⅲ标近岛段海中墩
基础施工方案汇报
中铁大桥局集团二公司东海大桥Ⅲ标项目部
二零零三年元月
一、工程概况
1、工程范围
本工程为东海大桥Ⅲ标近岛段,其里程范围为:
PM442墩(桩号K26+549.00)~PM457墩(桩号K27+479.00),其中PM442~PM450为海中墩。
2、施工条件
(1)地形、地貌
桥址区海域水深约8~25m,水深逐渐减小,直到大乌龟岛基岩露出水面。
大乌龟岛基岩裸露、岸壁陡峭。
桥轴线与岩壁基本平行,地形条件较为复杂。
(2)地质条件
东海大桥Ⅲ标近岛段海底地形变化较大,覆盖层顶面标高在-3.10m~-23.15m之间。
大、小乌龟岛为面积狭小的岛屿,植被稀少,边坡地形较为陡峭,岸线曲折,呈鸡爪型地貌,受海洋动力作用的影响,其岸壁海蚀沟等海蚀地貌较为发育。
桥址范围内的地质分层如下:
淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、基岩。
基岩分为中风化花岗岩、微风化花岗岩两种。
微风化花岗岩的干、饱和平均单轴抗压强度分别为92.3MPa、67.1MPa。
(3)气象条件
桥区位于北亚热带南缘,东亚季风盛行区,受季风影响冬冷夏热,四季分明、降水充沛、气候变化复杂。
①气温:
多年平均气温15.8℃;日最高气温大于37.5℃;日最低气温-7.9℃。
②降水:
多年平均降水量1100mm;降水日数134天/年。
③风况:
实测最大风速35.0m/s(风向NE)
风力≥7级大风日数65.8天/年
风力≥8级大风日数30天/年
风力≥9级大风日数约为3天/年
④雾况:
雾日数相对集中在春季3~5月和12月份,平均雾日数在30~50天,最多年份达60天、最少年份为20天。
⑤热带气旋:
7级以上,平均每年3.6次,最多达7次;8级以上,平均每年2.4次;9级以上的台风过程有6次,平均每6年一次;
⑥寒潮:
受寒潮影响时本区常会出现激烈的降温、大风、雨雪和冰冻等天气现象,寒潮年平均3.6次,最多5次,最大积雪厚度近岸带15cm,海岛端10cm。
(4)水文
本海区潮汐类型属非正规半日浅海潮型,每个潮汐日有两次涨潮和两次落潮的过程且日不等现象较为明显。
小洋山最高高潮位为3.44m,平均高潮位为1.58m,最低低潮位为-2.43m,平均低潮位为-1.19m,最大潮差为4.70m,平均潮差为2.78m。
3、地质特点
近岛段工程从地质分层,桥区基岩埋深浅,覆盖层较薄,且覆盖层为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土,稳桩条件差。
尤其是在近岛边基本上没有覆盖层,而且水流流速特别大,最大涨落潮流速达3.0m/s。
基岩岩面高差大,在个别桥墩处最大高差近10m。
一些墩无覆盖层且岩面凸起,覆盖层很薄且岩面倾斜度大。
各墩位地质情况见附表1。
二、平台设计
1、设计说明:
(1)平台设计原则
本平台设计必须满足钻孔桩施工要求,并且能满足承台施工需要。
因此平台必须具有足够的刚度和稳定性,以抵御各种最不利荷载作用。
(2)平台顶面高程确定:
参照《海港总平面设计规范》(JTJ211-99)第4.3.4条规定,开敞式施工平台顶面标高按下式确定:
E=HWL+η0+h+△
式中:
E-----------------平面高程(m)
HWL------------设计水位(m),HWL=3.73
η0---------------相应重现期的H1%(波浪累积频率为1%的波高)静水面以上的波峰面高度,取NNE向波浪H1%=5.33m,η0取值3.68
h---------------面层高度(m),h=0.20m
△-------------波峰面以上至上部结构底面的富裕高度,取值1.0m
经计算E=8.61m,平台设计顶面高程取+9.00m.
(3)计算假定:
a.平台结构设计桩基底部按嵌固点法计算;上部与上层承重结构按铰接计算;桩间平联按固接计算;波浪力、水流力按矢量合成计算。
b.平台设计考虑局部冲刷1.5m。
---《海港水文规范》(JTJ213-98)
c.定位桩按摩擦桩设计.
2、设计荷载及计算公式:
(1)风荷载:
WK=μs*μZ*W0-------《港口工程荷载规范》(JTJ215-98)
式中:
WK-----------风荷载标准值(KPa)
μs---------风荷载体型系数
μZ---------风压高度变化系数,取值1.38
W0----------基本风压(Kpa),取值0.55KPa
计算单位面积风荷载P=0.86KN/m2
(2)波浪荷载:
f=1/2*CD*ρ*D*/u/*u+CM*ρ*∏*D2/4*ù---《钢质导管架式固定平台检验》
式中:
f-----------波浪力(KN)
ρ-------海水密度(1.025t/m3)
CD--------垂直于构件轴线的拽力系数,取值0.8
D----------圆形构件直径(m)
CM--------惯性力系数,取值2.0
u---------垂直于构件轴线的水质点相对于构件的速度分量(m/s),取值3m/s
ù---------垂直于构件轴线的水质点相对于构件的加速度分量(m/s2),
计算单位面积波浪荷载:
f=5.3KN/m2
(3)水流荷载:
FW=CW*ρ/2*V2*A-------《港口工程荷载规范》(JTJ215-98)
式中:
FW----------水流力标准值(KN)
CW----------水流阻力系数,取值0.73
V------------水流设计流速(m/s),取值3m/s
ρ---------海水密度(1.025t/m3)
A----------与水流方向垂直平面上的投影面积(m2)
计算单位面积水流荷载:
FW=3.4KN/m2
(4)船舶撞击力:
F=W*V2/4*g*D--------《下部结构基准及其说明》(日本本州四国联络桥公团)
式中:
F-----------船舶撞击力(KN)
W----------船舶的重量(KN)
V-----------冲撞速度(m/s)
D----------冲撞船舶的停止距离
g-----------重力的加速度(9.8m/s2)
根据《公路桥涵设计规范》取值F=550KN
(5)施工荷载:
按均布荷载q=20KN/m2考虑
3、荷载组合:
(1)环境荷载:
风荷载+波浪荷载+水流荷载
(2)设计荷载:
环境荷载+施工荷载
(3)验算荷载:
2000t级驳船撞击力+施工荷载
三、施工方案
根据各墩位处覆盖层情况及土质分布情况对海中PM442~PM450共计9个墩基础进行了分类。
1、分类原则及依据
根据中交一航院《东海大桥改线段地质勘察报告书》(详勘)提供的依据见表1。
按单桩承载力:
P=0.5Uτiιi进行计算。
在φ120cm钢管桩入土深度达到25米时(考虑5米冲刷)单桩承载达到84t以上,且单桩稳定亦符合要求。
因此,以覆盖厚度25米为界进行分类.
2、分类
覆盖层厚大于25米,(如PM442、PM443、PM450)为深覆盖层墩;
覆盖层介于19米和25米之间(如PM444、PM447PM448、)为一般覆盖层墩
覆盖层介于0米和19米之间(如PM446、PM449)为浅覆盖层墩
覆盖层为0米(如PM445)的为裸岩墩
3、拟定方案
根据上述分类情况并针对每墩的实际情况进行方案拟定,详见附表2
4、Ⅰ类平台介绍
(1)总体布置
Ⅰ类平台采用定位桩平台方案,起重作业由布置在墩位边侧两塔吊完成。
平台分为钻孔作业区和辅助作业区,钻孔作业区主要布置钻机、门吊等设备,辅助作业区布置发电机组、压风机、储油罐、贮水仓、钢筋加工间、小宗材料堆放场及人员生活办公设施。
平台一侧设靠船墩,供靠船用。
(2)平台结构
平台为φ1.2m钢管定位桩支撑贝雷桁架上根据受力状况布置I28a工字钢。
工字钢满铺δ=8mm花纹钢板。
平台四周设防护栏杆,并设安全网。
人员上下设封闭式弦梯。
(3)施工方法:
采用先浮运导向架并定位,再利用振动打桩机插打定位桩。
(4)施工步骤:
步骤一:
施工准备
◇导向架分块制造。
(选择制造商,在车间分块制造导向架)
◇定位桩制造。
◇护筒制造。
◇选择下海码头。
步骤二:
导向架整体拼装
◇在大乌龟岛西北侧选择海床面标高-3.0m左右的海域,将半潜驳、方驳、500t浮吊锚泊于此
◇用散装货轮将导向架块件运抵半潜驳、方驳处,利用500t浮吊卸货,半潜驳上塔吊配合
◇在半潜驳平台上进行导向架整体拼装
◇将导向架与半潜驳进行临时固定。
步骤三:
导向架浮运、锚泊、定位
◇用3400HP拖轮将半潜驳拖曳至墩位处
◇用抛锚船抛设4个7t海军锚,分别过锚绳至半潜驳
◇调整锚绳长度,对导向架初步定位
◇选择低平潮位继续调整锚绳长度,对导向架精确定位。
步骤四:
插打边侧定位桩,撤出半潜驳
◇利用50t浮吊,采用振动打桩机施打两边侧定位桩
◇连接定位桩与导向架快速接头
◇利用低潮位撤出半潜驳。
步骤五:
插打其余定位桩
步骤六:
安装辅助作业区平台,安装塔吊
步骤七:
安装护筒导向架,插打钢护筒
步骤八:
安装钻孔作业区平台及20t门吊
步骤九:
安放钻机,进行钻孔作业。
(5)优缺点
1优点:
定位桩稳定,平台受力明确,施工难度不大。
定位桩与护筒分两次施工,可有效减少护筒群偏差。
2缺点:
导向架初定位较难,应控制定位精度,须采取有效措施减小误差。
5.Ⅱ类平台介绍
Ⅱ类平台适用于浅覆盖层墩和裸岩墩,无法插打定位桩和钢护筒或可插打但承载力和稳定深度不够,因此拟采用双壁钢围堰(高6m)锚固平台钢管柱(φ1.2m,30m高)和钢护筒(φ2.3m,31m高),利用钢管柱及钢护筒搭设贝雷桁式施工平台。
在施工平台两侧布置2台50t浮吊配合施工。
施工步骤为:
1进行水下爆破,清理碎渣、整平岩面;
2在半潜驳上组拼钢围堰,将双壁钢围堰、平台钢管柱连成整体;
3利用3400HP拖轮将半潜驳拖运到墩位处,抛锚定位,用1000t浮吊起吊围堰注水下放至岩面。
用砂袋在围堰底水下堵漏,在围堰内壁灌注砼并进行围堰第一次封底;
4在护筒导向架上安装限位装置,下放护筒导向架,进行二次封底,稳定护筒导向架。
⑤分次吊装护筒群,将护筒群上部与钢管柱进行桩顶连接,安装水上施工平台。
⑥钻机就位,进行围堰锚桩及钻孔灌注桩施工。
优缺点:
a.平台基础为重力式基础,稳定性较好.
b.平台面积受围堰平面尺寸控制,施工布置有局限性,必须增加船舶.
c.大吨位钢围堰的吊装、定位及锚固具有一定的难度。
结束语
东海大桥Ⅲ标改线段PM442—PM450墩基础施工难度较大,施工条件恶劣,海中施工。
可借鉴经验较少。
因此我们在做出上述初步方案之后也在积极考虑方案的优化。
现在正在做的方案是定位桩平台+双壁浮箱方案。
针对的是深覆盖层和一般覆盖层墩,这个方案的主要特点是导向架与浮箱分两次定位,承台施工与钻孔桩施工一并考虑。
即浮箱既是浮运导向架的浮体,又是承台施工的模板。