金塘大桥主通航孔索塔基础承台施工方案118.docx
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金塘大桥主通航孔索塔基础承台施工方案118
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5.511km,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。
、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。
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。
)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。
利用发电机组建立个发电站:
在墩建立电站,供墩所有的用电负荷(除自带电源的设备外);
在墩建立电站,供墩所有的用电负荷;
在、墩建立电站,供、墩所有的用电负荷;
在、墩建立电站,供、墩所有的用电负荷。
图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、ICEV360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。
、动臂式塔吊
每座主墩配备台型动臂式塔吊,该塔吊起重力矩,吊幅内起重量达、吊幅处可吊重,主要用于主墩平台的平联安装、钢筋笼吊放等作业。
、平臂式塔吊
平臂式塔吊以内吊重,处可吊重,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ICEV360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:
15kN/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
)平台结构型式
、主墩平台结构如图图示:
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。
)钻孔平台搭设
主墩处最大水深达,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,可直接承受钻孔施工荷载)。
、墩起始及搅拌区平台使用和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。
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10D1#、D2#墩施工平台平面布置图(单位mm)
图11D5、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161200t(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160m3/h搅拌船“航工砼1602#、航工1603#”调入使用。
该类船每艘可储备1250m3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12397.8m3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569.4m3。
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
、、、墩钢吊箱采用单壁结构,吊箱顶标高、底标高、高。
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。
桥位处最低潮位钢吊箱底标高,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,共投入套液压爬模,从、墩向、墩周转使用。
见图。
图17爬模总体构造示意图(单位mm)