[资料]图文解析杭州湾跨海大桥工程创优过程

发表于2017-06-23    1234人浏览    0人跟帖    总热度:129  

一、工程概况
    杭州湾跨海大桥位于浙江省内,南起宁波慈溪,北至嘉兴海盐,全长36公里,其中桥长35.673公里,是世界上最长的跨海大桥,也是世界上建造难度最大的跨海大桥之一,具有技术含量高,创新点多的特点。创下了6项世界或国内之最,用钢量相当于7个“鸟巢”。可以抵抗12级以上台风。
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    杭州湾跨海大桥主要工程内容有:钻孔桩3550根;钢管桩5513根;各类现浇箱梁157孔;50m预和70m预制箱梁各404片和540片;承台1272个;墩身1428个。混凝土用量245万立方,各类钢材用量82万吨。
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大桥宽33m,设南、北两个通航道,北航道桥为跨度(70+160+448+160+70m)钢箱双塔斜拉桥,南航道桥为跨度(100+160+318m)独塔钢箱斜拉桥。海上引桥均为跨度70m预应力混凝土箱梁(总长18.27km),南岸滩涂引桥为跨度50m预应力混凝土箱梁(总长10.1km)。两岸陆地和北岸滩涂采用30m至80m跨现浇连续箱梁。全桥工程于2003年11月14日正式开工,主体工程于2007年6月26日提前合龙,2008年4月17日通过交工验收,整个工程提前8个月建成。
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1、主要技术标准:
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二、工程技术难点与新技术开发及应用情况
杭州湾跨海大桥地处世界三大强潮海湾之一的杭州湾,水文、地质、气象等建设条件复杂,大桥建设的主要难点为:潮大流急,流向紊乱,不利施工;受台风、热带风暴影响,小气候反常,施工作业时间短,全年有效作业天数仅为180天;地质条件比较复杂,冲刷严重,腐蚀性强;南岸海域地形复杂,滩涂长达10km,存在浅层气分布,不利于桩基施工;同时还受海潮涨落影响,大型船舶无法进入,施工组织困难。
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       为了在水文条件复杂、气象多变、工程地质条件差、海洋腐蚀环境等特定的建设条件下顺利地建造杭州湾跨海大桥,通过施工决定设计的设计理念,在设计上提出了“大型化、标准化、预制化、装配化”的总体设计新理念,最大限度地减少海上作业的工作量与时间;同时还对大桥设计施工中关键技术进行深入、系统的研究,为大桥工程顺利建设和运营期行车安全及桥梁使用寿命提供了理论依据和工程指导。
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1、大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和施工成套技术 
由于杭州湾跨海大桥桥墩数量巨多的特点,为了减少海上作业量,降低施工风险,加快施工速度,充分发挥大型船舶机械化施工优势,大桥中引桥单幅桥墩采用了9根直径150cm钢管桩;南引桥单幅桥墩采用了10根直径160cm钢管桩,钢管桩的最大桩长达89m。
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    杭州湾是世界潮水流速最大的海湾,海水的最大流速在5m/s以上。钢管桩长期处于海洋大气、浪溅、水位变动、水下和泥下的复杂腐蚀环境中,一般年腐蚀速率可达0.1-1mm。
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    为了确保在桥梁100年正常使用期内钢管桩安全可靠,开发了具有抗冲击强度高、结合力强,抗水渗透性强的优异防腐蚀性能双层复合熔融结合改性环氧涂层,超长螺旋焊缝钢管制造、变壁厚螺旋焊缝钢管制造新技术,其中变壁厚螺旋焊缝钢管已经获得了国家专利授权。
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为了确保钢管桩在海洋环境下耐久性要求,耐久性钢管桩采用高性能复合涂层与牺牲阳极阴极保护联合防腐方案。
由于本桥钢管桩无论是桩径、桩长还是吊装重量均为国内桥梁界之最,而且钢管桩直径大,入土深,加上墩位处局部地区中密砂层厚度超过20m,因此钢管桩沉桩必须依靠强大的水上打桩船。
所有打桩船均配有GPS全球定位系统。因此打桩时无通视要求,不受雨雾等气象条件限制,与常规方法比较,钢管桩定位实现了自动化。
杭州湾跨海大桥大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和施工成套技术的成功实践,对发展我国跨海桥梁设计和施工技术具有重要指导意义。
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2、蜂窝状浅层沼气地质条件下基础施工
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大桥南岸10公里滩涂底下蕴藏着蜂窝状浅层沼气,对施工安全构成严重威胁。通过对南岸滩涂浅层气勘探及对工程影响对策研究,在滩涂区的钻孔灌注桩施工中,在世界同类地理条件首创了控制放气的安全施工工艺。
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370米预应力混凝土箱梁整体预制、海上运输和架设
    杭州湾跨海大桥海中除南北航道外,全部采用70米预应力混凝土箱梁整体预制、海上运输和架设的方案,箱梁共540片,架设分布长度达18.27km,最高架设高度达53米。
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    为了使70米预应力混凝土箱梁整体预制、海上运输和架设的方案顺利实施,在国内首次提出并制定了低强早期张拉控制裂缝的施工工艺,成功解决了箱梁温度应力裂纹问题。研制了已获得国家实用专利的2400吨轮轨式液压悬挂纵移台车,和采用MGB高分子摩擦材料的横向滑移台车。研制了吊高54米的“天一号”3000吨中心起吊运架一体船,解决了在汹涌澎湃的浪涛中吊装高墩区变坡度梁的这一技术难题,为我国现代跨海桥梁施工提供了全新的施工方法和设备。
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    经中科院武汉科技查新咨询检索中心检索查新:“查新项目《大吨位70m预应力混凝土箱梁整体预制和强潮海域上运输、架设技术》具有新颖性。
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4、大吨位50米预应力砼箱梁整体预制和梁上运输架设
    南引桥位于长达10km滩涂区域,采用50米箱梁先简支后连续的结构形式,由于大型船舶无法进入,在对比移动模架法、节段拼装等施工方法的基础上,采用了“大吨位50米预应力砼箱梁整体预制和梁上运输架设技术”。
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为了确保该技术的科学实施,我们解决了50m箱梁整孔预制技术;50m箱梁运架施工技术;海工耐久性混凝土的施工技术;连续梁体系转换施工技术等技术难题。总结出一套安全、优质、高效的大吨位箱梁预制施工工艺。引进了ML800轮胎式走行式搬运机、HM800轮轨式走行的提梁机、TE1600大吨位、组合式运梁机和大吨位的LGB1600架桥机,形成一套有关箱梁场内运输、提升上桥、梁上运输和架设施工的综合技术。刷新了目前世界上同类技术、桥梁建设“梁上运架梁”的新纪录。
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5、海洋环境下混凝土结构耐久性设计与施工
为使杭州湾跨海大桥海工混凝土耐久性符合100年设计要求,全面采纳世界最新耐久性研究成果基础上,全面系统地对海工耐久混凝土概念及其配合比设计原则和对应配套技术、非预应力钢筋的选用、氯离子扩散系数快速测试方法和钢筋保护层质量控制及检验方法、混凝土耐久性预埋式监测等技术进行了系统研究。多项成果被纳入中国土木工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》、交通部行业标准《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》等规范中。此外,还在工程建设阶段就编制了本工程专用的《维护与耐久性例行检查规程》,作为现行相关标准的补充,提出高于现行标准规定的耐久性维护要求。其社会经济效益显著。
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6、跨海长桥全天候运行测量控制
杭州湾跨海大桥跨海面宽约32公里,大多数施工区域远离海岸,中间没有岛屿可以利用,海上影响测量成果的外界因素复杂,为解决跨海长桥特有的施工测量控制问题,建立了连续运行的GPS工程参考站系统,实现了实时平面定位精度3~5cm,实时高程定位精度5~10cm,满足了海上钢管桩和钢护筒施工实时定位的精度要求,不仅解决了本桥海上的施工测量控制问题,而且对于跨海长桥具有普遍意义。同时对于几十千米乃至更宽阔范围的海上精密工程测量控制具有重要的借鉴意义。
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三、工程质量情况
    质量是杭州跨海大桥建设的根本,针对大桥工程技术要求高、施工难度大、施工作业面分散、自然条件差、有效作业天数少、海上施工风险大等特点,我们在建设之初,确立了“优良工程、国家优质工程鲁班奖”的质量总目标,使大桥质量创优工作制度化、规范化、长效化。依靠科技创新、管理创新和完善的质量管理体系,精细管理,精细施工,各施工单位抽调管理精英和技术骨干组成了强有力的项目班子,投入了设施先进的打桩船、运架一体船等,研发了当今独一无二的1600吨梁上运梁成套设备,精心组织,科学管理,勇于创新、攻坚克难,先后攻克了大吨位50m预应力混凝土箱梁整体预制和梁上运架技术,大吨位70m预应力混凝土箱梁整体预制和强潮海域海上运输架设技术,大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和沉桩成套技术、高性能海工耐久混凝土性能研究,大体积混凝土构件裂缝防治技术,大直径超长钻孔桩施工技术,急弯大纵坡钢桥面沥青面层铺装等施工技术难题。面对恶劣的施工环境,制定了各种详细的施工预案,加大安全设施的投入,加强施工现场全过程的安全管理,经受了强潮、台风、紊流、深冲、富淤、浅层气等各种不利自然条件的考验,创造了建设施工无重伤及以上事故的奇迹。
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    为了实现国优工程鲁班奖的质量目标,各单位不断完善质保体系,注重精品工程质量意识教育,落实了各级质量责任制,做好了分项工程开工前的质量、安全和技术交底,把好了原材料质量关,严格“三检”制度,加强工序控制,全力推行技艺标准化施工。在施工期内,无质量等级事故发生,各分项工程合格率达到100%。各单位均能严格执行合同要求,主要人员到位及时,主要设备按合同要求到位并满足施工要求,合同工程均提前完成,廉政建设能按照合同规定严格执行,无违规行为发生,安全、优质、高效地提前完成了各自所承担的施工任务,施工质量满足设计要求。经桥梁动、静载试验结果表明,南北航道桥钢箱梁、现浇混凝土连续梁、预制混凝土梁等桥梁结构,其各项性能指标均满足设计要求。经省厅质监局现场检测,大桥各构件技术指标实测值合格率在94.4—100%之间,分项工程合格率100%。对于照明、变配电、塔内电梯安装、桥梁健康监测、监控通讯收费等工程完成了安装、调试、检测等工作,检测结果各项技术指标符合设计要求。
钻孔桩质量检测结果:
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桥梁工程实体质量检测结果
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    全桥科研和新技术至今共有3项专利技术、2项部级工法获得批准,先后有8项科技成果获得省部级奖励,所编制的部分技术规范及规程已纳入国家标委会、交通部、铁道部及中国土木工程学会等行业的新规范中。还有8项专利技术、3项国家级工法正在申报之中,其中河工模型和桥墩局部冲刷模型试验、南岸滩涂浅层气勘探及对工程影响对策研究等一批专题的研究在规模上和技术上均处于国内领先水平。

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