1、大跨径预应力混凝土变截面连续箱梁特大桥综合施工技术研究与应用成果报告中 国 建 筑 第 六 工 程 局 有 限 公 司中 国 建 筑 股 份 有 限 公 司二 零 一 一 年 五 月十日目 录前 言 .11、概 述 .31.1 研究技术背景 .41.2 研究内容概述 .52、详细研究内容 .72.1 关键技术研究 .82.1.1 河道入海口穿越流砂层超深（98m）大直径(2.0m)钻孔灌注桩施工技术 .82.1.2 桩基承载力自平衡检测技术 .302.1.3 接力式双排钢板桩水中深基坑施工技术 .352.1.4 水中超大承台混凝土一次整体浇筑施工技术 .462.1.5 C80 高性能泵送钢砂混
2、凝土性能及施工技术研究 .592.1.6 超大（4000kN）ED 型钢阻尼器安装技术 .672.1.7 大跨径变截面预应力连续箱梁施工技术 .712.1.8 大跨径变截面预应力连续箱梁线形控制与标高定位技术 .115图 2.69 施工控制框图 .1193、监控工作内容 .1192.1.9 化学法固化软土施工技术 .1292.2 关键技术创新点 .1332.2.1 创新点 .1332.2.2 与当前国内外同类技术的综合比较 .1343、研究成果 .1363.1 施工工法 .1373.2 结构海河杯 .1533.3 优秀施工方案 .1543.4 QC 成果 .1573.5 科技推广示范工程 .1
3、584、效益分析及效益证明 .1634.1 效益分析 .1644.1.1 社会效益 .1644.1.2 经济效益 .1644.2. 效益证明 .1675、 应用实例及推广前景 .1696、科技查新 报告 .1717、工程应用证 明 .1947.1 质量证明 .1957.2 安全证明 .1967.3 工期证明 .1978、工程照片 .198附 件 .206第 1 页 共 151 页前 言技术创新促进产业革命，交通基建脉动城市发展。近两年，随着国家在基础设施领域投资力度的不断加大，市政工程建设的规模逐年扩大，施工技术、工艺、设备、材料等越来越呈现出多元化发展趋势：现代化城市的发展又促使基础设施的建
4、设迈向更高水平，一批大跨径、新型式、多功能美观适用桥梁工程的建设必将为城市品位的提升，为城市社会经济的飞速发展贡献新的力量。这也对奋战在生产一线的广大桥梁建设者提出了更高的要求。自 60 年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成 Bendorf 桥以来，悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用，从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一。预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。跨径在150 米内的连续梁桥的设计施工已较为成熟，施工质量和施工工期能得到控制
5、，成桥后养护工作量小，因而使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。根据国内设计和施工经验，主跨径在 150 米以上的大跨径连续梁桥却不多见，结构型式特点使得超大跨径连续梁桥的安全和耐久更难保证，其目标控制更为严格，施工难度也大大提升，此领域内的连续梁桥的施工技术有待进一步提高。永定新河特大桥工程是中央大道项目关键节点之一，工程北起天津市北塘镇青坨子段，南至京津塘高速二线互通立交，横跨永定新河、蓟运河下游与渤海交口处。工程由滨海新区投资控股有限公司投资兴建，天津市市政工程研究设计院设计，中国建筑股份有限公司总承包，中国建筑第六工程局有限公司承建。主桥是国内变截面预应力连续箱梁跨度第
6、二大桥梁。路线全长1777.041m。其中桥梁 1367m，道路 410.401m，桥梁面积共 48238.5m2，道路面积 13262m2，工程总造价 3.327 亿人民币。该桥地处渤海之滨，为 100 m +160 m +100m 预应力混凝土连续箱梁桥。其桥跨布置为（2-330m）+ （335m）+ （3-330m）+（2-350m）第 2 页 共 151 页+（100m+160m+100m）+（246m）+（230m） 。桥梁横向布置为双幅桥，单幅桥宽 17.25 米，主跨支点处梁高 9.5 米，下部墩柱最高 19.8m，最大截面尺寸为 12.64m，桥梁基础为钻孔灌注桩，水中桩基钻孔
7、深度 98.0m，直径2.0m，地处海相沉积粉质粘土层，同时要穿过三个流砂层，在华北地区是首例。具有大跨径、深埋基础（主桥#25、#26 墩承台置于河床下十余米） 、混凝土防腐耐久要求高等显著特征，施工技术难度大。且该工程主桥处于永定新河、蓟运河下游与渤海交口处，海水深度 4.5m 左右 ,汛期洪水凶猛，冬季流冰巨大，流冰厚度最厚达 80cm,河床下土质多为淤泥质亚砂土，该项目多个工程部位施工工艺属于新型技术且难度较高，同时具有应用的广泛性。面对复杂的地质条件和大桥本身存在的技术难点，项目部工作人员不惧挑战，攻坚克难，创新施工技术，突破一个又一个技术瓶颈，为大桥运营的安全性和耐久性提供了重要的
8、技术保障。在我项目部管理人员的通力合作下，永定新河特大桥工程不仅顺利竣工，还赢得了业主及监理单位对我项目部管理人员业务能力与敬业精神以及项目综合管理能力的一致好评，得到社会各界的广泛好评。在大桥项目施工及竣工期间，我大桥项目部先后获得全国工程建设质量管理小组优秀小组 、 天津市安全施工文明工地 、 天津市结构海河杯等荣誉，申请省部级工法三项，发表论文两篇。更为重要的是我项目部在施期间通过科学分析，刻苦钻研，创新性地总结提炼出一套滨海沉积相特殊地质条件下大跨径变截面预应力混凝土连续箱梁特大桥综合施工技术，不仅提升了我公司的桥梁工程施工能力，增强了其在施工技术领域的核心竞争力，也有利于推动整个行业
9、的技术进步，有利于国计民生的安全保障。第 3 页 共 151 页1、概 述第 4 页 共 151 页1.1 研究技术背景永定新河特大桥为主跨 100 m +160 m +100m 的预应力混凝土连续箱梁桥。桥跨布置为（2-330m）+（335m）+（3-330m）+（2-350m）+（100m+160m+100m）+（246m）+（230m） 。主桥处于永定新河、蓟运河下游与渤海交口处，海水深度4.5m 左右 ,汛期洪水凶猛，冬季流冰巨大，流冰厚度最厚达 80cm,河床下土质多为淤泥质亚砂土，桥位处最大钻孔深度 100.0 米，根据地质年代及时代成因，共分为九个工程地质层，根据各土层特征及工程
10、地质性质进而分为 16 个工程地质亚层，分别为人工填土层(Qml)、第陆相沉积土层(Q43Nal)、第海相沉积土层(Q42m)、第陆相层（Q41al） 、第陆相层（Q3eal） 、第海相沉积土层（Q3dmc） 、第陆相冲积土层（Q3cal） 、第海相沉积土层（Q3bm） 、第陆相冲积土层（Q3eal） 。基础为钻孔桩基础，水中桩基钻孔深度 97.0m，直径 2.0m。承台最大尺寸为41.4529.65.0m，相当于三个篮球场大小，一个承台混凝土量 6135 立方米，承台河床下最大埋深为 10.6m(潮位高程 4.0m，水下最大埋深 17m） ，如此超大体积混凝土和水中超大深基坑施工，在天津地区
11、尚属首例，在整个华北地区也是仅此一处，技术含量高，结构复杂，施工难度巨大，安全风险较高，对工程测量定位、施工监控要求十分高。该工程桥址处属于滨海沉积相，处于长期海水腐蚀地带，工程地质条件较为复杂，再加上桥梁本身结构型式和尺寸的特点， “内” 、 “外”两方面的因素，加大了其施工难度，通过项目的具体实施，在突破瓶颈、攻克难关的同时，项目管理人员总结提炼出一套特殊环境下大跨径桥梁施工的技术创新成果：并以该工程实践环节为依托，有针对性地进行海相沉积岩地质条件下桥梁下部结构施工技术研究。中央大道永定新河特大桥工程下部结构的技术难点和特点主要体现在：1、主桥桩径大，桩身长，桩基所处地质状况特殊主桥基础为
12、钻孔灌注桩基础，水中桩基钻孔深度达 98.0m，直径 2.0m，是截止目前天津地区最长钻孔灌注桩。且地处海相沉积粉质粘土层，同时要穿过三个流沙层，施工难度极高。2、水中基坑深度大、工程地质条件差故对基坑设计施工要求很高。主桥 26#墩基坑位于水中且处于淤泥质粘土层中，开挖深度达 13.8m，水深 3.2m，基坑底位于水面下 17m。单个基坑开挖面积为第 5 页 共 151 页1400m2。3、主桥承台埋置深、体积大、大体积混凝土质量控制严格主桥承台最大尺寸为 41.4529.65.0m，面积相当于三个篮球场大小，单个承台混凝土量 6135m3，承台最大埋置深度为 10.6m（潮位高程 5.0m
13、，水下最大埋深 17m） 。4、梁体混凝土（C60）等级高、C80 钢砂混凝土配制、运输难度大C80 铁钢砂混凝土的各种技术参数要求较高，永定新河特大桥 C80 钢砂混凝土的研究应用，将为长期以来海水中建筑物存在海水腐蚀、船舶撞击、冰融等难题，提供更为有效的数据和经验。工程主要目标是从配合比设计、投料、拌和到运输、浇注振捣，层层严格把关，使混凝土抗压强度不低于 90MPa，并与桥墩联成一体，达到较高的施工质量。针对以上特点，项目部技术人员通过认真分析和研究并加以实践，总结出桥梁钻孔灌注桩施工中缩短钻孔及清孔时间，加快成孔速度和提高成孔质量的技术要点，采取措施杜绝了钻孔过程中沉渣厚度过大和易塌孔
14、等现象的出现；创新性地采用接力式双排卢森堡钢板桩，既保证了基坑围堰的安全，又充分发挥了钢板桩围堰施工速度快、环保效果好、较双壁钢围堰成本低的优点；通过采取优化混凝土的配合比、铺设冷却管、铺撒化工纤维等多项措施，很好地解决了超大体积混凝土裂缝这个工程技术难题；为保证 C80 钢砂混凝土顺利研制,应对桥梁防撞墩对混凝土的强度和抗冲刷能力的高要求，项目专门成立研制小组。从 2008 年 11 月至 2009 年 2 月，历时 3 个月，进行了八组试验并分析整理试验数据，总结出铁钢砂混凝土配合比设计的各种影响因素及注意事项,研制出的钢砂混凝土已应用于引桥、主桥防撞墩的施工，满足施工质量要求。这些技术的
15、大胆创新和应用不仅为大桥的安全施工和运营保驾护航，为企业创造了可观的社会和经济效益，也极大地推动了同类型桥梁施工的技术进步和成本节约，必将在今后的桥梁施工中得到更好的推广和应用。1.2 研究内容概述该桥梁的下部结构施工难点主要体现在复杂地质条件下大直径超深钻孔灌注桩基础及承台深基坑围堰的施工，桩基施工中以如何降低泥浆含砂率为突破口，通过对泥浆循环系统进行改良，从而提高钻孔效率及质量，最终保证高质量的成桩。第 6 页 共 151 页采用回转钻机进行正循环钻进成孔，循环回转钻进是以钻机的回转装置带动钻具旋转切削岩土，同时利用泥浆泵向钻孔输送泥浆冲洗孔底，携带岩屑的泥浆上升，从孔口流向沉淀池，净化后
16、再供使用，反复运行，由此形成循环排渣系统：随着钻渣的不断排出，钻孔不断地向下延伸，直至达到预定的孔深。最终形成桩孔，并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而成桩。结合工程实际地质条件，对泥浆循环系统进行改良。在钻孔深度达到砂层后，由于含砂率增大，造成沉渣过厚，钻进速度降低严重。通过加设大功率泥浆泵，配合水力旋流器将泥浆中的砂子分离，以降低泥浆中的含砂率。有利于降低成孔后沉渣厚度，缩短钻孔及清孔时间，加快成孔速度和提高成孔质量。采用钢板桩支护既挡土又止水，内设多道钢筋混凝土与型钢组合水平支撑体系。即采用薄壁强撑的原理解决超大深基坑支护问题，由于本工程在海水中施工，桥位处水位受海潮影响较大，本工程海域属不
17、规则半日潮，一天两次涨潮，两次落潮，风暴潮对钢板桩支护的冲击力较大，浪头较高，钢板桩刚度相对较小，易弯曲变形，为了克服这一难题，创新设计使用接力式双排钢板桩外部维护结构，内部利用刚度较大的钢筋混凝土腰梁结合水平、垂直型钢组合体系相互作用，形成空间结构体系以达到取长补短的作用。既利用钢板桩接力解决了钢板桩长度限制问题，同时考虑到通过焊接接长会造成焊接量大、成本增高、不利回收、工期延长等问题，又利用钢筋混凝土与型钢组合支撑体系刚度大解决了钢板桩刚度弱的问题，且型钢施工速度快，确保施工安全可靠、科学合理、经济适用、施工速度快，具有造价低廉、施工简便、节省占地以及结构可靠等显著特点。通过课题的研究获得
18、了明显的社会和经济效益，共产生以下几项经济与社会效益：（1）经过分析，在确保围堰施工安全的情况下，2 个承台施工周期相对于原双壁钢围堰共提前约 55 天：（2）杜绝了其他工程事故，保证了围堰安全施工，社会效益明显：同时节约大量的钢材，2 个深基坑共计节约钢材费用达到 1200 万元：（3）合理确定钻孔桩内泥浆参数，加设水力旋流器及大功率泥浆泵共节约工期28.5 天，增加了泥浆的循环率，将对环境的影响降至最低。中央大道永定新河大桥主桥下部结构桩基及深基坑围堰研究技术直接经济效益：1852.5 万元。第 7 页 共 151 页2、详细研究内容第 8 页 共 151 页本项目对滨海沉积相地质条件下大
19、跨径桥梁的施工技术进行归纳总结，形成较为完善跨海桥梁施工成套技术，部分技术已经申报为国家级施工工法，实用性和指导性强，在国内均属领先，并编制成功优秀施工方案，为以后承接类似工程提供了技术保障。2.1 关键技术研究2.1.1 河道入海口穿越流砂层超深（98m）大直径(2.0m)钻孔灌注桩施工技术1、主桥桩基处地质条件表 2.1 主桥桩基工程量表名称部位桩径 桩长 数量 合计延米 备注24#承台 1.5m 64m 20 根 1280m25#承台 2.0m 86m 40 根 3440m26#承台 2.0m 82.5m 48 根 3960m27#承台 1.5m 64m 20 根 1280m表 2.2
20、主桥桩基地质情况厚度（m） 标高(m) 深度(m) 岩土名称 岩土描述10.30 -8.07 10.30 软土 饱和、流塑状态、土质均匀、含有机质8.00 -16.07 18.30 亚粘土 饱和、软塑、土质均匀、夹亚砂土8.90 -24.97 27.20 亚粘土 饱和、可塑、土质均匀、粉粒含量高080 -25.77 28.00 亚砂土 饱和、密实、土质均匀、含铁质、云母12.60 -38.37 40.60 粉细砂 饱和、密实状态、含云母、贝壳2.10 -40.47 42.70 亚砂土 饱和、密实、土质均匀、夹亚粘土薄层9.30 -49.77 52.00 亚粘土 饱和、可塑、土质均匀、夹亚砂土8.30 -58.07 60.30 亚粘土 饱和、可塑偏硬、土质均匀、含云母2.40 -60.47 62.70 细砂 饱和、密实状态、土质均匀、含云母等5.80 -66.27 68.50 粘土 饱和、硬塑、土质均匀、含少量贝壳等1.60 -67.87 70.10 细砂 饱和、密实状态、土质均匀、含有机质12.60 -80.47 82.70 亚粘土 饱和、硬塑、土质均匀、含有机质等6.50 -86.97 89.20 粉细砂 饱和、密实、土质均匀、含云母
