大桥深水基础方案设计与施工及经济性研究.ppt

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1、大桥深水基础大桥深水基础方案设计与施工及经济性研究杨 进中铁大桥勘测设计院有限公司（讲稿）（讲稿）1前言 在水深、岩面覆盖层浅或厚覆盖层基岩埋床深的工程条件下修建桥墩基础，现有习用的一些技术方案虽可解决问题，但如何做到在技术上、经济上更为合理，以及在现有机具条件下压缩工期和降低材料耗用，与选用的设计方案将直接关连。下面将以20世纪80年代设计建造的三茂铁路肇庆西江公铁两用大桥的水中4号墩基础工程实例，和2007年开工的泰州长江公路大桥的中塔基础工程的情况，分别加以介绍和分析如下。2三茂线肇庆西江公铁两用大桥水中4号墩基础21工程条件 本桥墩为正桥5144米连续钢桁梁的中间活动支承之一。所在位置

2、的基岩为经挤裂后胶结的石灰岩，单轴抗压极限强度在400kg/cm2以上，有良好的支承能力。岩上覆盖粗、砾砂层，其厚薄随水文情况而变化，增减在1013米之间。在设计高水位时，基础的局部冲刷将及于岩面。自墩顶至岩面的桥墩总高度略小于60米，施工时水面至岩面的深度在38米上下。最低水位至岩面接近36米。22 结构情况 本基础的外形与高承台管柱基础基本上相似，差别在于基底增添了下承台及建造的方法不同。上承台厚5米，顶面露出最低水位以上承托墩身。自上承台底面至岩面的基础全高为35.6米；分别由长26.6米的四根圆柱及岩面以上厚度9米的下承台等两部分组成。柱径3.1米，在下部长5米的一段柱径放大至3.5米

3、。（见图1）图图1 22 结构情况 在下承台的底面，对应上部柱心钻制直径2.5米、深3.0米的桩伸入岩盘，以支承桥墩的全部荷载，不考虑下承台本身起承重的作用。下承台的设置，仅为减短柱的自由长度以满足结构的侧向刚度，和不使基底钻孔遭受弯矩以避开岩性在构造上的不足。换言之，下承台具有替代被冲覆盖层对基础结构发挥更为有效的嵌固作用。（见图1）图图1 23 构造方式 下承台按其平面尺寸，设计成一个12.50米14.50米长方圆角的浮运沉井式钢壳。刃角高度1.5米，双壁段高1.85米，其上为高度5.56米的单壁，由分层桁构及井内撑架予以支护，自刃尖至井壁顶面的井壳高度为9米。井内在双壁段以上，于结构的圆

4、柱位置安设井筒，按照柱径的不同分成两段，其间用异形接头加以连接。整个钢壳组拼完之后的外貌，即构成所拟基础结构的外型。（见图2）图2 由于施工初在构造上预以钢壳构成基础的外型，复以钢壳结构为施工手段而直接完成基础的建造，形成了结构主体与施工工艺融合于一体的格式。开始从水面下沉的状态。（见图3）图 3 24 经济效益 本基础虽为全钢外壳，但因在施工中无需承受震动打桩机的强力冲击，所以结构截面比较轻型，用钢量并不高。而有相当一部分系使用后可以回收的常备式杆件，故在经济上更具有优点。结构用钢材数量表 当时国内在九江长江大桥的建设施工中，开始创新使用双壁钢围堰方法构筑水下基础的手段，如果本桥盲目照搬，其

5、设施规模之大，工期之长，不难想像。3泰州长江大桥中主塔沉井基础结构与施工控制 31 工程条件 中塔位于大江中心，河床标高约为-15.0m。河床较稳定。桥位区域土层覆盖层较厚，基岩埋藏在两百米以下，中塔基础处从河床面向下到-55m以粉细砂为主，-55m到-68m以中粗砂为主，-68m到-79m以细砂为主，-79m以下以中砂砾砂为主。河段每年510月为汛期，11月至翌年4月为枯季，河段受海洋潮汐影响，水位每日两涨两落，河段的水流既受长江河川径流的控制，又受海洋潮汐影响，河川径流大时，受潮汐影响小，径流小时，受潮汐影响大，并会出现往复流。32沉井结构 沉井井身平面尺寸为58m44m，四角倒圆半径为8

6、m，为方便吸泥取土下沉，沉井平面布置为12个12.8m12.8m大井孔；由于沉井下沉深度较深，水土压力较大，沉井周边井孔设置成圆端形，形成连拱以抵抗水土压力；为了便于下沉，在连拱间设有直径0.8m射水孔。沉井中部井壁厚1.6m，底节1.8m，为防止船舶撞坏井壁，承台以下12m范围井壁厚度加厚为2.6m,中隔墙1.2m。沉井底面标高-70.00m，持力层为密实细砂。为防止船舶撞击塔墩，沉井顶面露出最高通航水位以上，标高为6.0m，沉井高76m。沉井立面上分为12节，底节高8m，第8、第9节高7m，其余每节高6m。下部6节38m高为钢壳沉井，上部6节为钢筋混凝土沉井。刃脚高1.45m，内隔墙底面距

7、外刃脚底面1.45m。，中隔墙以下布置高0.75m的钢板形成隔仓，以便于封底混凝土逐孔进行。封底混凝土总厚11m。沉井立面和平截面如附图所示:33 指导性施工步骤n（1）在工厂制造首节8米钢沉井，在船台滑道拼装并下水，浮运到桥位附近拼装码头。n（2）在拼装码头拼装第2节，灌注3.5米高刃脚混凝土，然后拼装其余节段至全高。钢井壳拼装完后由拼装码头浮运到墩位，再以锚墩等方法定位。n（3）根据当时的水流态势，确定沉井中心向上游预留提前量，再压水下沉，使沉井刃脚插入河床达到稳定深度。n（4）分区对称填充井壁及隔墙水下混凝土，填充量应确保钢井壁板承受压力不大于12米水头。井壁内混凝土填充高度要低于钢井壳

8、顶两米，以便预埋混凝土沉井接头钢筋。n（5）重复接高混凝土沉井及吸泥下沉步骤，直至刃脚到达标高。然后分孔逐个清基。n（6）首先对沉井中间两孔进行清孔并灌注封底混凝土，待封底混凝土强度达到80后，再对四角井孔进行清基及灌注封底混凝土。重复上述工序，然后分批对其余6个井孔分别对称进行清孔及封底。n（7）最后将井孔内水位降低至-0.5米，安装承台底模及主塔定位钢结构，再灌注承台混凝土。34 沉井基础的技术经济优势 一种设计方案所表现出来的技术经济优势具有相对性，将本方案与当时在长江中习惯上采用的大直径深钻孔集群桩基础（118根3.1m钢护筒、/2.8m钻孔、桩长106米）的比较方案进行对比，其材料上的节省和工艺的单一优点显而易见，详情如下表列。由以上比较可见，沉井在受力性能和经济性方面明显优于桩基，经粗略估计，前者的工程费用约为后者的50%。选用沉井作为实施方案具有明显的技术优势。其在泰州长江大桥成功实施，给工程技术界供献了又一个新的亮点。4结束语 本文所列举的两种工程实例，前后相隔近30年，前者是根据结构的形态利用压气的方法达到建造的目标。后者则是利用水浮力的调配，使结构插入稳定的河床。我以为我们工程界的同行们不要老把眼光盯在国外如何如何！多一点自主的节约和创新吧！谢 谢！2010.11.