大跨度公路桥梁建造新技术发展与展望

隧道锚
总体布置
锚碇
公路隧道
锚碇示意图
锚碇基础
坝陵河大桥西岸锚碇采用隧道式锚碇结构，规模世 界第一； 锚洞轴线总长74.34m，倾斜45°，最大洞室跨度 25m，左、右洞室最小间距7m； 岩溶区，隧道锚上部同时开挖公路隧道，群洞效应 明显；
锚碇基础
隧道锚
拱顶及侧壁变形较大，中间岩墙有塑性破坏趋势； 措施：
重力式锚碇
重力式锚碇基础常用方法——沉井和支护； 沉井——江阴大桥北锚碇； 支护——明石海峡大桥锚碇；
锚碇基础
江阴大桥北锚碇沉井——世界最大陆上沉井
日本明石海峡大桥锚碇基坑
重力式锚碇——支护
润扬大桥北锚碇
阳逻大桥南锚碇
锚碇基础
南京四桥南锚碇
•墙厚：1.2m（国内设备限制） •矩形基坑，内支撑 •特点： •适应持力层较大岩面起伏； •减小锚碇前部强风化基岩应 力；
大型深水基础
吊具安装
预制墩台起吊
定位下放
墩台下放
下放到位
完成体系转换
大型深水基础
埋床法全预制基础
墩台-桩间止水 •研发了高水头下的柔性止水系统，既可以满足波浪作用下的止水要求，又能适应施 工偏差。
止水装置制作
止水装置下放
预制承台吊装
止水胶囊充气
钢围堰内抽水
止水完成,焊接剪力键
沉井基础
泰州大桥中塔基础
1 首节段安装
2 下塔柱安装
3 合拢段安装
4 工程
钢塔
为保证钢塔安装精度，采用了全过程的控制理念，从钢
塔柱节段预制到安装进行全过程控制。
J16
针对安装节段多，施工误差易累积的特点，设置四条调
节缝，分阶段对误差进行预测、调整，保证钢塔安装精度；
成塔塔纵桥向垂直度1/19591，横桥向垂直度1/50065；
大型深水基础
沉井基础
国内外在大跨径桥梁的基础中，多采用预制沉箱基础、围堰（沉井）桩基复合型 基础、多桩基础，施工技术有着较成熟的经验，对大型深水沉井基础施工实践较少。
日本明石海峡大桥主墩基础施工
拖运中的主墩沉箱
沉井基础
大型深水基础
首节段钢沉井制作
钢沉井岸边接高
钢沉井浮运
钢沉井定位着床
沉井接高
吸泥下沉
•墙厚：1.5m（引进国外设备） •圆形基坑，自支撑 •特点： •主要通过内衬受压抵抗土压 力，刚度大，基坑变形小； •省去支撑结构，施工便利；
•墙厚：1.5m（国内自有设备） •“∞”形基坑，自支撑 •特点： •具有圆形结构的拱效应，抑 制结构变形、方便开挖； •具有矩形结构抵抗矩大，改 善基础前后趾受力特点；
•实施效果：最大变形13.2cm •实施效果：最大变形3.2cm
•实施效果：最大变形1.2cm
锚碇基础
重力式锚碇——支护
创新成果 •基坑深度由29m改写为50m； •采用空间弹塑性有限元进行基坑结构计算分析； •研发出大落差混凝土输送防离析装置； •采用液压铣直接成槽，槽段连接采用“铣接法” ； •首次采用低强度低弹模低渗透系数的自凝灰浆防渗墙；
苏通大桥引桥，跨径：75m；
厦门集美大桥，跨径：100m、60m；
崇启大桥引桥，跨径：50m；
上部结构之梁桥
短线法预制拼装
苏通大桥北引桥 短线预制梁段工序包括：模板操作、钢筋操作、混凝土制备及浇注、梁段养护、 吊运及堆存； 梁段生产各个环节分别在不同分区独立完成，相互间无干扰，提高了生产效率； 国内首次全面建立了短线法节段预制标准化生产线；
问题。
程的几何状态、受力状态、河床冲於变化等进行
实时可视化监控。
汇报内容
前言 锚碇基础 大型深水基础 索塔工程 上部结构 展望
混凝土索塔
苏通大桥
索塔工程
工程概况 高300.4m的混凝土索塔； 上塔柱斜拉索锚固区采用钢锚箱－混凝土组合结构。
工程难点 索塔高、柔，极易受日照、温变和风等因素影响， 线性控制难度大； 锚固区首次采用钢锚箱，精度要求高，施工控制难 度大； 索塔高且离岸远，测量精度难以保证； 大风天气多，有效作业天数少。
大型深水基础
高桩承台基础
金塘大桥 承台永久防撞创新设计：以自身抗撞为主、利用承台钢套箱变形消能； 钢套箱同时能满足施工需要以及永久防撞要求； 钢套箱平面尺寸60 m×38 m，套箱壁体采用双壁结构，重量约1600t，整体吊装；
埋床法全预制基础
港珠澳大桥非通航孔
大型深水基础
项目概况 •港珠澳大桥是集桥、岛、隧为一体的世界级交通 集群工程。主体桥梁工程全长约22.9km。包括青 州航道桥、江海直达船航道桥、九洲航道桥三座通 航孔桥及非通航孔桥 ，非通航孔桥长约17km。
大型深水基础
项目概况 •世界上规模最大的群桩基础； •131根钻孔灌注桩，桩长117m； •承台为哑铃型，长113m，宽48m，厚13m； •水深大于30m，最大流速4.17m/s；
面临难题 在深水、急流条件下，采用传统钢管桩作为支撑结 构，单桩自由长度大、稳定性差，难以形成施工平台； 钢混组合桩对钢护筒沉设精度要求高。 首节钢吊箱重达3 000 t，结构柔，入水后水流和波 浪作用下，易摆动，存在定位问题，下放难度大。
桥梁建造核心技术
前言
大型基础设计施工技术
•深基坑设计施工技术、深水群桩基础施工技术、深水沉井基础施工技术
特大跨径桥梁上部结构施工与控制技术
•拱桥、斜拉桥、悬索桥架设与控制技术
桥梁工业化技术
•箱梁节段短线法预制、架桥机拼装、施工控制技术 •长大节段钢箱梁整体安装与控制技术
汇报内容
前言 锚碇基础 大型深水基础 索塔工程 上部结构 展望
关键技术 混凝土索塔控制技术 钢锚箱安装控制技术
混凝土索塔
钢锚箱施工控制
索塔工程
单节段测量
一批次锚箱安装
线形测量
评 估
如 需 调
整
立式滚动预拼装
打磨垫板安装
垫板打磨指令
索塔工程
混凝土索塔
随动修正技术
刚性运动物体任意运动时刻，测量物体上参考点，能快速获得物体在空间的形状。 基于这一理念，提出了在温度和风荷载下全天候放样的索塔施工控制方法。 实施中，采用棱镜作为参考点，从而形成了基于基准点的随动修正索塔控制技术。
△1
△2
△1
△2
△ 1≈ △ 2
△ 1≈ △ 2
测量追踪棱镜及索塔温度、 风载（夜间日出前）；
计算追踪棱镜中性位 置，确定立模位置；
利用相对关系放样 （全天候均可进行）；
竣工测量（含索塔温 度）（夜间日出前）
钢塔
泰州大桥
6
5
34 2 1
索塔工程
中塔是纵向人字型，横向门框架型钢塔； 塔高191.5m，设两道横梁； 塔柱节段间采用高强螺栓连接；
2012年全国桥梁技术交流会
大跨度公路桥梁建造新技术与展望
张鸿
中交第二航务工程局有限公司
CCCC SECOND NAVIGATIONAL ENGINEERING BUREAU COMPANY LIMITED
汇报内容
前言 锚碇基础 大型深水基础 索塔工程 上部结构 展望
典型桥型一览
前言
梁桥
拱桥
斜拉桥 悬索桥
大型深水基础
结构参数 世界入土深度最大的水中沉井基础 断面尺寸为58×44m 高76m，入土深度55.5米 下部38m高为钢混凝土结构 上部38m高为混凝土结构
工程难点 桥址位于长江下游感潮河段，为双向流，河床为 粉细砂层，局部冲刷深度大且复杂； 持力层为砂砾层，覆盖层厚度大，下沉难度大； 施工区域水深20m、最大流速2.81m/s，航道繁忙， 安全问题突出。
356000
358000
360000
362000
364000
-2
-3
-4
-5
-6
悬浮高度2m，流速1.0m/s
0 348000 -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7
350000
352000
354000
356000
358000
360000
362000
364000
悬浮高度2m，流速1.2m/s
•通过河工模型试验，研究了沉井着床期间的 河床冲刷形态变化规律，确定了沉井着床时机 及方法； •选择合适的着床时机，设置预偏量；
0mm
0mm
0.4mm
汇报内容
前言 锚碇基础 大型深水基础 索塔工程 上部结构 展望
上部结构之梁桥
短线法预制拼装
现代社会对桥梁建设提出了环保、节能、高效、耐久等高要求； 在苏通大桥北引桥首次大规模采用短线法节段预制拼装体外预应力混凝土梁桥设 计和施工技术，代表 了现代桥梁工厂化、大型化、机械化、标准化的发展趋势； 在上海大桥引桥、厦门集美海峡大桥、江苏崇启大桥引桥、福建厦漳大桥引桥、 太中银铁路-小东川特大桥等工程的建设中，丰富完善了该项技术，形成了具有自 主知识产权的成套核心技术及设备；
终沉到位
沉井封底
大型深水基础
沉井基础
沉井着床
沉井定位
0
348000 -0.5
350000
352000
354000
356000
358000
360000
362000
364000
-1
-1.5
-2
-2.5
-3
-3.5
-4 X
悬浮高度2m，流速0.80m/s
1
0 348000
-1
350000
352000
354000
钢管复合桩沉放施工及精度控制
大型深水基础
沉桩导向系统安装
自重沉桩
振动锤沉桩
沉桩到位
液压冲击锤沉桩
二层平台移除
振动锤沉桩到位
埋床法全预制基础
预制墩台整体吊装及精确定位
• 采用一套集吊装、导向调位、安装 一体化的悬挂系统，该系统除具备 预制墩台吊装和悬挂功能外，还具 备包括墩台垂直度、竖向标高、平 面内位置等调位功能，调位精度达 到0.5mm。
大型深水基础
高桩承台基础
冲刷防护 创建了大型群桩基础施工期预防护和永久防护相结合的理念； 揭示了潮汐作用下大型群桩基础局部冲刷机理； 提出了相应的预测方法； 形成了集成设计、施工、监测与维护等技术的成套技术；
大型深水基础
高桩承台基础
钢护筒支撑平台 提出并采用群桩基础钢护筒作为支撑桩搭设钻孔施工平台的新技术，有效解决了 大规模群桩基础在深水、大流速、潮汐条件下，常规钢管桩平台难以实施的难题； 研发了新型悬臂导向架定位技术，解决了超长大直径钢护筒定位与打设精度难以 控制的难题; 实施效果：钻孔桩平面偏差<5cm，倾斜度<1/200。
•通过河工模型试验，确定沉井渡汛方案； •提出了动态的防护措施理念，并成功实施；
•采用CFD技术及实测的方法，研究了大型沉井在 风、水耦合作用下的摆动机理以及诱发因素； •研发了“钢锚墩+锚系”沉井导向定位系统； •采用抑振措施保证了沉井精确定位；
沉井基础
终沉控制
大型深水基础
实时监控
大锅底
小锅底
•对沉井极限摩阻力、端阻力展开研究，并通 •采用几何监测子系统对沉井高程、平面位置、
面临难题 •桥轴线穿越中华白海豚保护区，环保要求高； •非通航孔桥墩台施工工程量大，直接影响到大桥 建设的质量和进度。
解决方案 •承台、墩身采用预制（预拼）、全装配化施工方 案，为了减少基础的阻水率，非通航孔桥基础均 采用埋床法预制基础。
埋床法全预制基础
大型深水基础
埋床法海上全预制桥梁墩台施工
埋床法全预制基础
一艘起重船起吊
大型深水基础
两艘起重船抬吊 三艘起重船抬吊
大型深水基础
高桩承台基础
南京三桥 南塔基础采用高桩承台； 水深50m，最大流速2.9m/s； 关键技术 采用钢套箱整体浮运、导向船锚碇系统定位、利用已定位钢套箱导向沉设钢护筒， 钢护筒与钢套箱连接形成施工平台；
南京三桥定位系统
武汉二七长江大桥定位系统
•中隔墙岩层空隙灌浆填充，预应力对拉锚杆加固，防止夹层错动； •左、右洞室错开掌子面开挖； •单洞室短进尺，分台阶开挖，控制爆破，减少振动影响； 实施效果：净空收敛累积值均小于9mm；
水平变形
竖向变形
隔墙应力
汇报内容
前言 锚碇基础 大型深水基础 索塔工程 上部结构 展望
高桩承台基础
苏通大桥主塔基础
过现场测试数据进行验证。
垂直度、扭转角等几何信息和水下地形进行实时
•针对沉井自由高度长、重度大的特点，比选 分析了“大锅底”与“小锅底”终沉控制方法。
监测。
•首次提出了“分孔清基、分舱封底”的终沉 •采用物理监测子系统对锚缆力、沉井侧壁摩阻
控制技术
力和刃脚端阻力进行实时监测。
•解决了大型水中沉井终沉阶段的突沉、超沉 •研发了信息化监控系统，首次对沉井施工全过
大型深水基础
高桩承台基础
钢套箱整体下放 研发了计算机集中控制进行超大型钢吊箱多点整体同步沉放技术； 解决了深水急流条件下超大钢吊箱整体沉放难题，降低了施工风险； 开创了大型深水群桩基础承台大规模围水结构施工新记录； 实施效果：钻孔桩平面偏差<5cm，倾斜度<1/200。
高桩承台基础
国内大型钢吊箱下放
预拼装线形
调整方案
0mm
0mm
0mm
0.4mm
J6
上游
常州侧
泰州侧
常州侧
泰州侧
3#塔座
4#塔座
J4
1#塔肢
2#塔肢
3#塔肢
4#塔肢
1.2mm 0.8mm
1.2mm 0.8mm
0mm 0.4mm
0.4mm
北
0.8mm
上游侧
下游侧
上游侧
下游侧
J1
1#塔座
2#塔座
下游
3#塔肢
4#塔肢
1#塔肢
2#塔肢
0mm