天兴洲长江大桥主塔深水基础施工技术

宋伟俊

武汉天兴洲长江大桥主塔墩

深水基础施工技术

目录

一、工程概况

二、基础施工特点

三、基础主要施工方案

四、需要解决的关键技术问题

五、关键技术问题的处理

六、方案实施情况

一、工程概况

一、工程概况

1、主桥桥式

设计水位+27.50最高通航水位+25.68

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武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥为双塔三索面钢桁梁斜拉桥，孔跨布置为（98+196+504+196+98）m，铁路四线，公路六车道，全宽27m；主梁为板桁结合钢桁梁。主塔采用钢筋混凝土结构，倒丫形，塔高188.5m；每塔两侧各有3×16根镀锌平行钢丝斜拉索，索最大截面为451φ7mm，公路桥面处索距14m，三索面间相邻索面中心距15m。

一、工程概况

2、水文情况

南汊设计水位+27.5m，最高通航水位+25.68m，最低通航水位+9.62m。洪水期水深35m，水流速度3.5m/s，枯水期1.5m/s, 桥位处水流流向与横桥向夹角10°。

一、工程概况

3、主塔基础地质情况

2号墩位于深槽北侧，河床高程约为+5.0m，覆盖层主要为砂类土，上部为新近沉积的松散状细砂，中部为松散~中密状细砂夹少量中、粗砂，岩面高程在-27m附近，基岩主要为弱胶结、中胶结和强胶结砾岩。

3号墩位于深槽南侧，河床高程约为-2.9m，覆盖层主要为性质较差粉细砂层，冲刷较大，基岩埋藏较深，岩面标高在-33m附近，基岩上部主要为弱胶结砾岩，成岩作用差，岩质极软，下部以中胶结砾岩为主，中、强胶结砾岩极限抗压强度分别为9MPa和28MPa。

一、工程概况

4、主塔墩基础及双壁钢吊箱

主塔墩基础均采用φ3.4m钻孔灌注桩，2号墩32根，桩尖嵌固在强胶结砾岩中，3号墩40根，桩长84m，桩尖支承在中胶结砾岩中，2号墩承台平面尺寸为26×53.2m，3号墩承台平面尺寸为39.8×65.3m，承台厚6m，顶面标高

+10m，底面标高+4m，承台均采用双壁钢吊箱围堰施工。

双壁吊箱平面为矩形，3号墩吊箱轮廓尺寸：长69.5m，宽44m，高15.5m，壁厚2.0m，围堰底部设置双壁底隔仓，底隔仓高5m，吊箱自浮状态下吃水深度约2.6m。

3＃钢吊箱围堰位于船台上

二、基础施工特点

分析主塔墩基础的结构特点、墩位处水文地质、河床冲刷、通航等施工条件，基础施工具有以下特点：

二、基础施工特点

1、基础工程规模宏大。

2#、3#墩基础应同步按排在两个枯水期一个洪水期完成。即在枯水期和洪水期完成钻孔桩，在下一个枯水期完成承台施工，汛期前下塔柱施工至历年最高水位以上。

二、基础施工特点

2、施工期间水深流急，水位落差大。

墩位处最大水深约35m，最大流速3.5m/s，流向与横桥向夹角为10°，钻孔桩、承台施工水位落差10m，水文条件变化大且频繁。

二、基础施工特点

3、河床施工冲刷大。

3号墩覆盖层为粉细砂，随水文条件变化冲刷现象较为敏感，最大施工冲刷约为10m，2号墩以冲刷为主，冲淤交替出现。

二、基础施工特点

4、地质条件复杂。

基岩为软硬胶结不均的砾岩，埋藏较深，岩性极为不均，胶结介质种类不一，胶结介质与骨架颗粒强度差异大。

二、基础施工特点

5、双壁吊箱施工难度大。

双壁吊箱形体尺寸大，结构复杂，带底龙骨的矩形结构水流阻力大，吊箱整体制造、下河、浮运、定位技术要求高，施工难度大。

二、基础施工特点

6、施工水域航运繁忙。

主塔墩位于主通航孔附近，航运繁忙，吊箱浮运定位及基础施工干扰大，水域要求高，安全风险大。

二、基础施工特点

7、施工工期紧，平台渡洪要求高。

根据施工总体要求，汛期前应完成足够数量的钻孔桩，形成稳定的施工平台，保证安全渡洪及汛期钻孔桩施工。复杂的施工条件与工程特点给工期控制、施工安全带来巨大难度，提出更高要求。

三、基础主要施工方案

针对桥位处水文地质、河床冲刷、通航等施工条件，研究基础的施工特点，调查吊箱整体制造、整体下河、整体浮运的条件，综合考虑基础施工在技术、工期、经济、安全质量等方面的要求，基础施工采用双壁钢吊箱工厂整体制造浮运的总体方案。根据2#、3#墩施工条件的不同，对吊箱锚墩定位与锚碇定位方案进行比较。

三、基础主要施工方案

1、定位方案比选

由基础施工方案的总体要求，定位系统的功能是：（1）待吊箱浮运至墩位后，先初步定位，然后分次对称张拉定位系统对吊箱进行精确定位。

（2）钻孔桩施工完毕后，解除吊箱与桩间固结，张拉定位系统调整吊箱位置与倾斜，在定位系统的控制下双壁内灌水下沉至设计标高二次挂桩，准备封底施工。

对两种工况的水文、冲刷条件下的受力计算，定位系统受力控制工况为吊箱下沉至设计标高。根据受力控制工况，结合2#、3#墩水文、地质、冲刷条件，分别对锚墩方案与锚碇方案进行同等深度的设计检算，在技术、经济、工艺、占用水域方面进行综合比较。

锚墩与锚碇定位方案综合比较 2号墩 3号墩

施工条件 定位期间水深约10m，流速约

1.0m/s覆盖层为砂类土，冲刷相

对较小，冲、淤交替出现。

定位期间水深约20m，流速约2.0m/s，覆盖层表层

为性质较差的粉细砂，冲刷较大。

技术可行 性 两种定位方案技术上均可行，施

工难度不大，设备要求不高。若

采用锚碇方案，两主塔墩同步施

工，定位系统组织难度增加。

两种方案技术上虽均可行，但3#墩水深、流急冲刷

大，锚墩基础施工难度较大，设备要求高，精定位

时锚墩刚度相应降低，变形增加，在技术上锚碇方

案更能适应3#墩施工条件。

经济 合理 性 2#墩施工条件相对较好，两种方

案临时工程规模较为适中，工程

造价相当，差异在10%以内，均具

有较好的经济合理性。

受3#墩施工条件影响，锚墩工程规模显著增大，与

锚碇方案相比，临时工程造价增加约85%，锚碇方

案具有较好的经济合理性。

工艺 先进 性

锚墩方案工艺先进，其刚度大、变形小，定位时可施加较大的预拉力提高吊箱的定位精度，精定位后一定水文条件变化时无须调整定位系统，结构受力明确，操作简便，定位效率高。

锚碇方案为成熟工艺，常规设备，可超前准备，尽快形成定位系统。精定位时，虽采取重型锚碇与重型长锚链等措施，但其弹性、非弹性变形相对较大，定位精度相对降低，精定位后水文条件变化时调锚工作相对繁琐，定位难度大，操作相对复杂。

占用 水域

锚墩方案占用航道少，施工干扰小，且锚墩可兼作防撞设施，施工安全风险相对较小。

锚碇方案占用施工水域大，通航对施工干扰大，施工时应采取必要的安全防范措施。