杭州湾大桥工程施工设计方案.doc
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1、 第一章 工程概况1.工程规模南航道桥为单塔双索面斜拉桥,跨径组合为318m160m100m,施工容包括:南航道桥基础工程、墩身、索塔、钢箱梁吊装和斜拉索采购与安装,起止里程自K64037K64615。合同工期44个月。2.工程主要特点湾大桥是目前世界上在建的最大的跨海湾特大公路桥梁,-A标段距离南、北两岸远,分别达16km和20km。桥位区浪高、流急,航运较繁忙。施工受风、浪、流、台风的影响较大,工程建设的组织和安全控制难度高。基础均采用钻孔灌注桩,钻孔底标高为-120.8m,土层主要为淤泥质亚粘土、淤泥质粘土、亚粘土、粘土层,且存在浅层沼气,钻进成孔时易坍孔,因此对钻机的性能、泥浆的配制与
2、钻孔操作等施工技术和工程管理方面都提出了更高的要求。主墩承台尺寸大,处于潮位变动区,且封底混凝土和承台混凝土方量大,施工组织与技术难度很大。主塔高190多米,钢锚箱单件重量达17.0t,受常年大风影响,主塔施工、钢锚箱与钢箱梁安装难度极大。3. 施工条件3.1气象条件湾地处北纬30附近的我国东部沿海地区,属典型的亚热带季风湿润气候区,桥区季风显著,四季分明,总的气候特征温和、湿润、多雨。1) 气温与湿度气温随季节变化明显,常年平均气温16左右,最热月(7月)平均气温28.3,最冷月(1月)平均气温3.7。极端最高气温39.1,出现在78月,极端最低气温-10.6,出现在1月。气候湿润,空气中水
3、汽含量高,全年平均相对湿度为8182%;最小相对湿度510%,出现在冬节。2)降水降水充沛,慈溪、乍浦累年平均降水量分别为1294.6mm、1220.2mm,其中6月份最多,平均分别为177.6mm、173.4mm,12月份最少,平均分别为46.3mm、40.5mm。最多年降水量为1754.21810.7mm,最少年降水量为674.8790.7mm。3)风况全年平均风速3.0m/s,平均风速的季节变化不大,乍浦、慈溪累年10min平均最大风速分别为20.3m/s、22.6m/s,均出现在8月份,相应的风向分别为东风和东南风;极大风速慈溪、乍浦分别为31.9m/s(NNE)、32.2m/s(WS
4、W),分别出现于7月和8月。风况与梯度风极大风速17.2m/s或风力8级的大风,其风向较集中,主要出现为西北方向和东南方向,慈溪、乍浦全年平均大风日数公别为11.1天、16.3天,全年各月均有大风出现。台风湾地区是台风影响区,平均为2.56个/年。台风最早影响出现在5月份,最迟11月份,其中8月份出现最多,其次为7月和9月份,风向为东南风(ESE)。3.2水文条件1)潮汐特征湾为强潮河口湾,潮汐类型为浅海半日潮,日潮不等现象明显。南航道桥区域潮汐特征值可根据附近乍浦水文站长期验潮资料以与2000年9月和19996月桥区南岸短期验潮资料进行分析,成果与设计值详见表1.3-1表1.3-4(潮位基准
5、面采用1985国家高程基准面)。3)波浪波况桥区北侧水域乍浦水文站观测资料显示,全年常浪向为NW向,出现频率20.93%,平均波高0.1m,最大波高0.7m,次常浪向为E向,出现频率20.39%,平均波高0.2m,实测最大波高3.0m,强浪向为ENEESE向。从实测波浪资料来看,桥区水域波高较小,水域年平均波高仅为0.2m,年约98%的波高小于0.6m,但受台风影响时,会产生大浪,桥区水域主要受风浪影响,风浪频率达98.72%。南航道桥区域潮汐特征表(单位:m) 表1.3-1项目乍浦庵东西二实测最高潮位5.544.94.104.31发生日期1997.8.19实测最低潮位-4.01-2.97-2
6、.96-2.78发生日期1930.9.24平均高潮位2.523.312.953.03平均低潮位-2.12-2.00-2.19-2.11最大潮差7.577.446.986.54发生日期1962.8.2最小潮差2.393.53.55发生日期平均潮差4.655.305.135.13平均涨潮历时5:275:225:195:28平均落潮历时6:597:017:066:57统计年限193019992000.091999.051999.05桥位设计年极值高水位(单位:m) 表1.3-2频率P(%)0.33125102050重现期(a)30010050201052潮位6.155.805.555.305.054
7、.784.42桥位设计年极值低水位(单位:m) 表1.3-3频率P(%)9998重现期(a)10050潮位3.583.56设计高、低水位(单位:m) 表1.3-4设计高水位(高潮累计频率10%)3.54设计低水位(低位累计频率10%)2.752)流速南航道桥附近水域各级流速出现频率(%)表 表1.3-5测站流速(cm/s)04950991001491501992002492502993002006表层16252221790.2h17242221880.4h1725241613410.6h20282716540.8h2637241651底层4440107平均192928633桥区19921994
8、年各向、各级波高出现频统计表(%) 表1.3-6波级波向00.50.60.80.91.01.11.21.31.51.622.1合计N6.466.46NE3.170.020.020.023.23ENE2.940.210.053.20E19.640.50.160.050.020.0220.39ESE10.170.480.050.020.0210.74SE11.040.230.070.050.0511.44SSE2.690.022.71S4.204.2SSW1.091.09SW1.511.51WSW0.750.75W2.620.022.64WNW3.623.26NW20.890.0420.93NNW
9、5.365.36C0.010.01合 计97.881.520.30.140.070.050.04100 设计波要素设计波要素表 表1.3-7重现期(a.)方 位H1%(m)H4%(m)H13%(m)T(S)300NE6.245.384.417.95ENE6.565.674.718.23E5.284.533.697.25ESE5.184.443.617.15SE4.824.133.356.94100NE5.744.944.047.57ENE6.235.384.468.04E4.944.233.446.94ESE4.834.133.366.94SE4.483.833.106.6320NE4.934
10、.233.446.94ENE5.524.753.927.46E4.383.753.046.52ESE4.223.612.926.40SE3.993.402.756.28 海床冲刷根据招标文件,南航道桥各墩的冲刷深度见表1.3-8:南航道桥各墩的冲刷深度表 表1.3-8序号桥墩类型计算条件一般冲刷局部冲刷1D11(12)20年一遇风暴潮1.8m10.46m2D1320年一遇风暴潮1.8m12.61m3D1420年一遇风暴潮1.8m11.85m4.不良地质与其对钻孔桩施工作业的影响本工程不良地质主要表现为:浅层沼气和地下水浅层沼气埋深一般在泥面一下4560m,关井压力为0.40.5MPa,气层喷出
11、时夹带泥砂喷射高度可达到20m左右。桥位区地下水主要为第四系松散岩类孔隙水。按理深条件可分为潜水、微承压水与承压水。潜水:主要分布于海底表层,含水介质为亚砂土。微承压水:主要分布于埋深30m左右的土层中,含水介质为亚砂土、粉砂。第一层承压水:埋深50m左右,含水介质为亚砂土、粉细砂。第二层承压水:埋深80m左右,含水介质为中粗砂。浅层沼气和地下承压水对钻孔平台的搭设、钻孔桩施工和成桩质量均会造成较大的影响。5.总体施工部署和主要施工手段与设备5.1 施工部署本标段施工拟划分三个工段进行管理、指挥和调度,具体划分如下:主墩施工工段:主要负责D13墩基础、主塔与钢箱梁施工;过渡墩与辅助墩施工工段:
12、负责D11、D12、D14墩基础与墩身施工;陆上工段:专门为主墩、辅助墩和过渡墩所需钢构件、钢筋和模板等在陆上预加工、堆存、转运提供支持和服务,负责水上施工工段物资供应。在满足施工总体进度的前提下,D12、D13墩基础优先开工,D11、D14墩钻孔桩待D12、D13墩桩基施工完毕后陆续开钻。将D13墩钻孔平台以与长旭号平台作为水上施工基地,布置供电系统、物资仓库、现场施工人员办公与生活设施等。索塔墩是本工程施工的重点,从总进度计划上看,索塔施工的各环节始终处于本工程的关键线路上;从施工难度上看,临时结构的规模巨大,并处在南航道位置,流速、风浪等诸因素较复杂。5.2施工组织机构根据我局施工项目管
13、理办法,项目部组织机构设置见图1.5.1:项目经理项目总工程师项目副经理(3名)业 主各作业班组财务合约部质 检 部设备物资部综合办公室监 理局总部工 程 部测 量 部安全保障部试 验 室主墩工段过渡墩与辅墩工段陆上工段图1.5.1 施工组织机构框图5.3 施工流程与关键设备1)施工流程本工程索塔、辅助墩、过渡墩施工均采用搭设水上钻孔平台的方法进行基础施工,基础施工完成后,部分拆除和改造施工平台,分块拼装和下沉钢吊箱围堰,钢吊箱抽水干施工承台、主塔、墩身。主塔施工完成后开始进行钢箱梁安装和挂索,调整桥面线型。总施工流程如下:打桩船沉设辅助平台钢管桩 起重船配合搭设施工平台与下沉钢护筒 需要进行
14、抛填维护完成试桩和钻孔桩施工 施工平台改造 钢吊箱围堰安装 浇筑封底混凝土 抽水 施工承台 主塔(墩身)底段浇筑 安装爬模系统 逐段爬升模板浇筑索塔下塔柱(墩身)、安装横梁现浇支架 逐段爬升浇筑索塔中塔柱、横梁施工 逐段安装钢锚箱、逐段爬升浇筑索塔上塔柱、搭设零号块钢箱梁与辅助墩、过渡墩墩顶钢箱梁安装支架 索塔封顶 安装零号块钢箱梁 安装桥面吊机 逐段对称安装钢箱梁和挂索、斜拉索索力调整 主桥合拢。2)关键设备打桩船:我局的海力801多功能打桩船在湾大桥标施工,本标段开工后两个标段互相协调,共同使用。混凝土拌和船:我局为湾大桥施工专门建造的160m3/h的混凝土拌和船(1601号)已建造完毕,
15、在试桩开钻前一个月进场。钻机:采用KP3500型(2台)、GZY3000型(3台)和GPS-30A(2台)气举反循环钻机,并配置的空压机和泥浆分离器以满足钻孔桩施工需要;发电机:根据需要配备一定数量的400kW发电机组。起重船:“连海起重8号”(300t全旋转起重船)和“向阳6号”(100t全旋转起重船),可满足安装起重作业需要;桅杆吊:投入2台14000kN.m的桅杆吊作为基础与墩身(下塔柱)施工起重设备;其余三个辅助墩、过渡墩则利用主墩的桅杆吊。塔吊:投入1台4000kN.m塔吊作为主塔与挂索施工起重设备;液压爬模:投入2套液压爬模作为主塔施工模板系统;桥面吊机:投入2台3500kN桥面吊
16、机作为钢箱梁安装设备;振动锤:投入2台IECV360型(单台激振力3600kN)振动锤可满足下沉钢护筒需要。5.4 影响施工作业的自然因素和有效作业天数的估计南航道桥所在区域,风大浪高,潮急流乱,施工作业条件恶劣。对施工作业造成严重影响的因素有:潮流、波浪、潮位、大风、台风、暴雨、连阴雨、持续低温和雾、雪天气等,而影响最大的因素为:大风、潮流、潮位。根据招标文件提供的资料,对主要影响施工作业的自然因素进行分析,对有效作业天数进行预估。5.4.1 台风根据招标文件提供的资料,1949年2000年间,共有133个台风影响本地区,平均每年2.56个。台风来临时,施工船舶须拖至避风锚地避风。考虑船舶来
17、回拖带时间,每次避风估计耽误时间为10天。假定每年进行4次避风,则台风影响时间为:40天。5.4.2 雷暴1954年2000年间,乍浦港平均每年发生雷暴32.1天,最多发生雷暴56天。考虑雷暴与台风影响叠加,全年雷暴影响按29天计算。5.4.3 雾日乍浦港持续4h以上雾日天数平均为4.9+4.8+1.0+0.1=10.8d,考虑部分起雾时间发生在夜间,因此雾日影响时间按7天计算。5.4.4 风对于打桩船和起重设备,考虑风速7级风时停止作业,7级以上风日发生频率约为25.3,影响作业时间为70天。5.4.5 浪最大波高0.5m的天数占全年41.03%,最大波高0.5m0.8m的天数占全年24.1
18、8%,最大波高超过0.8m的天数占全年34.78%。当浪高超过0.8m时起重与混凝土拌和船应停止作业。由于风、浪是相关同时发生的,当日最大波高0.8m的天数均分布在风力小于7级的天数。全年风力7级的总天数为365d(100%-19.62%-5.68%)=272.65d全年浪高0.8m的总天数为365d(41.03%+24.18%)=238.02d故当风力小于7级时,浪高大于0.8m的天数为:28天。5.4.6 潮流潮流对作业时间的影响主要在钻孔平台搭设和钢吊箱施工阶段,当潮流流速2m/s时,施工作业难度很大。因此须在高、低平潮期56h进行施工作业。潮流对钻孔平台搭设与钢吊箱施工影响时间为:19
19、天。5.4.7 有效作业天数根据以上分析计算确定有效作业天数估计为:钻孔平台搭设与钢吊箱施工:365-40-29-7-70-28-19172天钻孔桩、承台、塔身施工与钢箱梁安装:365-40-29-7-70-28191天第二章 施工测量1. 施工测量坐标系统施工测量坐标系统:平面坐标系统采用湾跨海大桥统一的独立的施工平面坐标系(54工程65m高程坐标系),高程采用1985年国家高程系统。施工测量过程中应按照大桥测控中心提供的坐标转换公式,将各设计图纸中的1954年坐标系的坐标转换至湾大桥54工程65高程坐标系坐标。2. 首级控制网、首级加密网的复测与一、二级加密网建立施测为保证各工序施工放样的
20、精度符合设计、规与本工程的特殊要求,确保工程质量,施工过程中必须接受大桥测控中心和监理工程师的监督和指导,严格遵守大桥测控中心颁发的湾大桥GPS施工测量实施规程进行控制和放样。2.1 首级控制网、首级加密网的复测全桥平面和高程控制网是湾跨海大桥施工测量和结构放样的依据,是确保全桥施工测量的核心部分。控制网分首级网、首级加密网和一、二级加密网四个等级。首级网由业主委托省一测院布测和复测,首级加密网由湾跨海大桥工程测控中心布测和定期、不定期复测。全桥首级平面和高程控制网由22个点组成,首级网施测按全球定位系统(GPS)测量规(GB/T18314-2001)中的B级GPS网测量精度进行控制,高程按等
21、或等水准联测,其平面精度为:相对中误差1/200000;其高程精度为:每公里全中误差2mm。我部进场后将立即按业主提供的首级施工控制网与加密网复测方案,配置测量专业人员与测量仪器设备,对首级施工控制网与加密网进行复测。随着工程不断地进展,在以后的施工中定期对首级施工控制网和加密网中全部或部分网点进行复测,两次复测时间不超过一年,复测精度原则上同原测精度。复测时外业观测严格按静态作业模式操作。事先编制GPS卫星可见性预报表,依据预报表制定观测计划,选择PDOP值小且在时段稳定、卫星方位分布合理、卫星数多的时间段进行观测,如实作好GPS外业观测手簿的记录,观测结束后,与时进行观测数据处理、质量分析
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