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1、苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 1施工期风险评估及对策1. 概述苏通大桥是目前世界上拟建的最大跨度的双塔双索面斜拉桥，也是国内外具有重大影响的工程，大桥建设将代表着我国21 世纪的建桥水平，其主桥基础工程量大、技术含量高、施工工期紧，要求施工的人员数量及机械设备种类多、材料用量大、施工质量高，因此，为了将其建设成国内领先、世界一流水平的工程，必须对其在施工期间的风险进行预测及评估，并据此提出相应的对策及措施。2. 工程主要特点及难点2.1 施工区域水深达 20m ，最大潮流流速达3.0m/s 。2.2 江面开阔，宽度达610km ，风吹程大，江面极易形成波
2、浪。2.3 由于河床底部为粉细沙，启动流速较小，基础施工期间，在河床未防护的情况下，河床最大冲刷深度可达27.3m。2.4 桥址位于长江航运最繁忙的下游江口河段，水上施工安全保证难度大。2.5 工程规模大、质量要求高、工期紧、施工组织难度大。1）水上现浇混凝土量达20 多万 m3，钢结构加工量达2 万吨。2）直径 2.5m 的钻孔桩数量达 205 根，最大桩长近 120.0m，需穿过深厚粉细砂层，设计要求桩身垂直度允许最大偏差1/200，成孔难度大。3）钢筋笼最大长度近120.0m，最大重量达 80 多吨，设计要求各根桩身钢筋笼接长次数不应超过 3 次。4）钻孔灌注桩桩身混凝土设计标号为40
3、号，单根桩混凝土浇筑量达600m3。5）本工程钻孔灌注桩均为摩擦桩，为保证桩基设计承载力，设计要求从钻孔到护筒底口以下到混凝土浇筑顶面越过护筒底端的时间不应超过72 小时，工序时间要求紧。6）桥址所处河段为渔产较为丰富水域，施工期环保要求高。7）索塔基础钢护筒参与结构受力，对钢结构制作质量要求高。8）索塔基础钢护筒直径达2.8m，最大长度达 72m ，壁厚为 20 ，单根重量最大达 90 吨，钢护筒需穿过深厚粉细砂，入土深度达40m ，下沉难度大。9）根据工期安排，四个基础墩基本同时开工，要求投入的水上施工设备多，施工苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 2占用
4、水域大，施工对外协调难度大。10）大型临时结构用钢量近3 万吨，设计、制作、运输及安装难度大。11）索塔基础钢吊箱围堰外形尺寸巨大，制作、运输及安装难度大。12）索塔封底混凝土达1.23 万 m3，浇筑仓面超过5000 ；承台混凝土方量达41964m3，属超大体积混凝土施工，混凝土温控及浇筑要求高，施工组织难度大。13）为减少桩基沉降，超深、大直径钻孔灌注桩桩底采取后注浆工艺，施工质量要求高。14）本桥属世界级特大型桥梁，混凝土外观质量及结构耐久性要求高。3. 风险评估及对策3.1 钻孔平台施工3.1.1 单桩稳定性验算为确保平台支撑钢管桩沉设后在深水、大流速等水文条件下的单桩稳定性及平台上部
5、结构施工连接的可靠性，对拟定的钻孔平台结构进行了验算。根据我局委托南京水利科学研究院进行的施工期河床河工模型试验成果，钻孔平台搭设完成后，在河床未防护的条件下，最大冲刷深度为4.5m，偏安全考虑单桩沉桩期最大冲刷深度为4.0m，河床起始冲刷面标高为-15.3m，则单桩稳定性验算设计底面标高为-19.3m。根据我局打桩船沉桩能力及结构受力要求，钻孔平台支撑桩选用大直径钢管桩（直径为 1400 ，壁厚为 16，材质为 Q235 ） 。按 m法进行计算，得出单桩在水流流速分别为 2.23m/s 和 1.0m/s 条件下桩顶最大位移分别为24和 6 。3.1.2 沉桩为确保在水深近30m的条件下，将桩
6、径为1.4m、桩长 60m 、重 40 多吨的钢管桩穿过较厚粉细砂层，锤击至中密砂层的设计标高，采用我局国内目前最大打桩船，配置D100重型柴油打桩锤，在潮流流速小于1.5m/s 的条件下，利用平潮期下桩定位，可保证钢管桩定位精确，下沉到设计标高。为减少涨潮及落潮时的水流对已沉桩的影响，当第一根桩沉设完成未脱离龙口之前，将其与定位船先临时固定， 然后每沉一根桩而在其未脱离龙口之前将其与已沉桩连接。3.1.3 平台搭设苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 3根据施工进度计划安排， 平台搭设将于 2003 年 10月份 2003年 12 月份中旬完成，其施工控制水文
7、条件为2003 年 10 月份。经比较桥位处水文站多年水文资料，10 月份的河流流量与 5 月份基本相同，因此，平台搭设期间的流速参照2002 年 5月实测的南主墩垂线平均流速值（见 图 1） 。图 1南主墩墩位流速图从图上可看出， 在 10 月份最不利的水文条件下， 每天潮流流速小于1.0m/s 出现的时间为 9 小时，此种条件下的单根钢管桩最大位移为6 ，满足上部结构安装的工期、作业条件及精度要求。3.2 钢护筒沉设钢护筒直径为 2.8m，长 72m ，单根桩最大重量达90 吨，为了保证钢护筒沉设的垂直度及入土深度满足设计要求，拟采取以下措施：1）加强钻孔平台上部结构刚度，采取二层平联结构
8、，下层平联采用800 钢管桩，上层平联采用1200高的钢箱梁。2）设置强大的钢质护筒导向结构，导向结构分上、下两层，总高度为14.0m，其苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 4中平台以上高 8m ，平台以下高 6m ，导向结构分别与上下平联刚性联结。3）在平潮阶段下沉钢护筒，确保护筒定位准确。4）采用最大起重量达300t 、最大起吊高度为60m的起重船起吊护筒，单根钢护筒分上、下二段，下段钢护筒长度为46m ，在自重作用下能保证护筒插入土层一定深度，形成垂直的导轨迹线。5）开始施振时，先点振，并加强垂直度观测。6）为保证钢护筒能穿过较厚的粉砂层，采用国际上超大
9、型振动锤沉设钢护筒，同时， 为防止个别钢护筒可能未沉到设计标高，在第一节护筒下沉后采取超前钻孔的方法，以减小护筒下沉中的内侧摩阻力及桩底土塞作用，确保护筒下沉到位。 为确保护筒底口在沉设过程中不卷边，采取底口加设钢加劲箍，增强刚度。3.3 钻孔桩施工1）为确保钻孔平台能安全渡汛，特别是索塔基础施工，拟配置性能优良的钻孔设备，加快钻孔进度。2）为确保钻孔桩的成孔垂直度满足设计要求，与法国地基建筑公司合作，配置10台具有钻进过程中自动测斜、 自动控制泥浆性能指标和钻杆扶正器的钻孔设备，每台钻机均配有泥浆净化装置，同时，为控制泥浆的性能，配置泥浆拌和船对泥浆进行集中拌和、集中管理，这样既保证了泥浆在
10、使用过程中的性能指标，又满足了钻孔进尺及环境保护的要求， 分离出的泥渣废浆收集外运至业主指定弃场。国产钻机设备无自动测斜装置，采取全部更换新的钻具、 加大配重、定期监控及减压钻进， 确保成孔满足设计要求。3）为满足设计要求从钻孔到护筒底口以下到混凝土浇筑顶面越过护筒底端时间不超过 72小时的条件，特采取以下措施：a、采用先进的钻孔设备及相应的配套适时检测仪器。b、钻机钻杆接头采用非螺栓连接的快速接头，减少接、拆钻杆时间。c、在钢护筒内清水钻进，当孔泥浆置换完成后再向下钻进。d、选用大流量的泥浆净化器，以保证孔内泥浆的性能，提高钻进效率。e、严格控制钢筋笼的制作精度，尽量减少单根钢筋分节数量，加
11、大底节钢筋笼的长度，底节钢筋笼可在40m深的钢护筒（选择临近已成孔的护筒，并已完成护筒内的钻孔）内分节接高至40m长，利用 300t 起重船吊装底节钢筋笼，同时，在风力较小及船苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 5舶稳定性较好的情况下吊装第二节钢筋笼并进行连接，下放至设计标高， 若施工区域风力较大，起重船稳定性不能满足吊装上节钢筋笼对接要求时，根据起吊能力，上段钢筋笼分三节采用大型桅杆吊吊装连接，门架下放至设计标高。f 、配置优质泥浆并认真进行首次清孔，减少二次清孔时间。g、混凝土导管接头采用钢丝绳卡口型式，减少导管拆接时间，同时，在已清渣的护筒内拼接导管，加
12、大导管分段长度。h、考虑到施工水域风大、浪高、雾多，单根桩混凝土浇筑量大，为保证混凝土浇筑强度，拟配备适应于7 级大风、浪高 1.5m 条件下的自备浇筑1250m3混凝土材料的水上专用船舶两艘， 每艘船备 2 台 75m/h 浇筑强度的搅拌站， 可在较短时间完成混凝土浇筑。i 、为保证成桩速度，加大施工各工序的监控和把关，做到各道工序均按规范要求实施，确保各道工序的工程质量。3.4 桩底后注浆目前，国内已完成的桩底后注浆施工的桩，直径大都小于1.5m，桩深小于 60m ，为确保大直径超长桩桩底后压浆的工程质量达到设计要求，拟与法国地基建筑公司合作，采用先进的、技术可靠的压浆技术及相应的控制设备
13、。3.4.1 钻孔灌注桩后注浆施工工艺的机理当钻孔桩成孔后，将注浆套管绑扎在钢筋笼上，随钢筋笼一起被放入到孔里。待进行灌注混凝土后，间隔一段时间，先用高压水将注浆套管上覆盖注浆孔的橡胶套冲碎，并在灌注的混凝土和土体中形成裂隙，方便浆液注入。经破碎后，换成全液压注浆泵和注浆软管将配置好的高强度、无污染的水泥浆液注入桩体的设定部位。3.4.2 桩底后注浆技术的优点1）增强桩端混凝土强度，降低桩沉降量，消除孔底沉渣对沉降量的负面影响；2）随着注浆压力和注浆量的增加，水泥浆液不断地向持力层中劈裂、渗透、填充，在桩端一定范围内形成不规则块状、球体状或梨状胶结体的扩大头，增大了桩端的承压面积，有利于承载力
14、的提高；3）由于注浆压力的挤密作用以及水泥浆液的胶结固化的作用，使桩端持力层的摩阻力成倍增加，大幅度提高桩端土体的承载力。苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 63.4.3 注浆浆液注浆浆液采用 0.7：1 稳定性浆液，浆液质量：马氏漏斗粘度不超过40 秒，密度不低于 1.65。3.4.4 注浆压力及注浆量控制注浆泵的压力同时自动控制在4MPa ，每根桩的注入水泥量不少于5.5 吨。3.4.5 主要控制设备为了提高注浆工程的质量、效率和可靠性，施工中除采用射流或高频搅拌机及PH25 型全液压注浆泵外，还将采用一套实时控制注浆参数和注浆泵的现场控制系统，即SINN
15、US 3E 系统，该系统程序适用于Windows 95 或 98 和网络操作系统。 SINNUS 3E 系统具有以下主要特性：1） 可同时监测 4 到 16 路灌浆回路（采集、显示和存储灌入量、 灌浆压力和流量等）。2）可直接控制灌浆泵。3）能控制重灌。4）能自动控制灌浆流量和压力。5）在达到预先设定的灌入量或压力值时，它将终止灌浆。SINNUS 3E注浆自动控制系统流程见 图 2。3.5 钢吊箱施工3.5.1 钢吊箱结构设计由于承台外型尺寸较大， 作为承台施工的挡水结构及其外侧模板，因而钢吊箱外型的尺寸巨大，为减小开阔水域风荷载对施工期作业的影响，加快施工进度，提高拼装质量，在进行钢吊箱结构
16、设计时，充分考虑了以下要点：1）索塔钢吊箱呈哑铃型，外型尺寸巨大，为了减少钢吊箱的水上拼装次数，方便水上拼装，索塔钢吊箱沿高度上分三节，其中首节高度为5.0m，分为上、下游承台及系梁区三块，承台区块体近1000t 重（包括底板），采用大型起重船吊装，系梁区底板、首节 5m高壁体采用现场拼焊，并与两分离式承台钢吊箱围堰拼焊连接，第二、三节钢吊箱现场分块拼接。过渡墩、辅助墩底节5m高钢吊箱均采用一次性整体吊装。2）根据钢吊箱吊装工艺及使用要求，钢吊箱按吊装、下沉到位、浇筑封底混凝苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 7图 2 SINNUS 3E 注浆自动控制系统流程图苏通大桥主桥基础施工C1合同段施工期风险评估及对策中港第二航务工程局 8土、抽水及浇筑承台混凝土等工况进行结构计算。3） 考虑到钢吊箱安装时需自浮以及满足整体吊装和使用状态时的强度和刚度要求，钢吊箱侧壁设计为双壁，底板采用格构体，吊箱内口设置两道钢管内撑。3.5.2 钢吊箱围堰制作及运输钢吊箱围堰平面尺寸大，水上吊（拼）装难度高
