长江公路大桥建设技术与创新

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1、马鞍山长江公路大桥建设技术与创新,安徽省高速公路控股集团有限公司 殷永高 2014.3,马鞍山大桥建设技术及工法创新,第一篇,马鞍山长江公路大桥建设技术与创新,原始创新根式基础研究与应用,第二篇,第一篇 马鞍山大桥建设技术及工法创新,第一篇 马鞍山大桥建设技术及工法创新,马鞍山大桥概况,一,马鞍山大桥施工,三,马鞍山大桥设计,二,马鞍山大桥建设技术及工法创新,第一篇,目 录,马鞍山大桥施工工法创新,四,一、马鞍山大桥概况,大桥路线起于马鞍山市和县姥桥镇省道206，终点止于当涂县牛路口，全长36.274公里，其中跨江主体工程长11.209公里。投资概算70.8亿元。建设工期5年。,姥桥,牛路口,

2、路线方案图,1.1 建设规模,5,一、马鞍山大桥概况,1969年至2006年河床断面变化过程（动画）,左汊主桥桥位处深槽左右摆动，近40年来桥址处深泓摆动最大幅度为1200米。,1.2 河势分析,6,一、马鞍山大桥概况,首座实施的 千米级三塔两跨 悬索桥方案,为覆盖整个变化的通航水域，建设团队首次在世界上提出了千米级三塔两跨悬索桥方案，主跨跨度由日本小鸣门桥的160m突破到1080m。,1.3 桥型方案21080米三塔两跨悬索桥,7,中塔鞍座内滑移系数 三塔两主跨悬索桥方案的结构受力不同于两塔单主跨悬索桥结构。由于多了一个主跨，主缆对中塔塔顶的约束较边塔弱。当一主跨满载，另一主跨少载或空载时，

3、中塔两侧主缆将出现缆力差值。,1.4 设计关键技术及解决方案,21080m三塔悬索桥方案中塔顶鞍座承受的不平衡缆力、避免主缆在鞍座内滑动问题是本方案的关键技术问题。,一、马鞍山大桥概况,2009-6-4,围绕减小主缆在中塔顶两侧产生不平衡缆力的思路，针对结构体系、主塔刚度，开展了多方案分析计算。,塔梁连接方式,通过分析认为，在中塔处采用塔梁固结体系对降低主缆在中塔两侧产生的不平衡缆力、提高主缆与鞍座间的抗滑移安全系数、增大结构的竖向刚度效果显著，同时，中塔处采用塔梁固结方式，取消塔梁间竖向、横向支座和纵向弹性索，简化了结构的支承体系，方便了后期养护，因而本方案推荐采用中塔塔梁固结体系。,一、马

4、鞍山大桥概况,1.4 设计关键技术及解决方案,主塔结构形式,分别对中塔的主塔材料、主塔刚度、主塔的形状进行了研究，通过研究最终确定中塔柱采用I字形、钢-混凝土混合塔，即方案一。,一、马鞍山大桥概况,1.4 设计关键技术及解决方案,二、马鞍山大桥设计,钢-混叠合塔。确保中塔刚度适中，并避免下塔柱采用钢结构带来的防腐难题。,钢-混叠合塔,塔梁固结结构体系,根式基础,塔梁固结体系。提高塔顶鞍座与主缆的抗滑移安全系数。,具有原创性的根式基础。充分发挥基础周边土体作用，大幅提高承载能力。,结构特点：,11,三、马鞍山大桥施工,塔高175.8m，混凝土下塔柱高37.5m，钢塔柱高127.8m，塔顶装饰段高

5、10.5m。 基础采用69根直径3m、长80m的钻孔桩。 承台尺寸为80.2m43m7m。,3.1 悬索桥中塔基础施工,12,三、马鞍山大桥施工,吊箱钢围堰尺寸为83.946.711.76m，重达23000KN，浮运时吃水深1m左右，定位时吃水深5.4m。,钢吊箱制作,3.1.1 吊箱钢围堰制作与定位,钢吊箱下水（视频）,13,三、马鞍山大桥施工,钢吊箱精确定位示意图,14,三、马鞍山大桥施工,69根直径3m、长80m的钻孔桩。钢护筒直径3.2m，长45m，入土深度约23.5m。,钢护筒振沉,3.1.2 大直径桩基础施工,1、钢护筒振沉,利用45根钢护筒与围堰固结，形成无桩度洪体系，安全度洪。

6、,15,三、马鞍山大桥施工,采用10台KPG3000、KTY3000、KTY4000型钻机同时作业，通过加大配重、设置钻头导向装置、反复扫孔等措施保证钻孔垂直度。,2、桩基施工,利用运输船实现83m钢筋笼分3节入孔的记录，仅有2个接头。,钻孔,钢筋笼下放,16,三、马鞍山大桥施工,平面尺寸为60.2m55.4m（第一、二节沉井长和宽分别为60.6m和55.8m）的矩形截面，高48m，共分九节，布置 25个井孔。 分三次接高三次下沉(1-4节，5-6节，7-9节）。,3.2 悬索桥锚碇沉井施工,17,三、马鞍山大桥施工,3.2.1 钢壳沉井拼装及就位,钢壳就位后周围采用砂袋加固,3.2.2 沉井

7、接高,浇筑接高节段混凝土,18,三、马鞍山大桥施工,3.2.3 沉井下沉,1、首次下沉降排水下沉工艺,吸泥施工,吹填砂,降排水,第1-4节下沉历时29天，沉井下沉16.66m，平均每天下沉57.4cm。,19,三、马鞍山大桥施工,2、第二次下沉半排水下沉工艺,第2次(第56节)下沉用时22天，下沉量为11.37m，平均每天约51.7cm。,20,三、马鞍山大桥施工,3、终沉采用空气幕助沉,终沉阶段，开启空气幕助沉，每开启一次空气幕，均能下沉40cm左右，最多一次达到80cm，平均每天下沉约60cm。,空气幕助沉（视频）,21,三、马鞍山大桥施工,采用遥控飞艇牵引的方法牵放2mm迪尼玛先导索过江

8、，选择风速较小、风速稳定时过江。,3.3.1 猫道架设,1、先导索架设,飞艇牵引先导索过江,塔顶导线轮,3.3 悬索桥上构施工,22,三、马鞍山大桥施工,先导索牵引到位后，再通过4次置换对接和机械牵引，实现25级导索的架设，并最终完成牵引索的架设。,2、牵引索架设,牵引索架设相关数据表,23,三、马鞍山大桥施工,猫道采用四跨连续形式，宽度为4米，中跨有7个通道，边跨有2个通道。,3、猫道架设,24,三、马鞍山大桥施工,3.3.2 主缆架设,索股架设采用双线往复门架拽拉式牵引系统，牵引卷扬机安装在北锚后，存索区和放索装置位于南锚后。,25,三、马鞍山大桥施工,3.3.3 钢箱梁安装,全桥梁段成对

9、称布置，共划分为135个节段，分为A、B、C、D、E、F、G、H八种类型。,钢箱梁标准节段,26,三、马鞍山大桥施工,安装原则：同步、对称；合龙时，先边塔后中塔。 总体安装顺序：从跨中33、34 (33、34 )号吊索梁段开始，同步对称向索塔方向分4个作业面进行钢箱梁吊装施工。 全桥共设4个合龙段，分别在主跨的5、64 (5、64 )号吊索对应梁段。,1、安装顺序,27,三、马鞍山大桥施工,中塔塔梁固结处合龙段：主要采用温差合龙和牵引预偏共同作用，合龙空间比合龙段1322cm（预留焊接收缩量影响）。 合龙时温度较低，合龙空间较高温季节大，再者如果合龙空间不足，将主跨整跨钢箱梁向边跨牵引预偏，确

10、保合龙空间。,2、中塔处合龙段吊装控制,28,中塔侧合龙(64#)：温差合龙； 储备措施：边跨侧牵拉预偏； 边塔侧合龙(5#)：牵拉预偏； 合龙要求：合龙空间合龙段梁 长+2030cm； 起吊方式：垂直起吊。,最终，仅用时2个多月完成全部136节段钢箱梁吊装工作，在创造国内悬索桥钢箱梁安装速度新纪录的同时，有效确保了合龙精度。,钢箱梁吊装 钢箱梁合龙,三、马鞍山大桥施工,四、马鞍山大桥施工工法创新,工法一 GGG(中企) C2070-2012 -钢混叠合塔塔柱施工工法 工法二 GGG(皖) C3082-2013 -提升超高钢筋混凝土索塔品质施工工法 工法三 GGG(皖) C3088-2013

11、-悬索桥索股架设施工工法 工法四 GGG(皖) C3083-2013 -拱形钢筋混凝土塔柱变曲率模板施工工法,30,大桥在建设团队在建设中针对特大桥梁施工中超高塔柱混凝土品质、锚碇大体积混凝土品质控制、缆索精确架设、曲线混凝土塔柱施工等常见难题，通过摸索和攻关，精益求精，实现了以下四个工法的创新。,4.1 钢混叠合塔塔柱施工工法 GGG(中企) C2070-2012,31,四、马鞍山大桥施工工法创新,悬索桥中塔采用钢混叠合结构，下塔柱为预应力混凝土塔，上塔柱为钢塔。,施工难点：中塔采用大规模的钢混叠合结构，必须保证叠合段混凝土与钢底板的密贴性，确保上下塔柱受力传递性能。,32,四、马鞍山大桥施

12、工工法创新,4.1.1 工法特点,劲性骨架定位钢筋及预应力管道,内腔锯齿块处设置模板填充块,1、下塔柱施工,定位劲性骨架,模板增加填充块,T1节段,钢绞线,叠合段,钢混叠合段高2m。T1节段高5.8m，底板平面尺寸为15.97.8m，下塔柱顶平面尺寸为17.09.2m。 施工难点： 针对大规模的钢混叠合结构，必须保证叠合段混凝土与钢底板的密贴性，确保上下塔柱受力传递性能。,33,2、钢混叠合段施工,四、马鞍山大桥施工工法创新,钢混叠合段示意图,1）叠合塔墩接头及塔梁固结模型试验,为验证结构受力合理及施工工艺可靠，开展了1/4模型试验。,2）混合料性能试验,为保证混合料的密实性与密贴性，开展了近

13、100次配合比试验。,3）现场1/4模型试验,为确定科学合理的叠合段混凝土浇筑工艺，现场开展了3次不同方案的浇筑对比试验。,开展叠合段相关试验,34,四、马鞍山大桥施工工法创新,1/4模型试验,配合比试验,现场1/4模型浇筑试验,确定叠合段混凝土施工工艺,1）叠合段布置6个定位立柱实现T1节段精确定位 2）底座板下焊接剪力钉优化叠合结构受力性能 3）浇筑195cm厚自密实混凝土+填充5cm厚高性能砂浆保证叠合段混凝土密贴性,35,四、马鞍山大桥施工工法创新,叠合段混凝土浇筑,底座板下焊接剪力钉,1）研发了全球最大水平臂上回转自升塔式起重机D5200塔吊，解决标准节段整节段吊装难题。,36,标准

14、节段整体吊装,四、马鞍山大桥施工工法创新,采用大吨位整节段的优点： 减少现场安装工序 加快安装速度 提高安装精度 增加结构受力整体性,3、钢塔柱安装,2）通过上塔柱主动横撑调整两塔间距，通过钢塔节段调节口调整修正累积误差。,37,主动横撑设置,四、马鞍山大桥施工工法创新,调节口布置,4.1.2 工法应用成果,38,四、马鞍山大桥施工工法创新,1）实现了钢筋及预应力管道的精确定位，加快了施工进度； 2）下塔柱采用填充式内模进行锯齿块施工，大大减少内模修改量，节约内模投入约40%； 3）根据试验结果表明叠合段顶面密实度达90%以上，有效保证了上下塔柱间的传力性能； 4）创造了平均2.3天安装一节钢

15、塔柱标准节段的新记录，塔柱倾斜度仅为1/15000，远优于设计允许误差值1/4000，两塔中心间距误差3.2mm低于设计允许值4mm。,4.2 提升超高钢筋混凝土索塔品质施工工法 GGG(皖) C3082-2013,39,四、马鞍山大桥施工工法创新,超高钢筋混凝土塔柱受现场施工工艺、浇筑条件、振捣水平、混凝土养护环境等诸多方面影响，易发生以下质量通病：,大面平整度难以保证 节段间错台严重、接头控制不理想 钢筋保护层合格率低 混凝土裂缝,工艺流程图,4.2.1 工法特点,40,四、马鞍山大桥施工工法创新,加大模板刚度,1、解决混凝土大面平整度难以保证问题,改变传统模板背带形式，加大模板刚度，采用

16、新型几字梁加方木组合。相对于传统塔柱模板系统，该模板系统具有材质更轻，刚度更大，结构受力更合理等特点，从而保证混凝土大面平整度。,41,四、马鞍山大桥施工工法创新,2、解决接缝控制不理想，节段错台严重问题,设置首节塔柱模板槽解决首节塔柱与塔座连接烂根现象,塔柱首节接缝,42,四、马鞍山大桥施工工法创新,环缝切割,切割后粘贴双面胶止污染,调整拉杆力臂，环缝切割工艺解决节段间错台严重问题,调整拉杆力臂,43,四、马鞍山大桥施工工法创新,3、解决混凝土保护层合格率不足问题,钢筋、模板精确空间定位,钢筋精确定位,模板空间定位,44,四、马鞍山大桥施工工法创新,高强度保护层垫块设置,选用高强度保护层垫块，保证设置密度,模板空间定位,双扎丝绑扎固定,保护层合格率检测,45,四、马鞍山大桥施工工法创新,降低混凝土入模温度,4、解决混凝土裂缝控制难题,通过对砂石料设置遮阳棚、冲洗台、拌合水制冷等措施降低混凝土浇筑入模温度。,遮阳棚,冲洗台,46,四、马鞍山