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地连墙的“修炼”守则——张靖皋长江大桥南航道悬索桥锚碇基础支护转结构复合地连墙施工关键技术

发布于:2025-01-24 11:04:24 来自:道路桥梁/桥梁工程

来源:桥梁视界

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作者:魏胜新等

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张靖皋长江大桥南航道桥其桥梁跨径布置为(2300+717)m两跨吊悬索桥,南锚碇基础采用支护转结构复合地连墙刚性接头新型结构,无成熟施工经验可借鉴。


本文主要分析了支护转结构复合地连墙施工重难点与所采取的关键技术措施。支护转结构复合地连墙施工关键技术在张靖皋长江大桥的成功实践,为大跨悬索桥梁在深厚覆盖层建设锚碇基础提供了更好设计选择并奠定了施工技术基础,也为其它工程基础设计与施工提供了成功的借鉴经验。


创新突破


张靖皋长江大桥位于江苏长三角城市群中心,是“十四五”期间国家重点推进的过江通道,连通张家港、靖江和如皋。南航道悬索桥其跨径布置为2300m+717m=3017m,缆跨布置为660m+2300m+1220m,为目前世界在建最大跨度桥梁。主塔采用钢箱-钢管约束混凝土组合索塔,辅塔采用钢壳混凝土组合索塔,塔基均采用钻孔灌注桩群桩基础,锚碇基础采用支护转结构复合地连墙基础,锚体采用框架式混凝土锚体结构,主缆采用标准强度为2200MPa的高强度钢丝,采用PPWS法架设,加劲梁采用整体式钢箱梁结构。南航道桥创6项世界之最和6项世界首创。南航道桥桥型布置如图1所示。


 

图1 南航道桥桥型布置图


南锚碇基础概况


南航道桥南锚碇基础采用外围双层“回”字形支护转结构复合地连墙基础,为世界首创锚碇基础结构。顺桥向长110m,横桥向宽75m,墙体深度83m,墙体厚度1.55m。地连墙形成32个小隔舱、15个大隔舱,与沉井结构类似,可实现沉井基础功能,避免了沉井下沉的施工风险。基坑开挖深度52m。基底以下18m范围地层进行地基加固,加固层顶、底标高为-49~-67m,持力层为密实粉砂层。南锚碇支护转结构复合地连墙基础剖面与平面布置如图2所示。


 

图2 南锚碇基础剖面与平面布置图


地连墙概况


地连墙设计划分198幅槽段,一期钢箱槽段94幅,墙深85m;二期钢筋笼槽段104幅,墙深83m。一期钢箱槽段分为一字形、L形、T形、十字形4种类形;二期钢筋笼槽段分为一字形、T字形两大类;一期十字形槽段钢箱最大重量407t;二期钢筋笼最大槽段重280t。南锚碇地连墙槽段划分平面布置如图3所示。地连墙一、二期槽段在接头处,采用多道钢筋网片排插连接方式,形成非接触搭接刚性接头。一期槽段放置封闭钢箱结构,钢箱向两侧外伸4道横向钢筋网片。二期槽段钢筋笼在刚性接头连接处设置2道横向钢筋,插入一期槽段的4道横向钢筋之内,形成非接触搭接,以满足受力需求。地连墙一期与二期槽段排插刚性非接触连接如图4所示。


 

图3 南锚碇地连墙槽段划分平面布置图

 

图4 一期与二期槽段刚性非接触连接布置图


地质水文情况


锚址区域地层分布从上往下依次是粉土、粉砂、粉质黏土夹砂、粉砂等,覆盖层较厚,钻孔140m深度范围内未揭示基岩,原状地层-67m以上没有较理想的持力层。锚址区域潜水位0.32~1.50m,承压水位1.61~1.71m,潜水、承压水含水层均与长江水存在水力联系。


地连墙总体施工流程


施工准备→槽壁加固→一期槽段铣槽、成槽→下放一期槽段钢箱结构→一期槽段钢箱底部浇注2m高混凝土固定钢箱→钢箱外下放接头箱→钢箱内下放导管浇注水下混凝土→二期槽段成槽→清理碎石并拔出接头箱→用特制刷壁器清洗接头处钢箱及钢筋网片泥浆→下二期槽段钢筋笼→下放导管浇注水下混凝土→一期槽地连墙侧10cm宽注浆→地连墙底压浆→重复循环一、二期槽段地连墙施工→完成全部地连墙施工。


地连墙施工关键技术分析


超深超大规模地连墙槽段多,十字形、T形、L形、一字形槽段形状各异,采用新型钢筋网片排插刚性接头,无成熟施工经验可借鉴,存在较高的施工质量和施工吊装安全风险。地连墙施工重难点分析表,见表1。


 

地连墙施工关键技术措施


首件足尺工程线外试验段


为验证地连墙新型排插式网片刚性接头各道施工工艺的可行性和可操作性,在地连墙大规模施工之前在距离南锚碇50m左右东侧区域进行了3幅地连墙足尺试验段工艺试验,由1个一期十字形、一字形槽段(深83m)和1个二期一字形槽段(深81m)组成。地连墙线外试验段平面布置,如图5),地连墙槽段线外试验表,见表2。


 

图5 地连墙线外试验段平面布置图

 


3幅地连墙试验段严格按拟定施工工艺施工,成槽、成墙试验过程未发现异常情况,试验施工过程表明试验段所采用的各项施工工艺总体合理可行,具备可操作性,现场绳锯割取3块试件实测刚性接头极限抗弯承载力平均值高于理论计算预测值。因此地连墙可按拟定的施工方案进行大规模正式施工。


超深地连墙成槽垂直度控制技术


槽壁加固垂直度一定程度上影响成槽垂直度。采用三轴搅拌桩工艺加固槽壁(φ850),在桅杆上安装倾角传感器,确保成桩垂直度偏差不大于1/250。全过程数据实时采集并对施工参数进行实时监控、云存储,在搅拌桩监控平台上实现进度、质量管理。


在双轮铣槽机自动纠偏系统基础上,搭载施工单位自主研发的双轮铣施工智能辅助决策系统,智能识别施工地层,并自动推荐施工参数,降低人为因素对成槽垂直度的不利影响,确保成槽垂直度达到1/800。


槽壁稳定性控制技术


存在不利重载工况分析:十字形槽段成槽,190t宝峨BC-40双轮铣槽机需骑跨在已铣好的槽段;十字形钢箱及吊具重约420t,采用1000t履带吊吊装,成槽及吊装工况下,有可能对槽段稳定性产生不利影响;理论计算分析:对十字形槽段成槽及吊装过程进行槽壁稳定性进行计算分析,通过现场铺设钢板、导墙槽口内安装临时型钢撑杆等加固手段不会发生滑移面破坏,保障已成槽段槽壁稳定性。


成槽泥浆性能指标控制。采用一体式自动制浆系统,实现原材料自动称重、上料,保证新制泥浆质量。利用深层泥浆比重检测仪,对槽孔内全深度泥浆比重进行检测,保证循环泥浆质量。三轴搅拌桩槽壁加固底以上深度范围成槽后,因泥浆含槽壁加固水泥成分,对泥浆护壁性能产生劣化,在槽壁加固底以下铣槽之前,必须采取新鲜泥浆置换已劣化泥浆,保证护壁效果。


局部精细化减压降水,增加槽内泥浆与槽外周围水头差。采用管井降水,降低成槽施工槽段周边地下水位;小隔舱封闭槽段施工时,利用轻型井点降水,降低小隔舱内的地下水位。


除利用孔壁超声仪检测成孔槽形及垂直度外,还利用钢筋检孔器进一步验证一期、二期槽段槽形与垂直情况。


钢箱、钢筋笼加工及

安装精度控制技术


委托专业工厂长线法制作钢箱,节段之间工厂内进行匹配,保证制造精度;钢箱节段现场采用专用工装对钢箱连接时进行粗、精定位,测量仪器现场跟踪测量垂直度;在槽口设置导向装置,辅助钢箱顺利入槽。


在钢箱上设置倾角仪,并以倾角仪数据为依据,实时监测钢箱入槽过程中的垂直度,若倾角超出控制限值,采用调整履带吊仰角,对钢箱姿态进行调整。


采用液压千斤顶对钢箱姿态进行微调。


采用钢箱专用调平固定装置,保证钢箱分节拼接时的精度、安全及稳定性。


二期槽钢筋笼长线法制作与安装技术。设计钢筋笼制作专用胎架、龙口加强、钢筋笼轴线及高程定位系列工装,确保加工及对接精度;针对多约束条件下钢筋笼下放卡笼风险,分析钢箱的测斜数据,匹配制造钢筋笼,确保钢筋笼顺利安装。


一、二期槽虚拟安装技术。采用槽壁垂直度检测数据,利用槽壁三维形态拼接软件,生成实际槽孔形状;根据钢箱、钢筋笼测斜数据、安装倾角、孔口北斗坐标,生成钢箱、钢筋笼安装完成后的实际姿态;通过对实际槽孔形状、钢箱姿态、钢筋笼姿态的碰撞检查,提前预测钢箱及钢筋笼能否顺利安装与下放。地连墙槽段虚拟安装技术如图6所示。


 

图6 地连墙槽段虚拟安装技术应用效果图


混凝土绕流控制技术


在钢箱两侧安装通长橡胶纤维囊袋(直径150cm,爆破压力大于4MPa),囊袋两侧安装角钢进行限位保护,囊袋随钢箱下放同步安装,在钢箱完成第一次封底混凝土浇筑后,充水加压至0.5MPa,随后回填碎石,二期槽混凝土浇筑前补压。地连墙防绕流囊袋布置如图7所示。


 

图7 地连墙防绕流囊袋布置及实际效果图


钢箱刚性接头部位刷壁技术


研制刮板、毛刷分级刷壁专用工装,该工装与铣槽机连接形成机械式刷壁。地连墙刮板、毛刷分级刷壁专用工装如图8、图9所示。


 

图8 地连墙刮板刷壁专用工装示意图

 

图9 地连墙毛刷刷壁专用工装示意图


对双轮铣刀架泥浆循环管路进行改造,将机械刷壁与射水刷壁相结合,实现对排插式钢筋网片快速高效刷壁,保证刷壁效果。


重载钢筋笼双机抬吊

转体吊装控制技术


二期槽段钢筋笼,分2节或3节进行吊装,钢筋笼最大总质量280t,采用1000t和500t履带吊双机抬吊转体,1000t单机履带吊行走至槽口下放。重载钢筋笼抬吊转体容易使钢筋笼骨架变形,吊点设置也存在吊装安全隐患。


顶节钢筋笼龙口设置钢板与每根竖向主钢筋加强,增加龙骨桁架钢筋数量提高钢筋笼整体刚度。


主、副吊点处设置钢板与竖向主钢筋焊接,进行局部加强。


加大吊装卸扣尺寸,保证卸扣在钢筋笼转体时能转动。


“三槽合一”工艺创新


在外围双层一期和二期地连墙先期施工经验基础上,对大隔舱地连墙槽段提出“三槽合一”工艺优化:南锚碇地连墙槽段数量由198幅减少为162幅。其中一期钢箱槽段76(原设计94)幅,墙深85m;二期钢筋笼槽段86(原设计104)幅,墙深83m。内侧大隔舱三槽合一槽段共计18幅。地连墙槽段分幅优化前后对比如图10所示。


 

图10 地连墙槽段分幅优化前后对比示意图


创新性采用“三槽合一、一槽两笼”工艺,即一个一期槽段与两个二期槽段一次成槽,两个整体式钢筋笼分别下放。降低了混凝土绕流、钢箱偏位等安全质量风险,提升了地连墙整体质量,提高了施工工效,8~9天完成一幅三槽合一槽段。经试验证明,三槽合一刚性接头承载力比现有设计刚性接头承载力提高约45%。地连墙槽段优化前后对比如图11所示。


 

图11 地连墙槽段布置优化前后对比图


建立了超长单元槽段槽壁计算分析理论,突破了传统地连墙单元槽段6~7m的分幅瓶颈,将单幅槽段长度延长至15.1m,实现了超长槽段稳定性及变形的精准分析,为超长槽段地连墙施工提供了理论支撑。提出了15m超长槽段精细化施工成套技术(井点降水、掺硫酸钡提高泥浆比重、两台铣槽机对称同步成槽等),解决了临江复杂地质条件下地连墙超长槽段施工难题,实现了地连墙超长槽段“一槽两笼钢筋排插新型接头”重大工艺创新。


成功实践


张靖皋长江大桥南航道桥支护转结构复合地连墙南锚碇基础结构从2022年11月19日开始至2023年12月26日,历时403天安全顺利完成;1471根直径2.2m超高压旋喷桩深层地基18m高加固于2024年6月29日完成,地连墙外围32个小隔舱夹层混凝土于2024年9月20日完成。地连墙成槽指标检验成果如表3所示。


 


从后续大、小隔舱除土开挖后情况检查,地连墙施工质量优良。支护转结构复合地连墙施工关键技术在张靖皋长江大桥的成功实践,充分证明了这种创新性结构作为超大跨悬索桥软土地基上的锚碇基础,永临结合,经济合理,适应性好,风险可控,具有突出的优越性,为大跨悬索桥梁在深厚覆盖层建设锚碇基础提供了更好的选择,可为类似工程基础设计与施工提供成功的借鉴经验。

   

本文刊载 / 《桥梁》杂志

2024年 第6期 总第122期

作者 / 魏胜新 夏欢

作者单位 /  武汉大通工程建设有限公司

中交第二航务工程局有限公司


编辑 / 李诗韵

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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只看楼主 我来说两句抢沙发
这个家伙什么也没有留下。。。

桥梁工程

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