港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用

港珠澳大桥工程介绍设计所所长目录概述1主要技术标准2建桥条件3设计理念4预制墩台5钢主梁整体制造及架设技术6钢主塔预制及架设技术7港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用1概述港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用珠海澳门工程总长约50公里，是世界上规模最大的跨海工程。建成通车之后，“香港上班、珠海居住”将成为可能。1概述香港港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用珠海、澳门口岸深水区钢箱梁珠海侧接线浅水区组合梁青州航道桥九洲航道桥江海直达船航道桥沉管隧道1概述港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用东人工岛西人工岛沉管隧道香港侧接线香港口岸1概述港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用2主要技术标准港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用(1)公路等级：高速公路；(2)设计速度：海中桥梁设计速度为100km/h；(3)行车道数：双向六车道；(4)设计寿命：120年；(5)建筑限界：路面总宽度：33.10m；(6)设计规范：同时满足三地规范要求；(7)设计荷载：将现行交通运输部颁《公路桥梁设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.3.1条规定的汽车荷载中规定的汽车荷载（公路－Ⅰ级）提高25%用于本项目设计计算。按香港《UnitedKingdomHighwaysAgency’sDepartmentalStandardBD37/01》规定的汽车荷载进行计算复核；2.1主要技术标准2主要技术标准港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用(8)设计最高通航水位：3.52m（1985国家高程基准）；(9)设计最高水位：3.82m（1985国家高程基准）；(10)设计通航净空：桥区通航孔设置以及通航孔净空尺度要求见下表所示；其中，海事部门要求青州航道桥桥跨净宽（扣除承台及防撞设施）不小于410m。2.1主要技术标准通航孔所在航道通航吨级(ｔ)通航孔个数净空高度(m)净空宽度(m)备注青州航道10000142.0318单孔双向九洲航道10000140.0210单孔双向江海直达船航道5000224.5173单孔单向各小船航道500-20.085利用边孔各通航孔净空尺度表(11)地震设防标准：地震基本烈度为VII度；(12)设计洪水频率：1/300。2主要技术标准港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用3建桥条件港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用桥址区建桥条件复杂，归纳起来主要有以下几点：3建桥条件1）风况复杂，台风登陆频繁，桥址区设计基本风速高达48.7m/s2）桥位处航道众多、航行密度大、对航行安全要求高3）工程建筑高度（含施工期）需满足香港及澳门机场航空限制港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用3建桥条件1）风况复杂，台风登陆频繁，桥址区设计基本风速高达48.7m/s2）桥位处航道众多、航行密度大、对航行安全要求高3）工程建筑高度（含施工期）需满足香港及澳门机场航空限制4）桥轴线穿越珠江口中华白海豚保护区，环保要求严格中华白海豚自然保护区试验区缓冲区核心区珠海澳门香港机场大屿山粤港分界线珠江口桥轴线与中华白海豚保护区关系图桥址区建桥条件复杂，归纳起来主要有以下几点：5）工程处于珠江三角洲重要的泄洪纳潮通道，减小阻水率以满足防洪要求港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用4设计理念港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用4设计理念4.设计理念港珠澳大桥项目的建设目标是：采用一流管理、一流理念、现代化技术，将港珠澳大桥建设成为世界一流品质的跨海通道和地标性建筑，为用户提供优质服务建设理念：需求引导设计港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用4设计理念4.设计理念设计使用年限：120年技术标准高：同时满足三地技术标准工程规模浩大建桥条件复杂桥梁构件预制化是核心内容建设方针：大型化、工厂化、标准化、装配化港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用4设计理念4.设计理念本项目桥梁工程全长22.9公里，非通航孔桥占87.6%，是本项目建设工期、工程质量、工程投资的控制因素。为全面实现大桥总体建设目标，非通航孔桥建设广泛应用了预制化技术，基础采用墩台预制吊装施工，上部结构均采用整孔预制、架设。港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.1预制墩身技术应用回顾东海大桥模式—底节墩身预制，现浇接高不足：未能实现最大限度减小海上现浇作业的目标杭州湾跨海大桥模式—在控制吊高及吊重的基础上，整体预制不足：港珠澳平均墩高较高，无法实现全部墩身预制目标。上述工程均采用一次吊装，没有多节段安装的先例，无法解决高墩预制安装。港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台东海大桥和杭州湾跨海大桥预制墩身与承台连接方式：均采用现浇湿接头的连接方式，节段之间不设接头。不足：①现浇接头放在墩身和承台之间，受力比较复杂，接头区域出现裂纹病害；②承台和较高的墩身均需现浇，质量无法保证。上述问题需要进一步研究解决。杭州湾湿接头方案5.1预制墩身技术应用回顾港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.2港珠澳大桥预制墩台技术的突破杭州湾跨海大桥施工方案的确定，基于当时施工装备和施工能力；港珠澳大桥建设者秉承“需求引导设计”的理念，考虑到机具设备能力的大幅提升，提出了墩身、承台采用大节段预制安装方案，最大程度减少海上施工，从技术上突破吊装重量、接头施工的限制。5.2.1设计理念的突破港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台预制承台技术在国内首次采用预制技术施工埋置式承台，设计过程中开展了埋置式墩台专题研究及现场足尺试验，对于相关技术难点和关键技术予以验证。实践表明，该方案具有施工便捷、迅速，混凝土质量优良，结构整体性好等优点。承台预制5.2.2技术上的突破港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台预制墩身技术非通航孔桥墩身全部采用预制方案，摒弃了过往依据施工机具设备能力确定预制墩身范围的思路，对于提高工程质量具有积极意义；为降低阻水比，港珠澳大桥下部结构采用整墩布置，预制墩身规模大大超过以往，墩身采用多段预制、接高成为必然选择。墩身预制5.2.2技术上的突破港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台预制墩身与承台的连接杭州湾大桥采用湿接头连接，由于接头区受力复杂，容易开裂。港珠澳大桥采用底节墩身与承台整体预制，避免在两者交界面形成施工缝，从而改善接头受力，提高了结构耐久性。5.2.2技术上的突破港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3港珠澳大桥埋床法预制墩台施工技术预制墩台施工特点•承台与底节墩身整体预制•承台后浇桩位预留孔实现与桩的连接需要解决问题•预制承台与钢管复合桩间的可靠连接、止水主要方案•大圆筒干法安装方案•分离式胶囊柔性止水方案•无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.1大圆筒干法安装方案5、现浇预制承台预留孔4、吊装预制墩台3、大圆筒内抽水形成干环境2、8锤联动振沉大圆筒围堰1、桩基础施工该方案源于港珠澳隧道人工岛成岛方案：港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.1大圆筒干法安装方案能提供较宽阔的海上干施工区域，作业空间大；整体性、独立性强，止水性好；支撑体系可灵活调整，筒内施工设备利用率高；与传统围堰施工方法相比，减少了封底施工的步骤，施工周期短；大圆筒能周转使用，具有较好的经济效益。依赖于大型先进设备组的配合，对设备集成性要求高；施工水域的水深需满足大型机械船舶设备的吃水要求；大圆筒的打拔对地质的要求较高，地层需均匀分布，且岩面埋藏较深，上覆盖土层需有一定厚度的不透水层，以满足隔水、止水的需求。缺点优点港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.2分离式胶囊柔性止水方案4、现浇预制承台预留孔3、利用分离式止水胶囊实现止水2、整体吊装有止水胶囊的预制承台1、桩基础施工港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台止水原理：分离式止水胶囊由环形托盘、内侧止水胶囊、顶面GINA止水带以及张拉收紧装置组成。预制墩台调整到位后，通过收紧张拉装置，压合GINA止水带，实现环形托盘与承台间的水平向止水，之后向设置于环形托盘与钢管桩间的止水胶囊充气，实现钢管桩与承台间的竖向止水。5.3.2分离式胶囊柔性止水方案港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.2分离式胶囊柔性止水方案不需进行围堰等附加止水结构的施工；承台顶面以下范围不需要围堰，施工较方便；对大型机械施工设备的依赖性相对较小，经济性比较好。钢套箱与承台形成的整体围水结构直接与海水接触，在海水作用下发生相对摆动，施工过程墩台止摆难度较大；分离式胶囊止水结构的构造复杂，施工工序较繁琐，操作环节多；对止水胶囊的质量要求较高，有一定难度和风险。缺点优点港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.3无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案5、现浇预制承台预留孔4、吊装预制墩台3、封底、抽水形成干环境2、浮吊下沉无内支撑双壁锁口钢套箱围堰1、桩基础施工港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.3无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案施工照片特点：技术成熟，风险小，适用于水深不大、基岩埋深较浅的区域港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.3.4小结实践表明，三种方案各有特点，从预制承台的设计思路上来讲，分离式止水胶囊方案构造简单，与预制承台设计理念更为接近，针对其施工工序繁琐和止水风险等，可进一步研究，以优化构造设计，完善止水措施，实现设计理念和施工工艺的完美融合，以促进预制承台技术推广应用。港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.4预制墩身接高技术5.4.1干接方案深水区非通航孔桥预制墩身之间在国内率先采用干接缝形式进行连接，避免了现场浇筑混凝土，不仅简化了现场作业工序，缩短施工周期，而且有利于确保结构的工程质量，提高了结构耐久性。28天后复拉、压浆、封锚5、再次下放上节墩身，张拉预应力粗钢筋4、拼接缝涂抹环氧树脂3、连接上下节段墩身的预应力粗钢筋2、测量墩身倾斜度，起吊墩身，填塞镀锌薄铁片调整垂直度1、墩身运至现场预对位，调整平面偏差港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.4.1干接方案采用强度高、锚固回缩小的大直径高强螺纹钢筋，滚压连续全螺纹可有效降低锚具的回缩，提高锚固性能。锚固体系包括四个部分：张拉锚固系统、固定端锚固系统、钢筋接长系统、波纹管连接密封系统。港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台采用强度高、锚固回缩小的大直径高强螺纹钢筋，滚压连续全螺纹可有效降低锚具的回缩，提高锚固性能。锚固体系包括四个部分：张拉锚固系统、固定端锚固系统、钢筋接长系统、波纹管连接密封系统。5.4.1干接方案港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.4.2湿接方案4、二次浇注临时支撑装置处的墩身混凝土3、浇注湿接头混凝土2、三向调节装置精确调整上节段墩身姿态及位置1、上节墩身吊装并支撑于下节墩身顶面临时支点港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台墩身的大节段预制安装要满足安装精度，势必大幅提高承台的安装精度，这对于恶劣海况条件下施工是极大的挑战。采用湿接头连接方式，具有以下优点：1）便于在现浇混凝土范围内，调整上节预制墩身的安装精度，从而消除安装误差，这对于高度较大的预制墩身安装精度控制具有重要意义。2）避免采用预应力体系，回避预应力体系失效或遭腐蚀带来的耐久性风险，且结构动力性能较优。5.4.2湿接方案港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用5预制墩台5.4.3小结设计者基于不同的视角对连接方式采取了不同的方案，两种连接方式在本项目均取得了很好的应用，也同样存在一定的不足，仍需根据工程实践经验进一步总结完善，两者间的比选尚需在运营期更长的时间内予以验证。港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用6钢主梁整体制造及架设技术港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用6钢主梁制作及架设技术6钢主梁制作及架设技术深水区非通航孔桥综合考虑景观、防撞、水流、抗震、基础规模、施工及航行安全、环保等因素，采用了110m跨径整墩整幅钢箱连续梁方案；浅水区非通航孔桥考虑长大纵坡钢桥面铺装耐久性、景观、养护和工期等方面因素，采用了85m跨径整墩分幅组合连续梁方案。港珠澳大桥桥梁工程预制