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单位：路桥华南工程有限公司日期：二OO三年十月1、前言1.1东海大桥建设的意义•为实现将上海建设成为国际经济中心、贸易中心、金融中心的宏伟目标，上海必须首先建立国际航运中心。有关部门经多年的论证，确定将浙江省舟山市嵊泗县崎岖列岛的大、小洋山规划成为上海国际航运中心的集装箱深水枢纽港。洋山港区自然水深、航道条件优越，具备开辟15m水深港区和航道的优越条件，可建大型集装箱深水泊位30多个，满足上海港近期、中期及远期的集装箱远洋运输要求。•拟建的东海大桥（即原芦洋大桥或芦洋跨海大桥）工程是洋山港区必不可少的重大配套工程。洋山港区虽具有建深水港的优越条件，但大小洋山属于外海孤岛，港址距离上海芦潮港约30KM，与大陆没有直接的陆路交通连接，且岛上缺水、缺电，要使洋山港区真正成为国际航运中心，必须建设东海大桥，使其成为连接大陆与港区的快速交通集散通道，使洋山港成为距上海最近的具有陆岛交通直接连接的深水外港。1.2东海大桥自然条件•地理位置•地形•工程地质概况•水文条件•气候条件•地震基本烈度1.3东海大桥工程简介•东海大桥道路等级为高速公路，设计车速80km/h，双向六车道规模，两侧设置连续应急停车带，为两座分离式上、下独立桥，净间距1米，总宽31.5米。•东海大桥工程包括：芦潮港新老大堤之间2.264km的陆上段、芦潮港至嵊泗县崎岖列岛的小乌龟之间25.1315km的跨海段以及小乌龟岛至小洋山之间的3.478km的近岛段，走线总长度约为32.7km，工程总投资约71亿元。东海大桥建设单位为上海同盛大桥建设有限公司，设计单位为上海市政工程设计研究院和中铁大桥勘察设计院，监理单位为大桥工程建设监理公司（武汉）联合体。•东海大桥为洋山港区对外集疏运专用通道，按双向6车道高速公路标准设计，桥面宽度31.5m。陆上段大桥上部结构采用30m跨径预应力砼箱梁，基础采用Φ600PHC管桩，桩长34m左右。对于跨海段，非通航孔桥梁上部结构采用60m和70m的等高度连续箱梁方案，基础采用打入桩Φ1200PHC桩和Φ1500PHC钢管桩；5000吨级通航孔采用单孔双向，桥梁采用双塔单索面结合箱梁斜拉桥方案，其余通航孔采用双孔单向通航，桥梁采用预应力混凝土连续箱梁，通航孔桥梁基础采用大直径钻孔灌注桩基础。东海大桥主要设计标准如下：1桥梁标准宽度31.5m;2设计行车速度80km/m;3车辆荷载等级：按汽车－超20级设计，挂车－120验算；并按全桥集装箱重车满布，车辆轴距为10m进行计算复核；4地震烈度：地震基本烈度为6度，大桥按地震烈度7度进行抗震设计。通航孔桥重要性系数采用1.7，非通航孔桥重要性系数采用1.3;5风荷载：100年一遇10m高度处设计风速V10m＝42m/s;6桥面最大纵坡：3％，最小纵坡3‰；7桥面横坡：1.5%。8通航水位：设计最高通航孔水位取历史最高潮位4.02m（国家85高程）；9通航标准：东海大桥全线设4处通航孔：5000t级通航孔一处，通航净空为300mⅹ40m（单孔双向）或190mⅹ40m（双孔单向）；1000t级通航孔一处，通航净空为100mⅹ25m（双孔单向）500t级通航孔二处，通航净空为56mⅹ17.5m（双孔单向）10设计水位：非通航孔桥设计采用100年一遇水位3.73m（85国家高程）。11非通航孔桥和通航孔桥结构按50年一遇水位加上50年一遇波浪作用进行设计，按100年一遇水位加上100年一遇H1%波浪进行校核。附东海大桥平面布置图1.4评估等级•洋山深水港是上海新世纪的第一个重点工程，也是上海实现跨越式发展、提高上海综合竞争力的战略性工程，对上海、对全国的长远发展具有重大意义，因此，拟建的东海大桥作为洋山港区必不可少的重大配套工程，具有极高的重要性，为I级重要构筑物；•根据工程建设用地范围内地质环境条件分析，除基岩岛屿断外，桥址区附近覆盖层厚度大，场地软弱，沿线地基土岩性岩相变化较大，地质环境条件复杂。•依据东海大桥工程重要性及桥址区附近地质环境条件，确定东海大桥工程建设用地的地质灾害危险性评估等级为一级。1.5路桥华南工程有限公司承担工程及特点1承担工程介绍第一联（K6＋279桥）70m＋120m＋120m＋70m（500吨级）第二联（K12＋149桥）80m＋140m＋140m＋80m（1000吨级）第三联（K24＋829桥）90m＋160m＋160m＋90m（500吨级）2IV标主要工程特点⑴工程规模大、施工作业面分散本标段全长1320m，包括三座副通航孔桥，其中心桩号分别为K6+279、K12+149、K24+829，工程规模较大，施工作业面分散。路桥华南工程有限公司承担东海大桥IV标段工程，本合同段工程为三座辅航道孔桥梁，桥跨结构采用多跨预应力砼箱形连续梁，孔径组合及各副通航孔桥主要尺寸分别为：具体的东海大桥IV桩位尺寸详见K12+149桥中墩桩位及承台构造图⑵自然条件差、有效施工作业天数少东海大桥IV标在施工过程中除受大风限制和台风侵袭外，还受雷暴、大雾、高温及严寒气候及潮汐等恶劣自然条件的影响。一年中平均有效施工作业天数仅为210天左右，严重地限制了本工程的正常作业。而本工程的工期为33.5个月，实际有效作业工期仅为19个月左右。⑶施工组织难度大本标段工程量大，施工作业面分散，水上作业船舶多，且部分处于航道区域，来往船只频繁，且受自然条件限制、有效作业作业天数少，施工组织难度很大，必须精心有序的组织安排施工，统一合理的配置资源，同时要运用先进成熟的施工技术和生产过程的科学监控才能保证大桥按期保质地顺利通车。⑷技术含量高东海大桥IV标技术难点主要包括：海水环境下的钻孔灌注桩施工技术、承台2900m3大体积混凝土温控措施、箱梁施工监控和混凝土外观质量的控制等等。⑸安全风险大桥址海区自然条件恶劣，施工中不确定风险因素较多，施工风险较大。2、桩基础类型及发展2.1桩基础发展简史[3]桩基础的发展过程，主要可从两个方面来探讨，即桩的材料和成桩工艺方法。最早使用的是木桩。早在新石器时代，人类在湖泊和沼泽地里，栽木桩搭台作为水上住所，汉朝已用木桩修桥。到宋朝，木桩技术已比较成熟，今上海市的龙华塔和山西太原的晋祠圣母殿，都是现存的北宋年代修建的桩基建筑物。在英国也保存有一些罗马时代修建的木桩基础的桥和居民点。19世纪20年代，开始使用铸铁板桩修筑围堰和码头。到本世纪初，美国出现了各种型式的型钢，特别是H型的钢桩受到营造商的重视。美国密西西比河上的钢桥大量采用钢桩基础，到30年代在欧洲也被广泛采用。二次大战后，随着冶炼技术的发展，各种直径的无缝钢管也被作为桩材用于基础工程。上海宝钢工程中，曾使用直径为90cm，长约60m的钢管桩基础。本世纪初钢筋混凝土预制构件问世后，才出现厂制和现场预制钢筋混凝土桩。我国50年代开始生产预制钢筋混凝土桩，多为方桩。1949年美国雷蒙德混凝土桩公司最早用离心机生产了中空预应力钢筋混凝土管桩。我国铁路系统于50年代末也生产使用预应力钢筋混凝土桩。以混凝土或钢筋混凝土为材料的另一种类型的桩，是就地灌注混凝土桩。本世纪20到30年代已出现沉管灌注混凝土桩。上海在30年代修建的一些高层建筑的基础，就曾采用沉管灌注混凝土桩，如Franki桩和Vibro桩。到50年代，随着大型钻孔机械的发展，出现了钻孔灌注混凝土或钢筋混凝土桩。在50年代到60年代，我国的铁路和公路桥梁，就曾大量采用钻孔灌注混凝土桩和挖孔灌注桩。从成桩工艺的发展过程看，最早采用的桩基础施工方法是打入法。打入的工艺从手锤到自由落锤，然后发展到蒸气驱动、柴油驱动和压缩空气为动力的各种打桩机。另外还发展了电动的震动打桩机和静力压桩机。随着就地灌注桩，特别是钻孔灌注桩的出现，钻孔机械也不断改进。如适用于地下水位以上的长、短螺旋钻孔机，适用于不同地层的各种正、反循环钻孔机，旋转套管机等等。为提高灌注桩的承载力，出现了扩大桩端直径的各种扩孔机，出现了空底或周边压浆的新工艺。目前，桩基的成桩工艺在不断发展中。2.2桩基础的适用条件[4]桩基础适宜在下列情况下采用：2.1荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；2.2河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全；2.3当地基计算沉降过大或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软（高压缩性）土层，将荷载传到较坚实（低压缩性）土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀；2.4当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减少施工困难和避免水下施工；2.5地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减少地震对结构物的危害；以上情况也可以采用其它型式的深基础，但桩基础由于耗用材料少、施工快速简便，往往是优先考虑的深基础方案。2.3桩的分类[3]在钻孔灌注桩出现之前，由于打桩机械能力的限制，桩的直径较小，钻孔灌注桩出现以后，桩的直径日益增大。桩的分类，根据不同目的可以有不同的分类法，现简单介绍如下。3.1按成桩方法对土层的影响分类不同成桩方法对周围土层的扰动程度不同，将影响到桩承载力的发挥和计算参数的选用。一般可分为挤土桩、部分挤土桩和非挤土桩三类。3.2按桩材分类根据桩的材料，可分为木桩、混凝土桩（含钢筋混凝土桩和预应力钢筋混凝土桩）、钢桩和组合桩。3.3按桩的功能分类桩在基础工程中，可能主要承受轴向垂直荷载，或主要承受横向水平荷载，或两种荷载都有。在高耸塔形建筑物和水中的高桩承台基础中，桩还要承受风和浪所引起的往复拉和压的荷载。因此，按功能桩可分为抗轴向压的桩、抗横向压的桩和抗拔桩其中，抗轴向压桩进一步从桩的荷载传递机理又划分为摩擦桩、端承桩和端承摩擦桩。显然，从桩的功能看，许多建筑物的桩要求同时承受轴向荷载和水平荷载，或同时要考虑拉和压的作用。3.4按成桩方法分类成桩的方法和工艺，随科学技术和施工机械的发展，不断出现一些新的成桩方法和工艺，现只介绍常用的成桩方法形成的桩。可分为打入桩、就地灌注桩、静压桩、螺旋桩。其中，就地灌注桩按成孔的工艺又可分为爆扩桩，沉管灌注桩和钻、挖孔灌注桩。3.5按承台位置分类桩基础按承台位置可分为高桩承台基础和低桩承台基础。2.4桩型和成桩方法的选择[3]桩的类型和施工方法的选择应考虑多方面的因素，其中主要有：1建筑物本身的要求，如荷载的形式和量级，基础的几何尺寸，对沉降的敏感性和要求以及工期的要求等等。2工程地质和水文地质条件。各种类型的桩有其适用的土层条件，各种成桩方法也有它的适用范围。因此，对场地的地层分布，持力层的深度，不良的地质现象，地面水和地下水的流速和腐蚀性等等都应查明。3场地的环境。桩基施工可能的带来振动和噪音的环境污染，就地灌注桩如果用泥浆护壁则有泥水排泄问题。因此应对场地周围的环境污染的限制，污水处理，施工和周围建筑物的相互影响等进行分析。4设备，材料和运输条件。桩型和施工方法的选择必须考虑到施工的技术力量，施工设备和材料的供应可能性。5经济分析。满足上述条件的情况下，常常有几种桩型可供选择，最终应在经济分析的基础上选择一种合适的桩型和施工方法。2.5桩基础的设计原则[3]任何建筑物的桩基设计都必须满足两个方面的要求，其一是桩与基土相互之间的作用是稳定的，其次是桩本身的结构强度是足够的，前者就是埋入地基中的桩，受到建筑物传来的各种荷载作用时，桩与土的相互作用是否保证桩有足够的承载力，又同时是否使桩不致产生过量的沉降差以及在桩受到水平向荷载时对桩产生的弯矩与扰曲是否在容许范围以内，在受到上拨荷载时是否使桩不致产生过大的上拨量。3、东海大桥钻孔灌注桩施工技术3.1钻孔灌注桩施工准备3.1.1材料准备灌注桩基础施工前应具备下列资料：（1）场地工程地质勘测资料和必要的水文地质资料（2）桩基工程施工图，包括桩的类型与尺寸，桩位平面布置图，桩与承台连接，桩的配筋与混凝土标号以及承台构造及与之相关的图纸会审纪要等（3）建筑场地和临近区域内的地下管线（管道、电缆