天兴洲大桥施工质量评估报告

中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告武汉天兴洲公铁两用长江大桥正桥工程施工质量评估报告一、工程概况天兴洲公铁两用长江大桥位于武昌青山镇至汉口谌家矶一线，距上游的武汉长江二桥约9.5km，大桥中线与长江主流正交，是国家“十五”重点建设项目之一。本标段施工范围为028#墩至20#墩，设计里程DK9+264.4～DK12+106.5，全长2842.1m,由北向南依次为28孔40.7米箱梁+（98+196+504+196+98）米钢桁斜拉桥+15孔40.7米箱梁。上层公路为六车道，宽27米。下层铁路为四线，其中两线一级干线、两线客运专线。1、桥梁结构天兴洲公铁两用长江大桥0#～5#墩为南汊正桥，5#～20#墩为南引桥，0#～028#墩为北引桥。南汊正桥为（98+196+504+196+98）m双塔三索面钢桁梁斜拉桥，全长1092m。上层6车道公路为正交异性板和混凝土结合桥面板，沥青桥面；下层4线铁路（客、货运各2线）为道碴桥面。斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N形桁架，三片主桁，桁宽2×15m，桁高15.2m，节间长度14m。钢桁梁无索区长度，端部56m，跨中28m。钢梁采用14MnNbq钢，焊接整体节点。钢桁梁工地连接均采用M30、M24高强度螺栓。主塔采用混凝土结构，钻石形，承台以上高度188.5m；每塔两侧各有3×16根斜拉索，斜拉索为镀锌平行钢丝，双层PE护套，冷铸锚。斜拉索截面最大为451-φ7，最大设计索力12170kN，单根最大索重40t。钢桁梁上索距14m，相邻索面中心距15m；斜拉索下端锚固于主桁上弦节点锚箱内，上端锚固于上塔柱钢锚梁内，斜拉索上端为张拉端。主塔基础均采用φ3.4m钻孔灌注桩，2#墩32根，桩长53～57m，3#墩40中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告根，桩长84m。0#墩～028#墩为北引桥，5#墩～20#墩为南岸引桥，跨径均为40.7m，其中0#墩～028#墩、6#墩～15#墩为公铁合建段，16#墩～20#墩为铁路分建段。铁路40.7m跨采用等高度预应力混凝土简支箱梁，客运专线桥面宽13.4m，Ⅰ级线桥面宽12.3m。客运线箱梁重量约1300t，Ⅰ级线箱梁重约1260t。公路箱梁采用40.7m等高度连续箱梁，单幅单跨箱梁重950t，公路桥面全宽27m。引桥公铁合建段采用双层桥墩布置形式。下层铁路采用板式桥墩，上层公路采用框架墩。2、主体工程数量全桥基础均为钻孔灌注桩群桩基础，其中φ1.5m桩基635根，φ2.0m桩基础45根，φ2.5m桩基础204根，φ3.4m桩基础72根，全桥共有桩基956根。主塔承台2座，铁路墩承台47座，公路墩承台5座，全桥共有承台54座；主塔2座，铁路墩身47座，公路墩身5座，框架墩40个；铁路箱梁43孔，公路箱梁38孔；钢梁46000吨，混凝土桥面板288块，铁路道碴槽板312块。斜拉索192根。3、主要施工方法主塔基础（2#墩、3#墩）采用双壁钢吊箱围堰法施工。围堰于工厂整体制造成型、下河，浮运至墩位。围堰初定位后，向双壁钢吊箱围堰侧板隔舱内灌水下沉到设计高程，重新调整锚固索力，实现精确定位。以围堰内支架作导向，利用APE400B型振动打桩机插打定位钢护筒。之后将围堰挂于插打到位的定位钢护筒上，然后完成剩余钢护筒插打及钻孔桩施工。主塔墩基础均采用Ф3.4m钻孔灌注桩，其中2#墩32根，3#墩40根。Ф3.4米钻孔桩采用大桥局集团自行研制的KTY4000型全液压动力头钻机施工。主塔采用钢筋混凝土结构，倒Y形,承台以上高度为188.5m，采用液压爬升模板施工。在两中塔柱间，布置3道钢管横撑，用以平衡中塔柱混凝土自重产生的中柱底附加弯矩。中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告斜拉桥主梁为板桁结合钢桁梁，N形桁架，三片主桁，桁宽30m，桁高15.2m，节间长度14m。钢梁架设采用整节段+散拼的方式，以整节段架设为主，在无法采用整节段架设的区域比如墩顶和岸上，则采用散拼的方式。整节段钢梁一个节间最大吊重为700吨，在厂家加工组拼成节段，下河后水运至现场，采用大桥局自主研制的JQJ700型架梁吊机整节段起吊安装。铁路引桥上部结构为40.7米简支箱梁结构，分上下游两幅，上游侧线路为铁路客运箱梁，重1200t；下游侧线路为货运箱梁，重1250t，采用移动模架和支架法施工。公路引桥上部结构为预应力混凝土连续箱梁，采用支架法施工。二、评估依据1、工程建设监理合同；2、工程施工合同；3、工程设计施工图、设计变更等工程设计文件；4、国家有关工程建设的法律、法规、规范、标准、规程；5、施工过程中施工工艺、施工程序、管理制度；6、工程质量验收的有关标准、规程等三、各部位主要的质量控制1、钻孔桩施工全桥共有桩基956根，其中φ1.5m桩基635根，φ2.0m桩基础45根，φ2.5m桩基础204根，φ3.4m桩基础72根。天兴洲大桥桥位处水文地质条件复杂，洪枯水位变幅达15.0m左右。以下以3.4m桩基施工为例，钻孔桩施工有以下技术特点：（1）主塔墩位处水深流急，洪枯水位变幅达15.0m，钻孔平台的构建异常困难。中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告（2）钻孔桩直径大，桩孔深，成孔质量要求高，钻孔桩最大直径达φ3.40m，从施工平台顶至桩底孔深达105.5m，桩孔倾斜度不得超过0.75%，严于规范1%的要求。对钢护筒的平面定位精度和垂直度要求高。（3）岩性软硬不均，胶结砾岩中，胶结物强度极低，仅1.0～25MPa，但砾石强度可达100MPa以上；胶结砾岩强弱层交替出现，不但同一桩孔不同深度岩石强度不一，而且由于孔径大，桩孔横截面积超过9m2，同一截面上的岩石其强度也极其不均匀，极易造成钻头跳动、斜钻等。（4）主塔墩钻孔桩钢筋笼顶标高+7.0m，常年位于水下，钢筋笼顶面距围堰平台顶高度超过18.0m，给钢筋笼的平面定位工作带来很大困难。（5）由于孔径大、桩孔深，地质条件复杂，需要大扭矩钻机。针对武汉天兴洲公铁两用长江大桥主塔墩深水基础施工的特点和难点，进行了专项研究和攻关，采用了钢吊箱整体浮运、2#钢吊箱围堰利用锚墩施预拉力定位、3#钢吊箱围堰利用定位船加重锚进行定位，钢吊箱兼作钻孔平台；自行研制开发了扭矩为30t·m的KTY4000型钻机。天兴洲大桥设计要求桩孔倾斜度不得超过0.75%，这是一个极高的要求。通过施工前细致研究施工工艺，施工过程中合理设置钻杆稳定器、根据不同地质状况优化钻速和钻压，严格控制泥浆指标及孔内水头，对钻孔施工工艺的不断完善、改进并进行严格的控制，所有桩孔垂直度均满足设计要求。钢筋笼长87m，单个钢筋笼重51t，钢筋笼加工场地设置胎具和台座，采用长线法加工钢筋笼，纵向主筋的连接，采用直螺纹套筒连接接头，质量必须满足相关标准。同一截面主筋接头数量不得超过主筋总数的50﹪，其余钢筋采用焊接或帮扎连接。钢筋笼下放到位后，利用悬挂设施将其悬挂在固定上导环上并采取措施将钢筋笼与钢护筒有效固定，以防止钢筋笼在灌注水下混凝土的过程中上浮。水下混凝土浇筑是钻孔桩施工最重要的一个环节。天兴洲大桥φ3.40m钻中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告孔桩单根桩混凝土设计方量762.7m³，考虑扩孔率、钢护筒等的影响，单根桩的混凝土量达850m³左右，钻孔桩水下混凝土的浇注是从混凝土供应和前台浇注两个方面来保证的。由于单根桩混凝土浇注强度很大，为保证混凝土供应的万无一失，采取水上混凝土工厂和滩地混凝土工厂同时生产供应混凝土。水上混凝土工厂设计生产能力为120m³/h，混凝土通过两台HBT-80C泵输送上围堰；滩地混凝土工厂设计生产能力为120m³/h，混凝土通过两台HBT-60C泵输送上围堰，单桩混凝土灌注时间控制在4.5h～5.5h。水下混凝土采用单根垂直导管浇注，导管内径φ350mm。前台布置主要由集料斗、小料斗、漏斗、导管和灌注平台组成；初灌时混凝土储存在集料斗和小料斗，拟定初灌混凝土量25m³，初灌时导管埋深均控制在1.50m以上，保证在初灌的过程中导管内始终充满混凝土，不进入空气。进入正常灌注过程，注意观察导管内混凝土下降和孔内水位升降情况，及时测量孔内混凝土面高度，计算导管埋置深度，正确指挥导管的提升和拆除，使导管的埋置深度控制在2—6m以内。。天兴洲大桥φ3.40m深孔、大直径钻孔桩施工技术含量高，施工难度大。通过对钻机选型到混凝土灌注各个阶段施工方案的科学选定，施工过程的严格控制，钻孔桩施工极为成功，所有的φ3.40m桩均施工顺利；混凝土灌注的质量优良。经第三方采用超声波无损检测，均为Ⅰ类桩。2、承台施工天兴洲大桥承台混凝土体积超大，对水泥水化热的控制，即对混凝土内表温差的控制，防止混凝土表面出现温度裂纹是本工程的最大的难点。以3#承台为例：3#墩承台长65.3m，宽39.8m，高6.0m，C30混凝土15550m3，承台体积巨大，施工过程中通过选用合理的原材料和配合比、采用切实可行的施工工艺、制定可靠的温度控制措施、严格执行养护保温程序等一系列措施进行大体积混凝土裂纹控制，取得了良好效果。中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告(1)、选用合理的混凝土原材料和配合比混凝土原材料选用原则：优选材质，提高普通混凝土的抗拉性能；选用有效的缓凝高效减水剂和粉煤灰的“双掺技术”，提高混凝土的和易性，延缓水泥水化热峰值出现的时间，减少水化热。①、水泥：考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水泥水化热不易散发，在混凝土内部温度过高，与混凝土表面产生较大的温度差，便混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此本工程采用水化热比较低的华新P.O32.5矿渣硅酸盐水泥。②、粗骨料：选用膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。本工程采用阳新碎石，粒径5-26.5mm，含泥量不大于0.7%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。③、细骨料：选用颗粒坚硬、级配良好、粒径小于5mm的天然洁净中砂，其细度模数2.3～3.0,含泥量≤2.0%,其中泥块含量≤0.5%。本工程采用洞庭湖中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于2%，选用平均粒径较大的中砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。④、粉煤灰：掺加适量的粉煤灰，可以减少水泥用量，降低水化热、并能改善混凝土的和易性，有利于长距离的混凝土泵送。本工程选用青源热电优质的Ⅱ级粉煤灰。⑤、外加剂：在混凝土中掺用高效减水剂，既减少水泥用量、降低水化热，又延缓混凝土初凝时间，延缓水泥水化热峰值出现的时间，本工程混凝土施工面积巨大，对混凝土的初凝时间要求长，选用平顶山神翔FDN-800型缓凝高效减水剂，外加剂的缓凝时间能满足施工的要求，使混凝土拌合物的初凝时间达到20h~30h，其减水率在15%以上，且能良好的改善混凝土的和易性和工作性。中铁大桥局天兴洲长江大桥工程指挥部天兴洲大桥正桥工程质量评估报告⑥、拌和用水采用长江水，水质应符合TB10210-2001的规定。在保证混凝土良好的和易性下，尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计原则，通过试配，在9组配合比试验中，筛选出最优配合比如下表1，配合比试验数据如下表2。表1材料水泥C砂S碎石G粉煤灰F水W外加剂FDN-800每m3用量kg28084010681201038.8表2坍落度坍落度扩展值R7（MPa）R28（MPa）初凝时间砂率混凝土容重（kg/m3）190mm460mm*450mm25.835.7约22h0.442370参照《铁路混凝土结构耐久性设计与施工规范》，做混凝土