南京长江第三大桥

南京长江第三大桥主桥基础施工方案介绍中铁大桥局集团2003-02工程概况1、桥位南京长江第三大桥是沪蓉国道主干线（GZ55）在南京地区的重要过江通道，位于长江江苏境内南京区段大胜关位置，距长江入海口350公里。2、地形地貌南京长江三桥桥位的地貌由低山丘陵、岗地向长江冲积漫滩平原过渡，其中长江冲积漫滩平原是本桥址的主要地貌类型，海拔高度10m，平缓而开阔，宽6～8km。河床断面呈不对称“V”形，深槽靠近南东岸，江底狭窄，深泓最低标高-42米，江底南东陡、北西缓。3、工程地质桥址区特殊性岩土主要有软土、膨胀性岩土，软弱岩石夹层、风化岩，不良地质主要有岸边坍塌，砂土液化等两种类型。桥位区的地下水类型可分为第四系松散岩类孔隙水和碎屑岩类孔隙—裂隙水，地下水及江水对钢结构具弱腐蚀性。4、气象条件南京位于江苏省西南部，属北亚热带向中亚热带过渡气候带，主导风向以偏东方向为主。每年受台风影响集中期是7～9月，6～8月雨量占年降水量45%。5、水文条件南京河段属分汊河型，平面形态宽窄相间，呈藕节状。桥址区属长江下游感潮河段，潮位为非正规半日潮型。每年5～10月为汛期，洪峰多出现在6～8月，施工期水位约为5.5～7.5m。据1998年11月9日断面实测，江面宽1590米，断面最大水深42米6、主桥总体设计方案主桥为63+257+648+257+63米的双塔双柱钢箱梁斜拉桥。南北塔基础均采用套箱---钻孔灌注桩组合基础。索塔采用造型类似“人”字型的钢塔，塔身总高208.10+10.0（装饰段）。塔身由两种材料构成，承台以上37.20米为50号砼，其余部分为Q345钢。斜拉索拟采用平行钢丝斜拉索或钢绞线斜拉索。主桥钢箱梁全宽36.4m（包括风嘴），除个别梁段外，主梁节段标准长度为15m，中心处梁高3.2m（内轮廓线），钢箱梁最大吊装重量为257吨。六合南京图中尺寸标高以米计，其余均以厘米计。桥式总布置图最高通航水位+8.71主塔墩深水基础施工方案1、主塔墩基础简介南塔处水深约42米，设计水位时最大局部冲刷深度约24.7米。承台为哑铃型，平面尺寸：84（横桥向）×29（顺桥向）米，封底混凝土厚4米，承台厚8米，承台顶面标高-3.00米，基础内共有30根φ3.0米钻孔灌注桩。北塔处水深约16米，设计水位时最大局部冲刷深度约24.1米。承台为哑铃型，平面尺寸：84（横桥向）×29（顺桥向）米，封底混凝土厚3米，承台厚7米，承台顶面标高为+1.00米，基础内共有24根φ3.0米钻孔灌注桩。2、钢套箱简介钢套箱为双壁自浮式结构，哑铃型，平面尺寸：84×29米，壁厚1.5米。南塔钢套箱总高23.5米，分为12+4.8+4.8+1.9米四节，底节重1506.3t，加1节重471.9t，加2节重450.1t，顶节113.4t，总重2740.1t（包含护筒定位平台，不包含钢护筒）。北塔钢套箱总高17.5米，不分节，总重2150.2t（包含护筒定位平台，不包含钢护筒）。3、钢套箱制造要求钢套箱构造新颖、平面尺寸大、结构自重大，其加工制造应满足如下要求：制造厂紧临长江，距桥址处航线距离小于50公里，浮运航线水深≥7米。钢套箱为浮式结构，因此各节块段均应进行水密性检查，底节及加强1段根据工作压力进行水压试验。根据工期安排和常水位情况，顶节1.9m段暂不安装，待钢套箱体系转换后，根据实际水位情况确定是否安装。底节部分底版封闭，隔墙加高，施工过程中局部应力大的部分进行加固。4、钢套箱浮运（1）南塔钢套箱浮运基本风压值：W0=250Pa浮运相对速度：V=2.0m/s浮运计算结果汇总表状态ⅠⅡⅢ吃水(m)8.804.605.80重心f(m)8.808.807.20惯性矩J(m4)23968.0027064.0027064.00横向风阻力W1(t)27.0036.0033.00定倾半径ρ(m)7.808.907.10重心与浮心间距a(m)4.406.504.30ρ-a(m)3.4＞02.4＞02.8＞0倾角φ(°)2.05＜63.64＜62.30＜6稳定条件符合符合符合浮运状态选择根据浮运时钢套箱的吃水深度和稳定性分析，选择状态Ⅲ作为浮运状态。浮运时设置领水主拖轮1艘（1000kw），帮拖轮2艘（500kw）。说明：状态Ⅰ为套箱不封底；状态Ⅱ为：中部3个隔仓封底，隔仓板加高至6.5m；状态Ⅲ为：中部3个隔仓封底，隔仓板加高至6.5m，箱壁内灌注1米高砼。(3)、底节浮运状态析底节钢套箱浮运重：G0=1934.3t底节钢套箱总高：H=12m状态底节浮运吃水(m)5.17重心f(m)4.38惯性矩J(m4)27314.72总排水体积G(m3)3576横向风阻力W1(t)14.34定倾半径ρ(m)14.12重心与浮心间距a(m)1.8ρ-a(m)12.32＞0倾角φ(°)0.25＜6稳定条件符合整体浮运与底节浮运比较a、从浮运状态分析可知，这2种浮运方法都是可行的。b、若整体浮运，钢套箱在工厂一次制造完成，与底节浮运相比，水上拼装焊接作业量大为减少，施工难度降低，焊接质量及施工精度可以得到保证。c、根据工期安排，若整体浮运，可以避开长江洪峰期，降低钢套箱浮态时渡洪的风险性。若底节浮运，必须在6月浮运，正值长江洪峰期；若整体浮运，则可选在水位趋于下降的8月底浮运，且能够保证总工期。d、浮运时，因为需要压舱，两种方法的吃水深度基本一致，因此所配备的浮运设备也基本相同。e、若整体浮运，锚碇系统施工、导向船拼装、与钢套箱制造拼装可安排平行作业，有效缩短工期。根据以上比较，南塔钢套箱整体浮运方案优于底节浮运方案，因此南塔钢套箱推荐采用整体浮运方案。（2）、北塔钢套箱浮运北塔钢套箱高度和自重较小、北塔墩处水较浅、水流速较小，因此北塔钢套箱亦采用整体浮运方案。钢套箱总高：H=17.5m基本风压值：W0=250Pa浮运相对速度：V=2.0m/s整体浮运状态计算吃水(m)7.33重心f(m)7.71惯性矩J(m4)23968.00横向风阻力W1(t)21.40定倾半径ρ(m)9.30重心与浮心间距a(m)4.04ρ-a(m)5.26＞0倾角φ(°)0.95＜6稳定条件符合5、钢套箱定位根据钢套箱的结构形式和墩位处的水文地质条件，对导向船＋重锚定位方案和固定平台＋重锚定位方案进行分析比较。锚碇计算计算参数选定取+6.0m作为计算水位。根据2002年8月28日汛期补充观测成果，桥址处落潮段5号垂线与钢套箱入水深度相应的平均流速为2.36m/s，以此作为计算流速。基本风压W0=800Pa冲刷：按5m考虑计算原则a、按钢套箱下沉至设计标高，1根护筒底节50m即将插放至河床面，锚碇系统受力最大工况进行计算。b、钢护筒打入覆盖层稳定深度后的水阻力、风阻力由护筒本身承担。c、尾锚与主锚布置考虑预拉力。d、为有效防止钢套箱横桥向因涡流产生摆动，采用强大边锚锚碇计算结果一览表序号项目南塔墩北塔墩1钢套箱水阻力R1(kN)11124602钢套箱风阻力R2(kN)28283导向船组水阻力R3(kN)41244导向船组风阻力R4(kN)6206205钢护筒水阻力R5(kN)188126钢护筒风阻力R6(kN)11117临时工作船水阻力和风阻力R7(kN)1601608主锚总拉力R主(kN)21601315平台计算两侧定位平台净距31m，钢管桩打入卵石层一定深度，侧向拉缆采用4根8（37）-80-2000钢丝绳。南北塔计算结果比较见下表：项目南塔北塔平台顶面标高(m)+9.0+9.0钢管桩数量(根)4832钢管桩总长度(m)~4500~1500钢管桩重量(t)~3000~1000平面尺寸(m)30×1830×12钢套箱定位方案比较南塔墩位于主河槽深泓线处，水深42米左右，流速较大。如果采用固定平台方案，投入很大，方能满足平台自身稳定及其受力要求，而且平台施工工期较长。如果采用导向船方案，各项准备工作可平行作业，保证工期。因此南塔墩推荐采用导向船方案。北塔墩位处水深16米左右流速较缓，如果采用固定平台方案，平台投入较少即可满足平台自身稳定及其受力要求，定位桩数量少，桩长不大，施工周期短，可满足控制工期要求。因此北塔墩推荐采用固定平台方案。南塔钢套箱定位锚碇系统组成：锚碇系统主要由导向船、前后定位船及其锚碇等组成锚碇系统总布置图250m800m～800m250m浮运定位施工步骤a、施工准备锚碇系统设计、钢套箱制造、拼装导向船组，抛设主锚、尾锚、边锚等。b、钢套箱整体浮运至墩位处。c、钢套箱精确定位对主锚和尾锚施加预拉力，精确定位钢套箱，平面误差控制在±10cm,为插放钢护筒做准备。钢套箱浮态精确定位的保证措施a、主锚、尾锚及导向船边锚均抛设100t重锚，减少抛锚数量，保证各锚均匀受力。b、上下游各设一台定位船，防止钢套箱受到浮体撞击。c、设置导向船组，在导向船上布置绞锚机，及时调整锚绳和钢套箱坐标，确保精确定位。d、主锚、尾锚及导向船边锚除能承受基本水流力、风力外，还能承受各锚绳的预拉力，以减少由于水流力、风力变化值引起的钢套箱位移。北塔钢套箱定位锚碇系统组成：锚碇系统主要由定位平台、前后定位船及其锚碇等组成锚碇系统总布置图8012250m800m～800m250m31/233/2106181866186定位系统占用水域分析4482007002008487070导向船占用水域平台占用水域导向船占用水域钻孔桩施工方案1、钢套箱定位体系转换（1）、定位钢护筒插打钢套箱精确定位后，即可插打1#~12#共12根定位钢护筒（编号见下图）。定位钢护筒底节长50m，船运至墩位后，采用165t浮吊一次起吊安装，利用围堰内上下层定位平台作为导向，2台APE400B型液压振动打桩机双机并联（激振力650t）插打。下沉时应采取护筒内吸泥，必要时钻孔后复打等措施使护筒跟进至设计标高。(2)、体系转换形成固定平台12根（1#～12#）定位钢护筒均插打至设计标高后，选择适当水位，调整钢套箱平面位置及标高，将定位钢护筒一次性与钢套箱固接，完成钢套箱定位体系转换。2、其它钢护筒插打（1）插打13#～30#钢护筒。钢护筒分为2～3节，采用165t浮吊吊装，减少现场焊接工作量，加快插打速度。采用2台APE400B型液压振动打桩机双机并联插打。（2）钢套箱下沉到设计标高后插打钢护筒的优点在于能保证钢护筒的垂直度。a钢套箱底（－15m）与河床（－35m）的距离为20m，而钢护筒的上下导向距离约为21m；b钢套箱内是静水，钢护筒下插时只有钢套箱底以下部分受到水流冲击力。C钢套箱已转换到定位钢护筒上，成为固定平台。钻孔施工(1)、施工布置：每个主塔墩侧布置1台165t浮吊，作为水上起重设备。我集团公司已有的165t浮吊具有起重量大、起重高度高、起重幅度大的特点。165T浮吊起重曲线165主钩242040601001201408022.87起重量(t)0幅度(m)201026.7560405030抓斗副钩606050403020100幅度(m)5040302010起重高度(m)702.16m165T浮吊工作范围曲线(2)、钻机选型及机具配备钻孔施工采用旋转钻机及平底刮刀钻头反循环钻进成孔，主要施工设备如下：a、中昇ZSD300型液压动力头钻机，可用于φ3.0m钻孔，钻孔深度可达140m，扭矩达180kN-m。b、KPG-3000型液压钻机，可用于φ3.0m钻孔，钻孔深度可达130m，扭矩200kN-m。钻机数量每个主塔墩按6台考虑c、ZX-500型泥浆分离器，泥浆净化能力500m3/h。d、CDJ超声波大孔径检测仪，用于成孔质量检测，检测孔径、孔斜率、孔底沉碴。e、压风机选择与安装。由于钻机的排碴方式为气举反循环，钻孔深度不同时，所需风量不等，每墩均配备6台40m3/min的压风机。f、泥浆系统：泥浆护壁是本桥桩基施工的重点之一，钻进速度和成孔质量与泥浆及泥浆循环系统有密切关系。(3)、钻孔旋转钻机在操作上遵循“减压钻进”、“重锤导向”的原则，以保证孔壁的垂直，(4)、钻孔至设计高程后进行清孔。(5)、钢