苏通大桥的设计施工技术创新_图文

1、技术创新创造世界桥梁新纪录苏通大桥的设计施工技术创新 一、引言邓小平同志说过:科学技术是第一生产力。江泽民同志也曾讲过:“创新是一个民族的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力,也是一个政党永葆生机的源泉。”胡锦涛总书记指出:加快提高我国技术自主创新能力对于全面建设小康社会,加快推进社会主义现代化,对我国应对世界新一轮科技革命和产业革命的挑战具有十分重大的意义,要坚持把推动自主创新摆在全部科技工作的突出位置,坚持把提高自主创新能力作为推进产业结构调整和提高国家竞争力的中心环节,要加快建设中国特色的国家创新体系。技术创新能力是一个国家科技事业发展的决定性因素,是国家竞争力的核心,是强国富民的重要基础

2、,是国家安全的重要保证。党的十七届五中全会公报指出:加快转变经济发展方式是我国经济社会领域的一场深刻变革,必须贯穿经济社会发展全过程和各领域,坚持把经济结构战略性调整作为加快转变经济发展方式的主攻方向,坚持把科技进步和创新作为加快转变经济发展方式的重要支撑,从全球范围看,创新能力已经成为一个国家国际竞争力的决定性因素,在技术创新领域有多大的实力和作为,国家就能够在经济竞争、社会发展和国家安全方面掌握多大的主动权,国家和企业提高竞争力的主要途径也不再只是结构调整,降低成本和提高产品质量,而是更加依靠创新,并将创新迅速物化,商品化、产业化,使其始终处于优势和主导定位。二、企业应该成为技术创新的主体

3、(一技术创新的定义技术的定义:“人们力求改变和控制其环境的各种手段和技能”。辞海对“技术”的解释有两个层次:第一,“泛指根据生产实践经验和科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能”;第二,“除操作技能外,广义地讲,还包括相应的生产工具和其他物质设备,以及生产的工艺过程或作业程序、方法”。“技术”实际上是一个非常宽泛的概念,它既包括生产工具及其他物质装备(本由此可见,文称其为“装备技术”等“硬”技术;也包括根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺流程、加工方法、劳动技能和诀窍(可称为“工艺技术”,以及适应劳动分工和生产规模等要求的对生产系统中人、财、物等所有资源进行有效组织与管理的知识经

4、验与方法(即“管理技术”等“软”技术。其中“装备技术”和“工艺技术”是纯粹的“技术”(即“纯技术”,也是人们所重视的技术,通常人们所说的“技术创新”就是指这种技术;而管理技术相对来说就“软”得多,通常被人们排出在“技术创新”这一范畴之外。目前理论界对技术创新的认识大体形成了7个方面的观点,即分别侧重从利润最大化、市场导向、经济活动过程、企业主体、边际改进(增量改进、经济效益、和社会经济范畴加以解释。其中,“边际改进”(marginalimprovement,即“技术上的渐进改进导致规模效益的增长”这一观点。清华大学傅家骥先生曾对技术创新做过较完整、全面的论述。他指出“技术创新是企业家抓住市场的

5、潜在盈利机会,以获取商业利益为目标,重新组织生产条件和要素,建立起效能更强、效率更高和费用更低的生产经营系统,从而推出新的产品、新的生产(工艺方法、开辟新的市场、获得新的原材料或半成品供给来源或建立企业的新的组织,它是包括科技、组织、商业和金融等一系列活动的综合过程。(二企业应该成为技术创新的主体企业特别是大型企业是经济活动的主体,是国民经济的主要支撑体。国家之间的竞争在相当程度也是企业之间的竞争。因此企业必须作为技术创新的主体,即:1、科技研发项目选题立项时必须根据企业自身利益的需求并结合企业应担负的社会责任进行决策;2、组织与推动技术创新过程中的研究、开发、工程化,成为技术创新工作的投入主

6、体和风险承担的主体。3、应用技术创新成果获取商业利益,提高自身在市场经济中的竞争能力,成为技术创新的利益分配和使用的主体。三、苏通长江大桥的技术创新(一体制机制创新1、担任设计任务的是中交公路规划设计有限公司,通过几代人坚持不懈的努力,形成了国内外有影响的品牌优势。公司制定了多项科技管理办法,成立了公司科技委员会,成为公司的最高学术及技术决策机构,负责审议公司科技发展的规划和目标、审定科技立项、费用预算、成果验收和评优奖励。公司科技质量部是技术创新的管理部门,建立的桥梁技术中心是具体的研发机构。技术中心集中了一大批高学历的科技攻关人员,结合工程技术难题进行研究,并采取产学研相结合的方式,科研进

7、度定时汇报、重大问题联合攻关、重点节点督导检查、疑难问题专家咨询等工作机制。在科技攻关的同时,成立了博士后流动工作站,培养年轻技术骨干。2、施工单位是中交二航局有限公司和中交二公局有限公司,两个局都设立了技术中心,并依托桥梁施工技术重点实验室,从项目投标施工阶段就开始系统进行施工技术方案和关键工艺技术和装备研究,随着工程的进展,配合技术方案的实施。(二工程主要特点、难点1、特点:苏通大桥工程技术复杂,可以概括为高、深、长、大四个方面:(1桥塔高(约300m,为世界第一高砼桥塔。(2基础深(主塔由131根桩组成,桩长约120m。(3拉索长(约580m,为世界第一长斜拉索。(4跨度大(1088m,

8、为世界第一大跨径斜拉桥。2、主要技术难点:由于苏通大桥特殊的建设条件和工程规模,存在许多关键技术难点,主要体现在三个方面:(1建设条件复杂,风险因素多。(2设计标准高,结构体系复杂。(3工程规模大,施工技术复杂。建设条件复杂:(1气象条件差:设计风速大,基本风速39.1m/s;年平均雾天超过30日,年平均雨天超过120日,年平均台风超过2个,并可能有龙卷风等不利气象因素影响。(2水文条件复杂:位于感潮河段,流速、流向多变。水深流急,最大水深50m,最大流速4.5m/s。江面宽6000m,其中-20m等深线约1000m。河床深槽有一定的摆动。(3基岩埋藏深:基岩埋深一般在270m以下,复盖层上部

9、以淤泥和粉细砂为主,较好的土层在-62m以下。(4通航要求高:可通航水域宽度2400m,水上桥墩有70座。主桥通航5万吨级集装箱船和大型船队,净空宽度要求大于891m、净高要求大于62m。主桥船舶撞击力按5万吨级海轮设计。目前桥位河段日平均过往船只2500艘,航行安全面临严峻考验。设计标准高对于超过千米的斜拉桥,现有国内外技术规范、方法难以覆盖,需要对设计标准、设计荷载、抗风、抗震、抗疲劳、结构的耐久性、结构的整体稳定、主梁与桥塔的连接构造、群桩的受力机理等进行深入研究,制定苏通大桥专用设计技术规范(指南。另外风、冲刷、地震、船撞及自身尺度等对结构受力影响均较敏感,且交互影响。工程规模大:跨江

10、大桥全长:8146米(含高架桥8961米桥墩: 113个(其中水上70个钢材: 23万吨水泥: 45万吨混凝土: 140万方砂石料: 220万方防(桥面34.4(桥面2010-11-1(三设计关键技术问题研究1、预可阶段:建设必要性和紧迫性桥梁、隧道方案选择2、工可阶段:交通量预测和经济评价桥位比选建设条件和技术标准论证桥型方案和技术可行性研究3、初步设计阶段:设计基础资料的研究跨径选择和全桥总体布置桥型方案研究和比选结构方案研究和比选施工方案研究4、技术设计阶段:结构体系研究索塔锚固区构造研究抗风性能和措施研究结构合理设计及计算参数研究索塔和上部结构架设方案研究防撞方案研究5、施工图设计阶段

11、:阻尼限位装置参数优化研究索塔锚固区构造详细设计和分析风荷载参数和效应计算分析结构详细设计及计算分析斜拉索减振措施研究施工要点和控制方法研究关于建设条件和设计基础资料深入开展资料收集和调查对气象、水文、地质、地震、通航等,采用现场测量、试验、分析等手段,开展了3 0多项专题研究,摸清其特点,掌握可靠的资料,设计施工中认真分析、理解加以应用.超大规模深水基础:软弱土层超长桩承载力及保证措施大规模超长群桩基础的受力特性超长钻孔灌注桩施工工艺基础防撞和防冲刷超高索塔:钢锚箱设计、制造、安装施工阶段抗风问题:计算和风洞试验相结合施工工艺及控制:长跨、长索结构结构体系千米级斜拉桥非线性抗风稳定性架设方案

12、研究:斜拉索的减振研究:设计策划阶段:全面规划、提出研究内容和技术要求。项目实施阶段:全过程质量管理。招标或议标确定承担单位。建设、设计单位直接参与项目管理、指导与配合。重要项目专门委托监控和监理单位对研究过程进行质量控制。实行对工作大纲、中间成果、正式成果进行严格的审查验收制度,并及时将成果应用到设计施工中。研究项目共40多项,其中与设计直接相关的有20多项,与施工直接相关的有10多项。与设计相关的研究项目 与施工技术相关的科研项目 (四施工方案及技术工艺研究1、索塔施工 (1下塔柱、中塔柱施工(2 临时工程施工 临时工程施工:已经施工完成的临时结构,经探伤检查,均满足设计要求。施工中的墩旁

13、支架 2#、3#墩旁支架(3上塔柱施工:设备布置及性能施工流程钢锚箱制造钢锚箱安装上塔柱混凝土节段施工施工设备布置:MD3600塔吊上游塔肢电梯至交会段下游塔肢电梯至塔顶上下游塔肢各一台拖泵 1下塔柱、中塔柱施工 上塔柱施工 安装首节钢锚箱其余锚箱分组吊装、高强螺栓施工浇筑节段混凝土循环施工至塔顶钢锚箱总体布置情况分为A、B、C三类,共30节;C类首节、A类顶节钢锚箱单节段安装,B类标准钢锚箱两节整体安装。最大吊重53t。 钢锚箱组装流程 钢锚箱预拼装56节段立式滚动预拼装 预埋承重板螺栓浇筑底座垫块混凝土安装承重钢板承重板底部灌浆安装锚箱及三向调位千斤顶,调整锚箱 安装锚固螺栓锚箱底座灌浆

14、钢锚箱纠偏减少钢锚箱安装累积误差措施:在每一安装轮次（34节段）钢锚箱顶部设置纠偏调整垫片。 关键技术问题 首节锚箱底座灌浆料性能及灌浆工艺 混凝土性能 300m高塔泵送 钢混结合段钢筋及混凝土施工工艺 钢混结合段防裂措施 针对上述关键技术问题，开展了一系列试验研究工作。 首节锚箱底座无收缩灌浆试验 流动度：260mm，28d强度:83.1Mpa，28d弹模:2.51104 MPa 混凝土配合比试验研究 进行了普通混凝土和钢纤维混凝土配合比对比试验研究。 混凝土泵送试验 在210米高度处进行了普通混凝土和钢纤维混凝土泵送试验； 拖泵实测系统压力均小于23MPa; 推算310m高拖泵系统压力为2

15、9MPa（理论系统压力为35MPa） 。 满足310m高泵送要求。 钢砼结合段工艺试验 采用1：1足尺模型，充分模拟了现场施工条件，解决了施工工艺方面的一系列问题。 剪力钉局部1:1模型试验 通过1：1局部足尺模型，解决了钢锚箱附近钢筋施工工艺和混凝土施工工艺。 钢混结合段混凝土开裂原因分析及预防措施 开裂原因： 胶凝材料用量大，水化热高； 受高空大风影响，混凝土失水迅速，早期收缩大； 钢锚箱对混凝土产生一定程度约束，增大了混凝土拉应力； 预防措施： 适当延长拆模时间，减小内外温差； 混凝土表面保湿、保温； 2、上部结构施工 总体施工工艺 大块梁段安装 塔梁临时固结 标准梁段安装 边跨合拢 中

16、跨合拢 斜拉索施工 （1） 总体施工工艺 边跨及索塔区大块梁段吊装：浮吊安装 双、单悬臂吊装：桥面吊机安装 边、中跨合拢：桥面吊机安装 （2 ）大块梁段安装 吊装设备选择 吊装时间长（3个月） ，吊重大（1480t） ，起吊高度高（90.2m） ； 目前国内能够满足上述起吊要求的起重船为振浮4号，振浮4号最大起重能力为1600t，最大 起升高度为93.2m。 1600t浮吊吊高及吊重 浮吊富裕高度：3m。 浮吊吊重最小富裕量：120t。 吊索具设计 吊架为钢管结构。吊索具总重170t。 主吊索8根，每根长30m，吊索与吊架、钢箱梁均采用销轴连接。 大块梁段临时搁置 大块梁段吊装到位后，搁置在临

17、时支墩上。 大块梁段定位：高程调整 采用4或8台400kN液压千斤同步顶升，进行高程调整。 大块梁段定位：纵向和横向调整 在滑移座内布置小千斤顶，顶推临时支墩进行位置调整。 大块梁段定位：体系转换 钢箱梁调位焊接完成后，保留墩顶和支架两端临时支墩，实现受力转换。 临时支架及临时墩分析 采用三维有限元模型。 模拟了临时支架、临时墩、钢箱梁及永久墩身等结构。 永久墩基础刚度采用等效弹簧模拟。 塔梁临时固接布置 塔梁临时固结包括纵向、竖向和横向的限位固定（横向采用抗风支座） 。 分析荷载及工况 荷载： 恒载 施工荷载 风速： 作业15m/s（非作业35.4m/s） 温度差： 20 分析工况： 最大双

18、悬臂（考虑了不对称吊装的影响） 最大单悬臂（考虑了中跨顶推合拢的影响） 桥面吊机选型： 标准梁段吊装采用双吊机方案。 标准梁段安装： 桥面吊机特点： 自动化程度高。 中央集中控制。 安全可靠性高。 设置应力和位移传感器，实时监控。 桥面吊机性能参数： 吊机安全工作荷载: 2236t 平均提升速度: 40m/h 纵向调整范围：800mm 横向调整范围： 100mm 纵坡调整范围： 5 提升期间工作风速: 20m/s 非工作状态风速：35.4m/s 标准梁段匹配分析 桥面宽度达到41m，已安和吊装梁段之间的支撑、荷载条件差异较大，梁段接缝间产生 竖向变形差。 建立有限元模型，进行梁段匹配分析，确定最优匹配方法。 通过分析，拟采取以下步骤： 首先在纵隔板处匹配固定梁段； 采用千斤顶在腹板处调整两端高差，最大顶力400kN ； 由梁段中心向两端按1.5m间距布置码板调整残余高差，实现较为理想的匹配。 （3） 边跨合拢： 在临时墩墩顶和引桥箱梁端部各设置2个顶推点，顶推边跨大块梁段辅助合拢。 （4） 中跨合拢： 考虑到实际合拢温度与设计基准温度（20）存在差异，根据温度变幅的大小，拟采用两 种合拢方案。 当实际环境温度与基准温度差5时，采用： 温度自然合龙。 当实际环境温度与基准温度差5时，采用： 顶推辅助合