[PPT]跨海大桥水中低墩区和滩涂区桥梁设计

1、中铁xx勘测设计院有限公司二六年六月跨海大桥水中低墩区和滩涂区桥梁设计跨海大桥水中低墩区和滩涂区桥梁设计一、工程概况二、方案构思三、水中区域桥型方案比选与设计四、滩涂区域桥型方案比选与设计1.1 桥位xx大桥一、工程概况 北引桥 中引桥水中低墩区 南引桥 引线1.2 非通航孔引桥范围 非通航孔引桥总长度达34.2km，包括陆地区、滩涂区、水中区。 一、工程概况1 .3 设计标准（1）道路等级：平原微丘区高速公路（2）计算行车速度 跨海大桥：100km/h 两岸引线：120km/h（3）设计车道：双向六车道、 行车道宽度33.75m 紧急停车带宽度3.25m（4）路线宽度： 跨海大桥：33m 两

2、岸引线：35m（5）设计荷载：汽车-超20级， 挂车-120（6）最大纵坡：3%（7）桥面横坡：2%一、工程概况1 .4 建桥条件一、工程概况重大灾害性天气多发地带，气象条件情况十分复杂 ，两岸实测极大风速为32.2m/s 地质条件差。第四纪松散地层厚度约135210m，持力层埋藏较深 潮差大、波浪高、水流急。平均潮差4.65m左右，设计最大波高6.31m，实测最大垂线平均流速：3.77m/s。 2 .1 总体设计思路 二、方案构思xx海域宽阔、风大、浪高、潮急，施工条件较为恶劣，因此，尽可能减少海上工作量，提高作业效率，加快施工速度，确保施工安全可靠是本工程的关键。结构构件以预制化、标准化、

3、大型化为主，尽量避免海上大规模的混凝土现浇工作。xx为xx入海口，属海洋环境，结构设计要充分重视海洋环境对结构的不利影响，采用耐腐蚀材料并对结构采取必要的防护措施，确保工程在设计使用期内安全可靠。非通航孔桥跨径布置需通过技术经济、工期、环境影响分析等综合比较确定。 2 .1 总体设计思路 二、方案构思考虑到海上工程实施的特点和工期要求，非通航孔桥桥跨布置及结构形式应尽可能统一，适应工厂化生产管理，降低工程造价，加快工程进度，有利于工程质量管理。充分重视桥梁景观，力求造型美观，结构比例协调，与周围环境和谐，充分重视水环境和自然景观的保护。2 .2 桥型方案构思 二、方案构思水中区域 水中区域桥梁

4、全长达18.7km，桥梁方案必须以预制化、标准化、块件大型化为原则，基础及上部均应以预制构件为主，采用大型施工机械快速施工。上部结构优先考虑整孔架设施工，并充分考虑国内现有及可能的船舶起重能力。基础以打入桩为主，桥墩尽可能采用预制拼装施工。 2 .2 桥型方案构思 二、方案构思滩涂区域 南岸滩涂区域长约9.7km，北岸滩涂区域长约1.6km，两岸引桥滩涂段受海潮涨落影响，陆上及水上施工设备不能进入，其施工需通过栈桥从岸上向水上推进，其施工成为控制总工期的一个关键。本区段桥型方案应结合施工方法、施工工期及桥梁经济技术综合比选，其跨度应以中小跨度为主。 2 .2 桥型方案构思 二、方案构思陆地区域

5、 两岸陆地区区段桥型方案以中小跨度的砼桥为主，通过经济技术比较选定，并考虑跨海堤要求及与两岸滩涂段协调。 三、水中区域桥型方案比选与设计3.1 水中区域桥型方案比选 水中区域跨径比较 桥型方案50m混凝土梁60m混凝土梁70m混凝土梁80m混凝土梁150m钢箱梁主要缺点基础数量多；对水流影响较大；架梁次数多，架梁工期长；经济性较差。基础数量较多 基础数量稍多吊装重量大，施工难度大；经济性差。后期养护费用高；经济性差主要优点施工难度小；耐久性好，后期养护费用低。施工难度较小；耐久性好，后期养护费用低；经济性好。施工难度适中；耐久性好，后期养护费用低；经济性好。基础数量较少；耐久性好，后期养护费用

6、低。基础数量少；架梁次数少，架梁工期短。三、水中区域桥型方案比选与设计桥型方案综合比较表 水中区域跨径比较 经综合比较，跨径60m、70m混凝土桥梁方案经济性较好。整孔预制架设施工所需的大吨位吊船技术成熟，风险小。70m梁下部结构作业点同60m梁方案相比减少15%，降低了海上施工作业量和施工风险，因此采用70m跨径桥型方案。 三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构施工工法比选 本区段引桥长度约占全桥一半，是控制全桥总工期的关键。施工无论采用悬臂浇筑还是移动模架现浇施工均因速度慢、工期长而不适宜。因此最为可行的施工方案为整孔预制吊装和节段预制拼装，对这两种施工方案进行比选。 三、水中区域桥型方案

7、比选与设计整孔预制架设施工方案：优点：施工简捷、作业效率高、工期易得到保证，勿需多点作业，施 工组织较易。在环境特殊、工程量巨大的xx大桥中，大型施工设备利用率高并有较好的经济性。 缺点：需要大型专用施工设备。 运架一体专用浮吊整孔预制吊装方案 运架分离整孔预制吊装方案三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构施工工法比选运架一体化整孔预制吊装方案三、水中区域桥型方案比选与设计步骤一：整孔吊装箱梁，临时简支支承。步骤二：浇注墩顶湿接头，转换支座，简支变连续。步骤三：依以上步骤继续下一联架设。上部结构施工工法三、水中区域桥型方案比选与设计运架分离整孔预制吊装方案节段预制架设施工方案 ： 传统的单点式

8、吊机悬拼方法 架桥机逐孔悬拼施工方法 节段预制整孔拼装 节段预制大节段拼装 三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构施工工法节段预制整孔拼装三、水中区域桥型方案比选与设计节段预制大节段拼装三、水中区域桥型方案比选与设计 可采用预制小节段，在运输驳船上拼装成大节段后，起吊拼装；也可直接预制成大节段起吊拼装。直接预制成大节段，对场地条件、运输设备、下海码头等要求相对较高。预制小节段，在运输驳船上拼装成大节段后起吊拼装，对场地、设备要求较低。施工速度较快。 上部结构施工工法比选 采用整孔预制吊装施工方案，与节段预制架桥机逐孔拼装施工方案相比，整孔预制吊装施工方案具有明显的优势： 从施工可靠性、工期保证

9、性、作业效率、施工组织管理方面比较， 整孔吊装方案优于节段拼装方案。 对本桥而言，由于工程量巨大，专用设备的优越性及经济上合理性可得到充分体现。综述：水中低墩区长达17公里，通过结合工期要求、可能的施工 方案及施工设备、施工可靠性、技术经济指标等方面要求， 对各种施工方案进行综合比较，整孔预制吊装是最快捷可 靠的施工方案，也是最有利于结构耐久性的方案。三、水中区域桥型方案比选与设计基础方案比选 承台方案比选桥墩方案比选三、水中区域桥型方案比选与设计下部结构方案比选钻孔桩与打入桩相比，在经济上、结构受力合理性、施工速度以及质量控制上均无优势 由于水流、河床、冲刷地质、结构耐久性等几方面原因，本桥

10、不宜采用预应力管桩基础 钢管桩施工方便快速，且施工期间具有较强的抗风浪及承台施工荷载能力，结构耐久性措施可靠。基于以上优势，本区域基础优先考虑钢管桩方案。 三、水中区域桥型方案比选与设计基础方案 现浇承台方案 钢围堰现浇承台方案 预制混凝土围堰现浇承台方案 预制整体承台方案 三、水中区域桥型方案比选与设计承台方案 综述：预制整体承台方案施工速度快，现浇混凝土工作量小，不需要庞大的围堰和封底混凝土，承台混凝土质量可靠。但由于预留孔尺寸的限制，对桩基施工精度要求较高，尤其斜桩较多时，斜桩的施工误差将使承台就位困难；承台安装起重设备要求高。现浇承台方案施工方案成熟可靠，对桩基施工位置偏差的适应性较好

11、。 综合比较考虑，承台采用现浇承台方案。 现浇墩身方案 预制墩身方案 三、水中区域桥型方案比选与设计墩身方案 本区域范围水深条件良好，适于大型水上吊装设备施工，预制墩身方案将海上施工转化为陆上施工，墩身在预制厂内浇筑，作业条件得到大大改善，混凝土施工质量易于保障。大型水上运输及吊装设备的应用，大大减少了水上恶劣条件下施工人员数量，省时、省力 。 综合比较考虑，桥墩采用预制施工方案。 所需水上作业船舶多，施工周期长，难度大。 三、水中区域桥型方案比选与设计3.2 水中区域桥梁设计 三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构设计 主梁结构应尽可能标准化，减少种类，方便工厂化、规模化预制作业。主梁内外轮

12、廓应能方便整体内外模的进入与脱出。主梁预应力布置及局部结构尺寸应满足各种施工工况的受力要求。主梁钢筋布置应适应钢筋分片整体绑扎和整体吊装施工。海上现浇湿接头应尽量简化和方便施工。 上部结构设计特别考虑 ：上部结构设计横向布置 双幅桥布置, 单幅桥宽15.8m,总宽33.0m. 70m连续梁结构布置:三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构设计纵向布置 基本联长6x70m 少数5x70m. 70m连续梁结构布置:三、水中区域桥型方案比选与设计直线段预制粱 为标准的边跨预制梁段和中跨预制梁段曲线段预制粱 曲线段预制粱构造尺寸基本与直线段预制粱相同，仅仅顶板悬臂长度不同而已；通过调整悬臂板的长度来拟合

13、桥梁曲线 掉头区段预制粱预制粱悬臂板的长度由3.9m变为4.5m主线加宽段预制粱 特殊设计预制梁类别:三、水中区域桥型方案比选与设计顶板宽15.8m,板厚27cm 悬臂3.9m，悬臂根部厚度50cm 底板宽6.25m,板厚25cm腹板跨中厚度为50cm 腹板根部厚度为70cm 主梁标准断面:三、水中区域桥型方案比选与设计预制梁一般构造:三、水中区域桥型方案比选与设计三、水中区域桥型方案比选与设计预制梁端构造方便内模整体脱出墩顶支座立面布置:三、水中区域桥型方案比选与设计墩顶支座平面布置:箱梁构造三、水中区域桥型方案比选与设计70m梁起吊方案:三、水中区域桥型方案比选与设计边跨预制梁重量2160

14、 t中跨预制梁重量2140 t箱梁预应力布置预制梁段纵向预应力布置 :三、水中区域桥型方案比选与设计箱梁预应力布置三、水中区域桥型方案比选与设计后期连续预应力筋先期简支预应力筋箱梁预应力布置三、水中区域桥型方案比选与设计采用塑料波纹管和真空压浆技术三、水中区域桥型方案比选与设计预制梁钢筋布置钢筋布置方便绑扎和整体吊装上部结构施工 本区段箱梁采用整孔预制吊装施工方案, 即在预制场浇注70m一孔单幅箱梁，利用大型浮吊将70m箱梁从水上运至待架位置，落梁就位，然后浇注墩顶湿接头。 施工方案 :三、水中区域桥型方案比选与设计上部结构施工三、水中区域桥型方案比选与设计70m梁后期连续状态三、水中区域桥型

15、方案比选与设计结构受力分析计算主梁在预制场简支存梁以及移梁状态。主梁在起吊架设状态。主梁在墩顶简支状态。主梁在墩顶连续合拢后状态。主要受力工况 ：荷载组合恒载+活载+基础沉降 恒载+活载+基础沉降+温度力（升温）+制动力恒载+活载+基础沉降+温度力（降温）+制动力恒载+基础沉降+挂车恒载+施工荷载三、水中区域桥型方案比选与设计墩顶横隔板有限元分析:三、水中区域桥型方案比选与设计结构空间受力分析计算70m梁起吊有限元分析:三、水中区域桥型方案比选与设计结构空间受力分析计算4.1 滩涂区域桥型方案比选 四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计通过对60、50、40m三种不同跨径桥型方案的经济比较，可以看

16、出在滩涂区40、50m梁经济性略好， 但40m跨径对水流的影响较大，孔跨多、工期较长，综合考虑经济性、结构合理性、施工的难易程度以及对水流影响等各方面的因素，滩涂区采用50m预应力连续梁方案。四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计跨径的选择与比较 滩涂区上部结构施工方案比较节段拼装方案整孔预制架设移动模架现浇四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计节段拼装方案方案特点节段预制拼装在国外已广泛应用，其设计和施工技术已较成熟。箱梁节段在梁场预制，施工管理简单，质量易于保证。节段长度和重量可根据运输起吊设备灵活划分，节段重量一般可控制在100t左右。在架桥机上进行整孔节段拼装施工速度较快，一般可达36天一孔。

17、节段之间采用复式剪力键，环氧树脂胶结拼缝，施工精度要求高。施工需有严格的工艺保证，确保拼接缝密实，满足结构耐久性要求。四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计方案特点50m预制箱梁重量达1400t，运输和架设技术难度大。箱梁实现整孔架设，可加快滩涂区上部结构的施工进度，架设速度可达1天1 孔（单幅），能满足总工 期的要求。箱梁均在梁场预制，混凝 土质量有保证，有利于提 高箱梁的耐久性。整孔箱梁在桥上运输，施 工荷载控制箱梁设计，主 体结构材料用量有所增加。整孔预制架设方案四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计移动模架现浇施工方案拼装移动模架并移至需现浇的桥跨，移动模架支撑在桥墩上。拼装模架，吊装预制的钢

18、筋骨架并绑扎成型 浇注梁体混凝土。张拉预应力钢筋。脱模后，移动模架向前移至下一孔梁。方案特点移动模架逐跨现浇施工在国内外已广泛运用，施工技术成熟。海上进行长距离的移动模架现浇施工，作业环境差，材料运输量大，栈桥规模增大现浇施工，养护工作量大，构件尺寸不易控制。施工较慢，移动模架施工速度约为每孔11天，须多点施工方能满足工期要求。 四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计上部结构采用施工方案 综上所述，在同步研究了大型箱梁整孔预制、场内搬运、梁上运输和架设等关键施工工序，并确认大型运、架设备研制无技术障碍，施工技术可行后，经综合考虑：滩涂区箱梁整孔预制架设方案虽有一定难度，但施工进度快，施工质量可靠，

19、滩涂区上部结构50m预应力箱梁采用整孔预制、梁上运梁架设施工方案。 四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计滩涂区下部结构方案基础采用钻孔桩基础 其施工方案灵活，桩径不受限制，能适合于不同地层，单桩承载力高，单桩刚度大，能适应冲刷较深的地段。墩身和承台墩身和承台均采用现浇方案。 四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计4.2 南引桥滩涂区上部结构设计箱梁构造箱梁预应力布置箱梁施工四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计上部结构设计 1430吨箱梁采用梁上运梁、整孔预制架设施工方案，尚无实践先例。箱梁承受施工荷载巨大，每片预制梁要承受500t运梁荷载施工工况复杂，每片箱梁要经历存梁、移梁、起吊、运输、架设、受载等

20、工况，保证箱梁施工安全是对设计一大挑战。主梁结构设计要兼顾受力安全和施工方便。上部结构主要特点 ：四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计上部结构设计 主梁结构应尽可能标准化，减少种类，方便工厂化、规模化预制作业。主梁内外轮廓应能方便整体内外模的进入与脱出。主梁预应力布置及局部结构尺寸应满足各种施工工况的受力要求。主梁钢筋布置应适应钢筋分片整体绑扎和整体吊装施工。海上现浇湿接头应尽量简化和方便施工。 上部结构设计特别考虑 ：四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁构造横向布置 双幅桥布置, 单幅桥宽15.8m,总宽33.0m.纵向布置 基本联长8x50m 少数7x50m. 50m连续梁结构布置:四、南

21、引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁构造顶板宽15.8m,板厚26cm 悬臂3.9m，悬臂根部厚度50cm底板宽6.625m,板厚25cm腹板厚度为40cm- 60cm 。 主梁断面主要尺寸:四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁构造主梁一般构造:四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁构造主梁梁端及吊点构造四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁预应力布置预制梁段纵向预应力布置 :四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁预应力布置墩顶合拢段纵向预应力布置 :四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁钢筋布置钢筋布置方便绑扎和整体吊装箱梁施工方案施工方案 : 滩涂区50m箱梁采用预制场整孔预制;由专用运梁车及架桥机进行整孔架设的施工方案四、南引桥滩涂区桥梁方案比选与设计箱梁施工方案箱梁在梁场整孔预制。箱梁通过梁场搬运机运至提升站。通过提升站将箱梁放至大型运梁车上。运梁车由四个轮胎式平板车组成，采用双幅桥来承受运梁荷载，改善主体结构在施工阶段的受力情况。