跨海大桥水中低墩区和滩涂区桥梁设计

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

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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3×3.75m

紧急停车带宽度3.25m（4）路线宽度：跨海大桥：33m

两岸引线：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135~210m，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、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桥型方案构构思二、方案构构思陆地区域两岸陆地区区区段桥型型方案以中中小跨度的的砼桥为主主，通过经经济技术比比较选定，，并考虑跨跨海堤要求求及与两岸岸滩涂段协协调。三、水中区区域桥型方方案比选与与设计3.1水中区域桥桥型方案比比选水中区域跨跨径比较桥型方案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，后期养护费用低。基础数量少；架梁次数少，架梁工期短。三、水中区区域桥型方方案比选与与设计桥型方案综综合比较表表水中区域跨跨径比较经综合比较较，跨径60m、70m混凝土桥梁梁方案经济济性较好。。整孔预制制架设施工工所需的大大吨位吊船船技术成熟熟，风险小小。70m梁下部结构构作业点同同60m梁方案相比比减少15%，降低了了海上施施工作业业量和施施工风险险，因此此采用70m跨径桥型型方案。。三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计上部结构构施工工工法比选选本区段引引桥长度度约占全全桥一半半，是控控制全桥桥总工期期的关键键。施工工无论采采用悬臂臂浇筑还还是移动动模架现现浇施工工均因速速度慢、、工期长长而不适适宜。因因此最为为可行的的施工方方案为整孔预制制吊装和节段预制制拼装，，对这两种种施工方方案进行行比选。。三、水中区域域桥型方案比比选与设计整孔预制架设设施工方案：：优点：施工简捷、作作业效率高、、工期易得到到保证，勿需需多点作业，，施工组织织较易。在环环境特殊、工工程量巨大的的xx大桥中，大型型施工设备利利用率高并有有较好的经济济性。缺点：需要大型专用用施工设备。运架一体专用用浮吊整孔预预制吊装方案案运架分离整孔孔预制吊装方方案三、水中区域域桥型方案比比选与设计上部结构施工工工法比选运架一体化整整孔预制吊装装方案三、水中区域域桥型方案比比选与设计步骤一：整孔孔吊装箱梁，，临时简支支支承。步骤二：浇注注墩顶湿接头头，转换支座座，简支变连连续。步骤三：依以以上步骤继续续下一联架设设。上部结构施工工工法三、水中区域域桥型方案比比选与设计运架分离整孔孔预制吊装方方案节段预制架设设施工方案：•传统的单点式式吊机悬拼方方法•架桥机逐孔悬悬拼施工方法法•节段预制整孔孔拼装•节段预制大节节段拼装三、水中区域域桥型方案比比选与设计上部结构施工工工法节段预制整孔孔拼装三、水中区域域桥型方案比比选与设计节段预制大节节段拼装三、水中区域域桥型方案比比选与设计可采用预制小小节段，在运运输驳船上拼拼装成大节段段后，起吊拼拼装；也可直直接预制成大大节段起吊拼拼装。直接预预制成大节段段，对场地条条件、运输设设备、下海码码头等要求相相对较高。预预制小节段，，在运输驳船船上拼装成大大节段后起吊吊拼装，对场场地、设备要要求较低。施施工速度较快快。上部结构施工工工法比选采用整孔预制制吊装施工方方案，与节段段预制架桥机机逐孔拼装施施工方案相比比，整孔预制制吊装施工方方案具有明显显的优势：从施工可靠性、工工期保证性、作业业效率、施工组织织管理方面比较，，整孔吊装方案优于于节段拼装方案。。对本桥而言，由于于工程量巨大，专专用设备的优越性性及经济上合理性性可得到充分体现现。综述：水中低墩区区长达17公里，通过结合工工期要求、可能的的施工方案及施工设备、、施工可靠性、技技术经济指标等方方面要求，对各种施工方案进进行综合比较，整整孔预制吊装是最最快捷可靠的施工方案，也也是最有利于结构构耐久性的方案。。三、水中区域桥型型方案比选与设计计基础方案比选承台方案比选桥墩方案比选三、水中区域桥型型方案比选与设计计下部结构方案比选选钻孔桩与打入桩相相比，在经济上、、结构受力合理性性、施工速度以及及质量控制上均无无优势由于水流、河床、、冲刷地质、结构构耐久性等几方面面原因，本桥不宜宜采用预应力管桩桩基础钢管桩施工方便快快速，且施工期间间具有较强的抗风风浪及承台施工荷荷载能力，结构耐耐久性措施可靠。。基于以上优势，本本区域基础优先考考虑钢管桩方案。。三、水中区域桥型型方案比选与设计计基础方案现浇承台方案钢围堰现浇承台方方案预制混凝土围堰现现浇承台方案预制整体承台方案案三、水中区域桥型型方案比选与设计计承台方案综述：预制整体承承台方案施工速度度快，现浇混凝土土工作量小，不需需要庞大的围堰和和封底混凝土，承承台混凝土质量可可靠。但由于预留留孔尺寸的限制，，对桩基施工精度度要求较高，尤其其斜桩较多时，斜斜桩的施工误差将将使承台就位困难难；承台安装起重重设备要求高。现现浇承台方案施工工方案成熟可靠，，对桩基施工位置置偏差的适应性较较好。综合比较考虑，承承台采用现浇承台台方案。现浇墩身方案预制墩身方案三、水中区域桥桥型方案比选与与设计墩身方案本区域范围水深深条件良好，适适于大型水上吊吊装设备施工，，预制墩身方案案将海上施工转转化为陆上施工工，墩身在预制制厂内浇筑，作作业条件得到大大大改善，混凝凝土施工质量易易于保障。大型型水上运输及吊吊装设备的应用用，大大减少了了水上恶劣条件件下施工人员数数量，省时、省省力。综合比较考虑，，桥墩采用预制制施工方案。所需水上作业船船舶多，施工周周期长，难度大大。三、水中区域桥桥型方案比选与与设计3.2水中区域桥梁设设计三、水中区域桥桥型方案比选与与设计上部结构设计主梁结构应尽可可能标准化，减减少种类，方便便工厂化、规模模化预制作业。。主梁内外轮廓应应能方便整体内内外模的进入与与脱出。主梁预应力布置置及局部结构尺尺寸应满足各种种施工工况的受受力要求。主梁钢筋布置应应适应钢筋分片片整体绑扎和整整体吊装施工。。海上现浇湿接头头应尽量简化和和方便施工。上部结构设计特特别考虑：上部结构设计横向布置置双双幅桥桥布置,单幅桥宽宽15.8m,总宽33.0m.70m连续梁结结构布置置:三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计上部结构构设计纵向布置置基基本联长长6x70m少数5x70m.70m连续梁结结构布置置:三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计直线段预预制粱为标准的的边跨预预制梁段段和中跨跨预制梁梁段曲线段预预制粱曲线段预预制粱构构造尺寸寸基本与与直线段段预制粱粱相同，，仅仅顶顶板悬臂臂长度不不同而已已；通过过调整悬悬臂板的的长度来来拟合桥桥梁曲线线掉头区段段预制粱粱预制粱悬悬臂板的的长度由由3.9m变为4.5m主线加宽宽段预制制粱特殊设计计预制梁类类别:三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计顶板宽15.8m,板厚27cm悬臂3.9m，悬臂根根部厚度度50cm底板宽6.25m,板厚25cm腹板跨中中厚度为为50cm腹板根部部厚度为为70cm主梁标准准断面:三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计预制梁一一般构造造:三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计三、水中中区域桥桥型方案案比选与与设计预制梁端端构造方便内模模整体脱脱出墩顶支座座立面布布置:三、水中区域桥型型方案比选与设计计墩顶支座平面布置置:箱梁构造三、水中区域桥型型方案比选与设计计70m梁起吊方案:三、水中区域桥型型方案比选与设计计边跨预制梁重量2160t中跨预制梁重量2140t箱梁预应力布置预制梁段纵向预应应力布置:三、水中区域桥型型方案比选与设计计箱梁预应力布置三、水中区域桥型型方案比选与设计计后期连续预应力筋筋先期简支预应力筋筋箱梁预应力布置三、水中区域桥型型方案比选与设计计采用塑料波纹管和和真空压浆技术三、水中区区域桥型方方案比选与与设计预制梁钢筋筋布置钢筋布置方方便绑扎和和整体吊装装上部结构施施工本区段箱梁梁采用整孔预制吊吊装施工方方案,即在预制场场浇注70m一孔单幅箱箱梁，利用用大型浮吊吊将70m箱梁从水上上运至待架架位置，落落梁就位，，然后浇注注墩顶湿接接头。施工方案:三、水中区区域桥型方方案比选与与设计上部结构施施工三、水中区区域桥型方方案比选与与设计70m梁后期连续续状态三、水中区区域桥型方方案比选与与设计结构受力分分析计算主梁在预制制场简支存存梁以及移移梁状态。。主梁在起吊吊架设状态态。主梁在墩顶顶简支状态态。主梁在墩顶顶连续合拢拢后状态。。主要受力工工况：荷载组合①恒载+活载+基础沉降②恒载+活载+基础沉降+温度力（升温温）+制动力③恒载+活载+基础沉降+温度力（降温温）+制动力④恒载+基础沉降+挂车⑤恒载+施工荷载三、水中区域域桥型方案比比选与设计墩顶横隔板有有限元分析:三、水中区域域桥型方案比比选与设计结构空间受力力分析计算70m梁起吊有限元元分析:三、水中区域域桥型方案比比选与设计结构空间受力力分析计算4.1滩涂区域桥型型方案比选四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计通过对60、50、40m三种不同跨径径桥型方案的的经济比较，，可以看出在在滩涂区40、50m梁经济性略好好，但40m跨径对水流的的影响较大，，孔跨多、工工期较长，综综合考虑经济济性、结构合合理性、施工工的难易程度度以及对水流流影响等各方方面的因素，，滩涂区采用50m预应力连续梁梁方案。四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计跨径的选择与与比较滩涂区上部结结构施工方案案比较节段拼装方案案整孔预制架设设移动模架现浇浇四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计节段拼装方案案方案特点节段预制拼装装在国外已广广泛应用，其其设计和施工工技术已较成成熟。箱梁节段在梁梁场预制，施施工管理简单单，质量易于于保证。节段段长度和重量量可根据运输输起吊设备灵灵活划分，节节段重量一般般可控制在100t左右。在架桥机上进进行整孔节段段拼装施工速速度较快，一一般可达3～6天一孔。节段之间采用用复式剪力键键，环氧树脂脂胶结拼缝，，施工精度要要求高。施工工需有严格的的工艺保证，，确保拼接缝缝密实，满足足结构耐久性性要求。四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计方案特点50m预制箱梁重量量达1400t，运输和架设设技术难度大大。箱梁实现整孔孔架设，可加加快滩涂区上上部结构的施施工进度，架架设速度可达达1天1孔（单幅），，能满足总工工期的要求。箱梁均在梁场场预制，混凝凝土质量有保证证，有利于提提高箱梁的耐久久性。整孔箱梁在桥桥上运输，施施工荷载控制箱箱梁设计，主主体结构材料用用量有所增加加。整孔预制架设设方案四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计移动模架现浇浇施工方案拼装移动模架架并移至需现现浇的桥跨，，移动模架支支撑在桥墩上上。拼装模架，吊吊装预制的钢钢筋骨架并绑绑扎成型浇注梁体混凝凝土。张拉预应力钢钢筋。脱模后，移动动模架向前移移至下一孔梁梁。方案特点移动模架逐跨跨现浇施工在在国内外已广广泛运用，施施工技术成熟熟。海上进行长距距离的移动模模架现浇施工工，作业环境境差，材料运运输量大，栈栈桥规模增大大现浇施工，养养护工作量大大，构件尺寸寸不易控制。。施工较慢，移移动模架施工工速度约为每每孔11天，须多点施施工方能满足足工期要求。。四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计上部结构采用用施工方案综上所述，在在同步研究了了大型箱梁整整孔预制、场场内搬运、梁梁上运输和架架设等关键施施工工序，并并确认大型运运、架设备研研制无技术障障碍，施工技技术可行后，，经综合考虑虑：滩涂区箱梁整整孔预制架设设方案虽有一一定难度，但但施工进度快快，施工质量量可靠，滩涂涂区上部结构构50m预应力箱梁采采用整孔预制制、梁上运梁梁架设施工方方案。四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计滩涂区下部结结构方案基础采用钻孔桩基基础其施工方案灵灵活，桩径不不受限制，能能适合于不同同地层，单桩桩承载力高，，单桩刚度大大，能适应冲冲刷较深的地地段。墩身和承台墩身和承台均均采用现浇方方案。四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计4.2南引桥滩涂区区上部结构设设计箱梁构造箱梁预应力布布置箱梁施工四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计上部结构设计计1430吨箱梁采用梁梁上运梁、整整孔预制架设设施工方案，，尚无实践先先例。箱梁承受施工工荷载巨大，，每片预制梁梁要承受500t运梁荷载施工工况复杂杂，每片箱梁梁要经历存梁梁、移梁、起起吊、运输、、架设、受载载等工况，保保证箱梁施工工安全是对设设计一大挑战战。主梁结构设计计要兼顾受力力安全和施工工方便。上部结构主要要特点：四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计上部结构设计计主梁结构应尽尽可能标准化化，减少种类类，方便工厂厂化、规模化化预制作业。。主梁内外轮廓廓应能方便整整体内外模的的进入与脱出出。主梁预应力布布置及局部结结构尺寸应满满足各种施工工工况的受力力要求。主梁钢筋布置置应适应钢筋筋分片整体绑绑扎和整体吊吊装施工。海上现浇湿接接头应尽量简简化和方便施施工。上部结构设计计特别考虑：：四、南引桥滩滩涂区桥梁方方案比选与设设计箱梁构造横向布置双双幅桥桥布置,单幅桥宽15.8m,总宽33.0m.纵向布置基基本联长长8x50m少数7x50m.50m连续梁结构布置置:四、南引桥滩涂涂区桥梁方案比比选与设计箱梁构造顶板宽15.8m,板厚26cm悬臂3.9m，悬臂根部厚度度50cm底板宽6.625m,板厚25cm腹板厚度为40cm-60cm。主梁断面主要尺尺寸:四、南引桥滩涂涂区桥梁方案比比选与设计箱梁构造主梁一般构造:四、南引桥滩涂涂区桥梁方案比比选与设计箱梁构造主梁梁端及吊点点构造四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计箱梁预应应力布置置预制梁段段纵向预预应力布布置:四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计箱梁预应应力布置置墩顶合拢拢段纵向向预应力力布置:四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计箱梁钢筋筋布置钢筋布置置方便绑绑扎和整整体吊装装箱梁施工工方案施工方案案:滩涂区50m箱梁采用用预制场场整孔预预制;由专用运运梁车及及架桥机机进行整整孔架设设的施工工方案四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计箱梁施工工方案箱梁在梁梁场整孔孔预制。。箱梁通过过梁场搬搬运机运运至提升升站。通过提升升站将箱箱梁放至至大型运运梁车上上。运梁梁车由四四个轮胎胎式平板板车组成成，采用用双幅桥桥来承受受运梁荷荷载，改改善主体体结构在在施工阶阶段的受受力情况况。运梁车将将箱梁运运至架桥桥机吊架架下方。。架桥机将将箱梁吊吊离运梁梁台车并并前移。。运梁台车车向后退退出。箱梁纵横横移到位位后，下下放至墩墩顶，置置于临时时支座上上。一联箱梁梁吊装完完成后，，一次性性现浇墩墩顶湿接接头，张张拉负弯弯矩预应应力束，，完成体体系转换换，形成成连续梁梁。施工步骤骤:四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设计四、南引引桥滩涂涂区桥梁梁方案比比选与设设