上海长江大桥下部结构施工施工技术课件

上海长江大桥下部结构施工技术

主要内容第一章、概述第二章、钻孔桩施工第三章、钢吊箱及封底施工第四章、承台塔座施工第五章、塔柱施工第六章、科技创新点第一章、概述上海长江隧桥工程位于上海市东部，由南港隧道工程和北港桥梁工程组成，总长25.5km，是目前世界上最大的隧桥结合工程。

上海长江大桥主通航孔桥采用五跨连续全漂浮体系，空间双索面结构形式，跨径布置为：92+258+730+258+92=1430m。主桥桩基础采用Φ3m～2.5m变截面钻孔灌注桩，共计180根。承台为尖圆形结构，长72.20m，宽37.20m，厚度6.0m，承台混凝土标号为C40，单个承台混凝土方量为15025m3。塔座为哑铃形结构，厚3.0m，单个塔座混凝土总方量为2696m3。塔柱结构图塔柱图片主塔为人字形独柱钢筋混凝土索塔。自塔座面起塔高为208.722m，上塔柱斜拉索锚固区采用钢锚箱－混凝土组合结构，钢锚箱总高55.787m。第二章、钻孔桩施工1、钻孔桩平台施工上海长江大桥钻孔桩平台施工特点：①水深，16m～20m；②钢护筒入泥深，护筒底标高-48m，顶标高+6.0m，入泥32m;③长江口区水流速大，涨潮最大流速达2.2m/s，落潮最大流速达1.86m/s。平台设计方案：主墩钻孔平台采用钢护筒参与平台受力的设计方式，钢护筒采用大刚度导向架，进行整桩沉放施工。平台由48根Φ1000×14mm钢管桩和61根Φ3150×18mm钢护筒构成，分为起始平台、护筒区平台、下游平台区。平台施工工艺：利用航工桩5#打桩形成起始平台以及下游平台，然后以起始平台为依托，安装悬臂式导向架振动下沉钢护筒，钢护筒下沉施工与平联施工交错进行，步步为营。钢护筒全部施工完毕后施工剩余钢管桩（护筒区），钢管桩采用浮吊进行插打。航工桩5起始平台钢管桩及平联施工完毕搭设起始平台（下游平台）以起始平台为依托安装导向架，下放钢护筒。单个导向架每天沉桩2根。钢护筒起吊采用两个主钩，一钩起一钩落实现水平变垂直，为防止护筒变形，采用捆绑式吊装。钢护筒长54m，重74吨，利用大刚度导向架进行整桩沉放施工。在水中逐步将护筒竖立竖立后转入导向架200t浮吊安全网兜利用导向架上下龙口调整护筒垂直度龙口龙口ICEV360振动锤振沉护筒间平联焊接在工厂配套制作好平联管钻机轨道梁安装通道以及安全设施施工主墩基础由60根直径3.0～2.5m的变截面钻孔灌注桩组成，桩底标高-109.85m，桩顶标高-2.0m，其砼总方量达4万多立方米。2、钻孔桩施工ZSD3000钻机ZDZ3500钻机钻头及配重块下放钻孔过程中泥浆指标检测钻机加杆钻进钻头加固补焊钢筋笼采用在胎架上加工，一次成型分节制作。胎架成品用浮吊吊装钢筋笼节段钢筋笼连接钢筋笼总重量约60吨，利用卷扬机作为起重系统，通过钢架沉放下放导管清孔首批混凝土灌注混凝土浇注过程中1601#水上搅拌站月亮湾号水上搅拌站第三章、钢吊箱以及封底施工主墩钢吊箱与承台的防撞体相结合，钢吊箱平面尺寸为：长76.4m，宽41.4，高10米，重1480吨。采用工厂制作、浮运至现场、整体安装施工工艺。1、钢吊箱的结构为了保护承台，承台侧面设计了防撞设施（钢结构即防撞体）。防撞体平面图钢吊箱平面图钢吊箱下沉时平面图钢吊箱抽水时平面图吊耳吊耳吊耳吊耳顶口支撑钢吊箱底板加强为了增加底板的刚度，在底板上设置了两道纵加强桁架。一道横向加强桁架。横向设一道加强桁架纵向设两道加强桁架钢吊箱底板结构图钢吊箱底板主梁采用H400型钢次梁主梁次梁采用H175型钢底板面板采用6mm的钢板拉杆布置图

吊箱采用拉杆固定，拉杆共计400根。加桩直径1.4m试桩拉杆

为了保证封底混凝土强度满足要求之前平衡箱体内外水头差，壁体上共设12个连通器。连通器钢吊箱拉杆构造钢吊箱通过精轧螺纹钢悬挂在钢护筒上。拉杆体系由位于钢吊箱底板上的下端铰支座和钢护筒上的上端铰支座以及精轧螺纹钢构成。这种拉杆体系可以调整拉杆的受力，使各拉杆受力尽可能均匀。上端铰支座下端铰支座精轧螺纹钢底板钢护筒2、钢吊箱制作钢吊箱在江苏长博船务工程有限公司工厂制作（江阴市）。钢吊箱制作钢吊箱防腐2、钢吊箱下水以及浮运钢吊箱在船台上制作完毕，解除钢吊箱固定装置，钢吊箱在重力作用下下滑入水，自浮。辅助滑道辅助滑道120t龙门吊斜坡滑道钢吊箱下滑、入水自浮钢吊箱运输由靖江出发，浮运至上海长江隧桥B5标施工现场，其地理里程约200余公里，营运里程约220余公里，经过长江江苏省、上海市两地。八圩港大桥工地拖带方式：钢吊箱浮运采取一艘2640HP顶推，一艘1980HP和一艘2640HP型拖轮绑拖的编队形式进行浮运。采用三艘拖轮浮运浮运至现场3、钢吊箱安装钢吊箱重约1480t，选择“镇航工818”1200t浮吊和“上海港1#”1000t浮吊抬吊。镇航工818上海港机1#钢吊箱吊装吊箱底板钢吊箱底板通过牛腿位置后，将缩进护筒内的牛腿从护筒内推出，并锚固牢靠，钢吊箱下放到位后，将拉杆锚固在牛腿上。钢护筒拉杆安装拉杆锚固体系拉杆铰支座平面位置固定剪刀撑焊接位置剪刀撑剪刀撑钢吊箱固定

4、钢吊箱封底钢吊箱封底采用C30水下混凝土，混凝土方量各为4148m3。封底混凝土采用四艘搅拌船两个中央集料斗一次浇注完成。料斗开启与闭合采用气缸进行控制。中央集料斗放、分料系统照片第四章、承台以及塔座施工

1、承台施工承台长72.20m，宽37.20m，厚度6.0m，单个承台混凝土方量为15025m3，采用C40混凝土。承台分两层浇注，第一次浇注约5000m3（高度2.4m）,第二次浇注约10000m3（高度3.6m）。承台与钢吊箱壁间设置有10cm厚的橡胶垫块，承台与钢吊箱壁间设置木质模板结构绑扎底层钢筋

为了控制承台砼的温升，减少承台大体积混凝土的裂缝的出现，对承台设置了五层温控水管。承台冷却水管布置冷却水输入装置承台第一层混凝土浇注完后养护承台第混凝土浇注2、塔座施工塔座为哑铃形结构，其底标高+4.0m，顶标高+7.0m，厚3.0m，塔座采用C40混凝土，单个塔座混凝土总方量为2696m3。塔座分三块浇注，即塔座两端与中间系梁三部分。为防止塔座混凝土开裂，在塔座两端各设置了冷却水管。塔座钢筋塔座系梁内腔组合钢模板塔座冷却水管布置塔柱与塔座同步浇注30cm塔座混凝土浇注第五章、塔柱施工一、概述1、工程概况主桥塔柱为“人”字型独柱结构，塔柱底面高程为7.000m，塔顶高程为215.722m，塔柱总高度为208.722m。塔柱为钢筋砼箱形断面，下塔柱由两个的单箱单室渐变成一个单箱单室，中塔柱及上塔柱为单箱单室断面。塔柱四角设1.2m×1.2m的倒角。塔柱结构图顺桥向：下塔柱外侧面为半径91.47m的圆弧面，内侧面底部的斜率为半径8.5m的圆弧面，中部斜率为1/3.35，中上塔柱顺桥向为1/187.9。横桥向：中下塔柱的斜率为1/73，上塔柱斜率为1/187.9。塔柱砼标号为C50。索塔区钢锚箱总高55.787m，顺桥向长5.4m，横桥向宽2.5m，共分23个节段。塔柱图片R=91.47R=3.489R=8.5装饰槽2、塔柱总体施工工艺塔柱起始四个节段以及左右塔肢之间采用满堂脚手架施工（由于结构复杂以及爬架安装的空间要求，塔柱起始四个节段采用满堂脚手架施工，左右塔肢之间由于主动横撑施工使爬架安装空间不足，采用满堂脚手架施工）。其余部分采用液压爬模施工。满堂脚手架施工液压爬模施工3、塔柱施工特点（1）气候恶劣（上海长江大桥地处长江口区，桥址处环境因素复杂，桥区每年6级以上风速日约180天左右，受台风以及季风影响较大。砼受海水的侵蚀，砼需满足海工砼要求。）（2）塔柱弧形模板多（塔柱设计造型新颖，为“人”字型独柱结构，塔柱标高+61.002以下为空间弧面构造，给塔柱模板施工带来困难。）（3）施工设备要求高（塔柱高208.722，上塔柱采用钢锚箱结构，单节最大重量约26吨，塔柱砼标号为C50海工砼，综合各方面因素，塔柱施工对其重设备以及砼泵送设备性能要求高。）（4）砼质量控制难度大（塔柱砼为C50海工砼，海工砼具有弹性模量高、收缩徐变大、施工性能差、养护要求高等特点。）二、主要施工设备1、塔吊（1台）工作幅度：60m；最大吊重：50t；起重力矩：900t·m；起升速度：0～11m/min（50t）；位置：承台下游侧。风嘴后安装分体式钢箱梁塔吊布置图

附墙安装、拆除平台塔顶走道塔吊大距离附墙(净间距20m)1#索穿插于第三道附墙杆之间0#索穿插于前三道附墙杆之间2、搅拌站（1座）理论生产能力：75m3/h

；位置：承台下游侧。3、砼输送泵（1台）HBT90无级变量砼泵。泵送高度：450m；4、电梯（1台）SCD100型施工电梯，布置在塔柱横桥向面。塔吊承台搅拌站电梯塔柱施工设备布置三、塔柱复杂外形模板设计、制作技术1、模板施工特点（1）模板弧形构造多塔柱横桥向内、外侧面和交汇段分别半径为8.5m、91.47m和3.489m的圆曲面，且外侧圆弧形曲面长边别达75.9m。（2）模板尺寸大模板面积在12m×4.8m到5.4m×4.8m之间变化。（3）模板截面尺寸变化大下塔柱横桥向起步6.5m高度范围内由14m变化到8.931m，变化率达到0.77m/m。整个塔柱从底到顶截面尺寸从14m×12m变化到7.4m×7.4m，全部为变截面结构，而且变化不规则。（4）下塔柱倒角模板为空间曲面模板塔柱外侧设置1.2m×1.2m水平倒角，下塔柱倒角面为空间曲面，每节段模板尺寸各异。（5）装饰槽模板尺寸随顺桥向外侧面变化率变化塔柱设置装饰槽，深度15cm，其尺寸随顺桥向外侧面变化率变化，下塔柱成弧线形变化，中上塔柱为直线形变化。2、模板结构选用模板结构形式一般有三种：钢模板、木模板、钢木组合模板，其各自的优缺点及其使用效果见下表。模板类型优点缺点使用效果钢模板刚度大，总体受力性能好，适应大面积模板，施工精细化要求低。自重大（200kg/m2），模板表面易锈蚀。空间曲面加工难度大，成本高。砼保温效果差，模板不便于尺寸修改，损坏部分不易修复。木模板自重轻，加工简单，适应于异型模板，可在现场加工、制作。刚度小，总体受力性能差，不适用大面积模板，周转次数少，不防火。使用方便，但因刚度小，砼容易涨模，砼接缝容易错台。钢木组合模板刚度较大，自重较轻（90kg/m2），总体受力性能较好，适应大面积模板，构件可在现场加工、制作，修改方便。木面板容易损坏，防火性能差，模板制作工序多，拼装要求高。砼保温效果好，模板便于尺寸修改，修补方便上海长江大桥主塔为“人”字形塔，截面尺寸大，截面尺寸变化大，塔柱采用液压自动爬模施工，综合各方面因素并结合工程特点，选用大刚度、自重轻、修改方便的钢木组合模板。2、模板结构设计钢木组合模板由胶合板（Visa板）、钢背楞（[8）、钢围檩（[14a）三部分组成。钢木组合模板钢围檩[14Visa面板钢背楞[83、模板形式模板主要分为三种形式：大面模板（平面形、圆弧形）、倒角模板（平面形、曲面形）

、装饰槽模板。特殊模板：合龙段底口圆弧模板（钢模板）。大面模板钢围檩[14Visa面板钢背楞[8圆弧形大面积模板平面形大面积模板曲面形倒角模板钢桁架Visa面板木枋装饰槽模板下塔柱合龙段合龙段底模板面板：6mm钢板+0.2mm不锈钢板，二者通过铆钉锚固背楞[8钢桁架4、空间曲面模板的设计、制作工艺4.1、塔柱倒角曲面结构特点塔柱倒角面由两组半径为91.47m的圆弧构成的空间曲面，其水平截面为直线（边长1.2m×1.2m的直角三角形斜边）。R=91.474.2、倒角曲面模板设计模板采用空间弧形钢桁架做模板背带，镶嵌木枋进一步调整空间形态，然后安装Visa板面板，达到满足空间弧形塔柱施工精度的要求。钢桁架木枋Visa板4.3、倒角曲面模板制作技术（1）钢骨架制作按照每节段模板的安装线形，用槽钢（[14a）控制塔柱顺桥向圆弧面，根据塔柱倒角曲面其水平截面为直线的原则，在槽钢（[14a)上安装三角架，三角架间距30cm，通过三角架初步控制倒角曲面轮廓线。（2）面板安装先采用木枋进一步调整钢骨架曲率半径，然后安装ViSa板，ViSa板面略大于设计尺寸，最后采用几何控制法绘制模板边线，用切割机切除多余面板。根据塔柱弧线确定14a#槽钢弧度根据槽钢弧线与水平面夹角安装三角架因几何控制数据中存在角度和弧度，而且面板为曲面，模板边线定位难度较大，存在较大控制误差。实际采用试拼法确定倒角模板边线，即根据倒角模板与相邻模板的空间相对关系寻找模板夹角处棱线。根据两块模板的空间相对关系寻找模板夹角处棱线每块模板预拼装，校核模板制作精度四、弧形塔柱液压爬模施工技术上海桥下塔柱外侧面的斜率为半径91.47m的圆，采用液压自动爬模施工。一方面需要设计出能够满足施工正常使用的曲线形轨道，另一方面又需要液压自动爬模系统既能适应曲线又能适应直线形轨道。弧形轨道塔柱弧面采用液压爬模施工。

五、砼接缝错台控制技术方法：通过合理设置拉杆位置来有效控制错台。方案1：底排拉杆设置在砼面上10cm两对拉杆中间围楞B处变形0.14mm，分层处竖向背楞变形0.1mm，对拉杆变形1mm

最大变形为1.24mm方案2：底排拉杆设置在砼面下10cm两对拉杆中间围楞B处变形0.29mm

分层处竖向背楞变形0.6mm，对拉杆变形0.8mm

最大变形为1.69mm方案1方案2施加预紧力后，方案1变形0.24mm，方案2变形0.89mm，方案1不容易控制预紧力，方案1容易控制预紧力，选用方案2。底排拉杆设置在混凝土内，与前一节拉杆重用

六、高塔海工砼裂纹控制技术1、低热砼配比钻孔桩中胶凝材料中水泥：掺和料=4：6，绝对温升达到45.4度.塔柱胶凝材料为中水泥：掺和料：粉煤灰=4：3：3，温升为39.2度，比原胶凝材料绝对温升降低15.8%。掺和料为矿渣和粉煤灰研磨出来的更细的颗粒，其中粉煤灰含量约占33%左右，粉煤灰为球状颗粒体，其收缩比矿渣(棱角状)小。通过调整砼中胶凝材料的用量，并增加矿粉、粉煤灰的用量和减少水泥的用量，并选择水化热小的水泥，可以大大降低水化热，进而达到控制砼裂缝的开展。2、塔柱与塔座结合部砼同步浇注2.1、理论分析砼收缩在受到外部或者内部（钢筋、骨架、已经浇注混凝土）约束时，将使砼中产生拉应力，甚至使砼开裂。砼的收缩是一种随时间增长的变形，砼结硬初期收缩变形发展很快，一般情况下，两周时间可以完成25%，一个月可以完成50%，三个月后增长缓慢，两年后基本趋于稳定。因塔柱与塔座之间存在施工工序转换，二者砼浇注时间间隔一般2～4周。因时间上的关系，塔柱与塔座砼不能同步收缩，即塔柱砼收缩量大于此时间段内塔座砼的收缩量，塔柱砼在受到塔座砼约束时，将使塔柱砼中产生拉应力，甚至使砼开裂。因此在塔座与塔柱砼浇注时，需要寻找减小塔座砼约束力的新方法。2.2、施工技术措施以及可施工性分析塔柱与塔座结合部，在塔座混凝土浇注时，同步浇注塔柱混凝土，塔柱混凝土浇注高度H。因塔柱混凝土压力较大，一方面可能在塔座砼凝固前，使塔座处部分混凝土发生局部挤压破坏，另一方面在砼浇注过程中可能出现塔座砼从塔座面溢出现象。因此，塔柱首节段混凝土浇注高H度受到限制。同步浇注高度2.3、理论计算分析根据规范，用混凝土的均匀降温来模拟混凝土收缩裂缝的影响，采用塔座混凝土完成收缩终值的20%（约12天时间），即均匀降温5℃来作控制时，保护层未出现裂缝。（塔柱与塔座浇注时间间隔12天内）以下分析是采用收缩终值的30%（约18天时间），即均匀降温7℃来作分析。第一阶段同时浇筑0cm高度裂缝分布图裂缝集中点裂缝集中点裂缝集中点第一节段同时浇筑30cm高度的裂缝分布图第一节段同时浇筑88cm高度裂缝分布图第一节段同时浇筑121cm高度裂缝分布图结论同步浇注高度从0cm变化到30cm时，沿结合面发展的环向裂缝有显著减少，而沿塔壁竖向发展的裂缝集中程度有所缓和，同步浇注高度增加到121cm时，而沿塔壁竖向发展的裂缝分布区域有所减少，集中程度也有所缓和，但改善相对不是特别显著。2.3、实际控制根据计算结果分析，同步浇注高度越高，越利于减少塔柱根部处混凝土收缩裂纹。但是，从施工角度考虑，因塔座表面积较大，塔座表面处不可能设置抵抗塔柱混凝土压力的设施，例如在表面设置模板，因此施工时实际选择塔柱同步浇注高度为30cm。同步浇注30cm2.4、现场裂纹出现情况以北塔为例：塔柱第二节段砼浇注高度为3m（首节30cm）。因塔座混凝土先浇注上游处，后下游处，最后系梁处，导致塔柱与塔座间砼浇注时间间隔长。构件上游砼浇注时间下游砼浇注时间塔座06.12.0206.12.13塔柱06.12.3007.01.04时间差28天22天塔柱裂纹出现情况与计算较吻合；结合部未出现裂纹；北塔上游塔肢裂纹明显多余下游塔肢（时间差不同）。2.5、结论塔柱与塔座同步浇注可以减少部分裂纹发生，但是二者之间砼浇注时间间隔对裂纹影响更大，应当尽量缩短。同步浇注30cm塔柱裂纹（最长约2.2m，最宽0.13mm，最深23mm）倒角面3、高塔混凝土养护3.1、系统设置防风保温系统：采用双层防风布，中间夹有棉纱，沿爬模系统内侧挂设，随爬模系统爬升。防风布设置高度为9m（两节塔柱高度）。喷雾养护系统：沿爬架在塔柱四周密集布置喷头，在承台上设置供水系统和自动加热系统，当外界温度较低时，对养护水进行加热处理。防风、保温设施砼喷水养护设施砼湿水养护养护水加温设施塔柱养护

喷淋装置3.2、混凝土拆模温度实测塔柱15#节砼温度，混凝土浇注完后，其外表温度变化见下图。混凝土浇注完约30小时后，外表温度达最高值53℃，48小时为44℃，随后下降缓慢，72小时约为41℃。（即混凝土浇注完72小时拆模温度约为41℃）3.3、养护控制（1）气温低于20℃时养护水温度为35℃（养护水与混凝土外表温差<10℃）。养护频率为白天1小时1次，晚上2小时1次。采用防风布保温，养护时间为7～12天。（2）气温高于20℃时养护水温度为30℃（养护水与混凝土外表温差<15℃）。养护频率为白天0.5小时1次，晚上1小时1次。采用防风布保温，养护时间为7～12天。3.4、实施效果设置专一的保温、养护系统能有效抑制混凝土表层裂纹的产生，通过对塔柱防风系统和喷淋系统的使用，使得中上塔柱混凝土表面基本无裂纹，确保了混凝土外观质量。同时也打破以往采取人工洒水防护的模式，大大节省工作量，提高了养护效力。5、使用透水模板布5.1、透水模板布的原理透水模板布是一种非纺织纤维，它能把刚浇筑的混凝土表面多余的空气和水从排水孔排出。使砼表面水与水泥的比例值W／C降低，提高混凝土的强度和耐久性。模板布直接粘贴在模板上5.2、使用效果使用透水模板布：混凝土色泽均匀，表层更致密、坚实，无砂眼、水线、气泡现象。没使用透水模板布：混凝土色泽不均，表层有砂眼、水线、气泡现象。使用不使用不使用使用5.3、本桥应用效果下塔柱外侧面为半径91.47m的圆弧面，塔柱第一节段外侧面与水平面夹角为55度，此面不利于混凝土振捣。使用透水模板布后，塔身混凝土形成亚光表面，色泽更均匀，表层更致密、坚实，无砂眼、水线、气泡、花纹，也无漏浆现象。

6、掺纤维防裂塔座、下塔柱+27.0标高以下掺加聚丙乙