滩涂区大吨位预应力混凝土箱梁整体预制、梁上运梁架设施工技术研究总报告1 项目研究的背景1.1 项目研究依托的工程概况1.1.1工程地理位置杭州湾跨海大桥位于我国改革开发最具活力、经济最发达的长江三角洲地区，是“五纵七横”国道主干线同江三亚沿海大通道的重要组成部分，也是浙江东部沿海地区与上海之间的快捷通道。杭州湾大桥位于钱塘江河口与杭州湾交汇处，起于嘉兴市乍浦郑家埭村，跨越杭州湾北航道、南副航道和宽阔的海面及南岸滩涂地后，上跨宁波市慈溪的十塘海堤，经九塘、八塘海堤，止于宁波市慈溪水路湾村，工程起止里程为K49+000K85+000，全长36Km，其中大桥长度35.673Km(海域部分长31.5 Km)。它是是世界上目前在建的最长的跨海大桥工程，建成后将缩短宁波至上海间的公路运输里程120余公里。杭州湾跨海大桥工程建设规模浩大、建设条件复杂、技术难度大、社会与经济效益显著备受国内外瞩目。杭州湾跨海大桥南岸滩涂区引桥起讫里程为K71+335K81+415，全长10100米。因南岸滩涂区段地势平坦，海床面大部分高程2.0-2.0米，水深仅05.0米，大型船舶无法作业；并且该海区潮汐属典型的半日潮，平均潮差4.6米，滩涂区受潮汐涨落影响较大，施工条件恶劣，施工作业难以展开，因此，滩涂区箱梁施工是整个大桥工期控制的关键之一。1.1.2工程结构设计情况杭州湾跨海大桥南岸滩涂区引桥起讫里程为K71+335K81+415，全长10100米，由中铁二局股份公司负责施工(工作内容主要包括50m箱梁整体预制、运输、架设和连续梁体系转换施工)。该区段桥梁上部结构为跨径50m的先简支后连续预应力混凝土连续箱梁，基本联长布置为20联850m和6联750m，共计26联；箱梁包括边梁(B1B10)和中梁(Z1Z7)两大类共计17种梁型，其中边梁104片、中梁300片，共计404片。其平面线型有R、R10000m、R6000m曲线三种。50m箱梁采用单箱室截面，单幅桥箱梁顶宽15.8m，底宽6.625m，箱梁梁高3.2m，箱梁两侧各悬臂3.9m，悬臂端部厚度20cm，悬臂根部厚度50cm。顶板在箱室内净跨6.8m，板厚度26cm，横桥向单向放坡2.0%。箱梁底板较宽，底板厚度为25cm；在支座两侧附近局部加厚至0.6和0.5米。腹板作成斜腹板，斜度为1：4.04。曲线段预制梁构造尺寸基本与直线段预制梁相同，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桥梁曲线，悬臂板的长度变化范围为3.85m3.95m。标准50米箱梁的边梁和中梁自重分别为1430t和1425t。1.1.3工程施工环境1.1.3.1气象条件杭州湾地处我国东部沿海地区，属亚热带季风湿润气候区，季风明显，四季分明，气候温和、湿润、多雨。(1)气温：常年平均气温为16，最冷月平均气温为4.1，最热月平均气温28.3，极端最高气温为39.1，极端最低气温为-10.6。(2)湿度：全年平均相对湿度为8182%。(3)降水：年平均降水量为1294.6mm，月最大降水量为468.3mm。(4)风：实测平均最大风速为22.6m/s，实测极大风速为31.9m/s。年平均台风影响次数2.56次。台风是本工程施工的不利气象条件之一。另外，龙卷风也在本区域偶有出现，对工程施工安全造成威胁。(5)雾况：全年各月均有雾日出现，夏季雾日相对较少且持续时间较短，冬季雾日较多且持续时间较长。雾最长持续时间达22.9小时，出现天数最多年份为67天，多年平均雾日为21.5天。大雾天气不仅影响工程施工进度，而且对工程施工安全造成威胁。1.1.3.2地形、地质条件50m箱梁整体预制、运输、架设施工所涉及的箱梁预制场、南引桥跨十塘50+80+50m连续梁以及陆地区450m连续梁施工的地形、地质条件具体情况如下。(1)地形地貌本工程施工区域位于杭州湾南岸十塘至九塘之间(距离约2km)，系近期围涂而形成陆地，原为泥草滩，地面高程+2.0+0.0m。十塘是南岸围涂而修的纵堤，设计堤底宽约66m，堤顶高程8.82m。(2)地质本区域软土层较厚，一般情况厚30m，其上有一层1618m厚亚砂土，亚砂土有一定的强度，经处理后可作为一般建筑物或施工临时结构的持力层。该地区地层分布以代表性的CZK43号孔为例，由上至下的地质情况见表3-1。表31 南岸陆上段钻探CZK43号孔地质情况表地层编号地 质 情 况 表 述2层 亚砂土，饱和，松散稍密，厚18.05m2层灰色淤泥质亚粘土，饱和，流塑，厚28.85m1层灰色淤泥质粘土，饱和，软塑，厚2.5m2层细砂层，中密，厚8.1m 层亚粘土，软塑硬塑，厚4.3m 层粉砂层，中密，中间夹有粘土层，厚4.9m，顶板标高-57.24m 层粘土层，饱和，可塑，厚12.2m夹层粉砂层，局部为细砂，饱和，密度，厚7.0m1.1.3.3施工供水、供电、既有交通及通讯设施(1)施工供水:杭州湾大桥专线供水管已敷设至本工程施工现场，南岸设计总供水能力8000方/日，供、合同段及指挥部等使用。(2)施工供电: 杭州湾大桥专用输变电工程有35KV变电所一座，本合同段已有12.5KV双回路主杆线引入。(3)进场道路：业主已对南岸的进场道路进行了统一的规划并已修建完毕，其最小宽度为10.2m，能够满足本标段的施工需要，不需另外修建。(4)通讯设施：中国移动和中国联通都在两岸桥头为本桥专门安装了通讯基站,提供移动通讯服务,本合同段所在的南岸场地已引入固定程控电话接口。为确保整个工程管理信息系统有效运行，业主已为本工程建立了专用的通讯网络保障体系,该体系包括：CDMA商务电话；移动电话；专用固定电话，移动固定电话综合虚拟网；高速互联网接入；基于CDMA或WLAN的无线网络接入。业主要求承包人必须加入业主建立的通信网络保障体系，以确保通讯及数据传输系统畅通。1.1.4工程特点及施工难点1.1.4.1工程特点(1)施工工艺新。 50m/1430t箱梁整体预制、梁上运梁、架设及体系转换施工，在国内外尚属首次。(2)技术含量高。大吨位箱梁预应力混凝土施工技术含量高，施工控制要求严，制造难度大，同时其运输、架设施工对大型专用机械设备及操作工艺均提出了极高的要求。(3)箱梁架设受环境影响大。施工期间台风、雷暴及大雾对箱梁运架作业安全及工效影响较大。(4)施工专用机械设备配套要求高。本合同段工程技术含量高、施工规模大，为确保工程进度、质量和安全，必须研制先进的箱梁运输及架设专用设备进行本工程施工。(5)大型临时设施工程量大、其结构承载力要求高。50m/1430t箱梁对制梁台座、存梁台座、提梁站基础以及搬运机走行道路均有较高的承载力要求，由于预制场区域下伏软土地层，因此必须进行深层地基加固处理，故大型临时设施施工工程量较大。1.1.4.2工程施工重点50m/1430t箱梁的整体预制、运输和架设施工任务按期、优质、安全的完成是本工程的施工重点。1.1.4.3工程施工技术难点根据本工程结构设计情况和施工环境状况，本工程施工具有以下施工技术难点：(1)大吨位预应力混凝土箱梁整体预制施工技术；(2)箱梁C50海工耐久性混凝土的施工技术；(3)50m/1430t箱梁运输、架设的施工技术；(4)大吨位预应力混凝土箱梁先简支后连续体系转换施工技术。1.2 国内外同类技术研究现状分析及评价1.2.1国外同类技术研究现状分析及评价在国外，箱梁采用整体预制、梁上运输架设的施工技术在20世纪70年代就已开始。最早在1978年，意大利Caserta经Nola至Salerno的公路桥梁工程，该高速公路桥长2900米，由91孔箱梁组成(箱梁长32米、宽13米，梁重520吨)。类似的实例还有自Roma到Felanze的高速铁路桥，桥长2548米，由120孔箱梁组成，桥面宽11.8米，梁重540吨；自Roma到Livomo的高速公路桥，其箱梁重已达850吨。上述桥梁均为单幅桥，且桥面宽度较小。1985年修建的全长12.5公里的巴林海峡大桥(Bahrain Causway)上部结构为50米跨径的预应力混凝土等高度箱梁，桥梁宽12.3米，采用整体预制施工，但其架设采用通用型的1400吨浮吊。1992年，在韩国开始修建的汉城至釜山高速铁路工程的部分区段也采用了整体预制、梁上运输架设的施工方案，该箱梁重量达850吨。国外高速铁路和高速公路建设较早，在施工实践中研制了大量的各种型式、各种吨位的高速铁路、高速公路箱梁架桥机。国外高速铁路箱梁架桥机大致可分为迈步式架桥机、下导梁式架桥机、运架一体式架桥机。其中下导梁式架桥机应用于架梁施工实践的最大梁片重量在900吨以上。对于沿海混凝土结构的耐久性而言，发达国家和地区投入了大量的科研经费并积极采取应对措施，如加拿大大略省的公路桥梁为消除海洋氯盐侵蚀及冻融，对防腐蚀钢筋混凝土进行了多角度的深入研究。经过几十年的不懈努力，从沿海混凝土结构的腐蚀机理、修补、防护到耐久性设计等方面都已取得大量的工程成果。如在丹麦修建的大贝尔特跨海桥(The great belt)和厄勒海峡大桥(Oersund bridge),为实现预定的100年使用寿命的目标，制定了专用的混凝土结构设计标准。又如在欧盟，1995年启动了BE95-1347 Duracrete 研究项目，旨在发展以性能和可靠度分析为基础的混凝土结构耐久性设计和耐久性再设计方法；1998年又支助了为期三年的DuraNet:The European Concrete Durability Network，有19个研究单位参与，目的是改善欧洲混凝土结构的耐久性设计、评估、预报和修复水平，取得的成果已经或即将运用于欧洲规范之中。但是，由于问题的复杂性，目前在结构设计标准中一般还只是通过对混凝土配合比、保护层厚度以及其它一些构造措施来间接反映结构设计中对耐久性和使用寿命的要求。在国外的大吨位箱梁工程实践中，桥梁结构均采用简支受力体系，即箱梁架设后不将箱梁进行连续或仅进行桥面部分的假连续施工，不存在先简支后连续的体系转换施工技术问题。1.2.2国内同类技术研究现状分析及评价随着我国桥梁建设技术的不断进步，目前国内高速铁路和高速公路桥梁(特别是跨海大桥)正朝“整体预制、运输和架设”的方向发展。国内已建成的秦沈客运专线和东海大桥的大体积箱梁也首次设计使用了整体预制、运输、架设技术，其中，秦沈客运专线的箱梁为20米和24米两种，最大重量达570吨，其施工方案与杭州湾跨海大桥50m箱梁相似，但铁路桥梁为单幅桥，桥面宽度较小，箱梁运架施工的难度均较小，且在国外有完全相同的施工技术可借鉴；而东海大桥的箱梁为60米和70米两种，最大重量达约2000吨，其施工方案系采用浮吊安装。我国台湾修建的高速铁路桥梁大量采用了“整体预制、运输和架设”的施工技术，其箱梁跨度有30米、35米等多种规格，最大重量约900吨，其桥梁结构设计情况和施工条件也与秦沈客运专线相似。我国高速铁路大吨位箱梁运架设备的研制自1998年伴随着秦沈客运专线的建设而展开。秦沈客运专线桥梁设计大量采用了20m、24m双线和单线单箱整体预制箱梁，在施工中集中了国内自行研制及进口的最先进的架梁设备，就其工作原理，可分为步履式架桥机、下导梁式架桥机、运架一体式架桥机，主要型号有DF450型、YJ-550型、JQ600型和SPJ450/32型，这些运架设备的最大施工能力达600吨级。在杭州湾跨海大桥建设的同时，从2004年下半年开始，国内高速铁路客运专线建设进入了新的高潮，武(汉)广(州)、合(肥)宁(南京)、温(州)福(州)、京(北京)津