基础施工方案说明.docx

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基础施工方案说明

东海大桥Ⅲ标近岛段海中墩

基础施工方案汇报

中铁大桥局集团二公司东海大桥Ⅲ标项目部

二零零三年元月

一、工程概况

1、工程范围

本工程为东海大桥Ⅲ标近岛段，其里程范围为：

PM442墩（桩号K26+549.00）～PM457墩（桩号K27+479.00），其中PM442～PM450为海中墩。

2、施工条件

（1）地形、地貌

桥址区海域水深约8～25m，水深逐渐减小，直到大乌龟岛基岩露出水面。

大乌龟岛基岩裸露、岸壁陡峭。

桥轴线与岩壁基本平行，地形条件较为复杂。

（2）地质条件

东海大桥Ⅲ标近岛段海底地形变化较大，覆盖层顶面标高在-3.10m～-23.15m之间。

大、小乌龟岛为面积狭小的岛屿，植被稀少，边坡地形较为陡峭，岸线曲折，呈鸡爪型地貌，受海洋动力作用的影响，其岸壁海蚀沟等海蚀地貌较为发育。

桥址范围内的地质分层如下：

淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土、基岩。

基岩分为中风化花岗岩、微风化花岗岩两种。

微风化花岗岩的干、饱和平均单轴抗压强度分别为92.3MPa、67.1MPa。

（3）气象条件

桥区位于北亚热带南缘，东亚季风盛行区，受季风影响冬冷夏热，四季分明、降水充沛、气候变化复杂。

①气温：

多年平均气温15.8℃;日最高气温大于37.5℃；日最低气温-7.9℃。

②降水：

多年平均降水量1100mm；降水日数134天/年。

③风况：

实测最大风速35.0m/s（风向NE）

风力≥7级大风日数65.8天/年

风力≥8级大风日数30天/年

风力≥9级大风日数约为3天/年

④雾况：

雾日数相对集中在春季3～5月和12月份，平均雾日数在30～50天，最多年份达60天、最少年份为20天。

⑤热带气旋：

7级以上，平均每年3.6次，最多达7次；8级以上，平均每年2.4次；9级以上的台风过程有6次，平均每6年一次；

⑥寒潮：

受寒潮影响时本区常会出现激烈的降温、大风、雨雪和冰冻等天气现象，寒潮年平均3.6次，最多5次，最大积雪厚度近岸带15cm，海岛端10cm。

（4）水文

本海区潮汐类型属非正规半日浅海潮型，每个潮汐日有两次涨潮和两次落潮的过程且日不等现象较为明显。

小洋山最高高潮位为3.44m，平均高潮位为1.58m，最低低潮位为-2.43m，平均低潮位为-1.19m，最大潮差为4.70m，平均潮差为2.78m。

3、地质特点

近岛段工程从地质分层，桥区基岩埋深浅，覆盖层较薄，且覆盖层为淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土，稳桩条件差。

尤其是在近岛边基本上没有覆盖层，而且水流流速特别大，最大涨落潮流速达3.0m/s。

基岩岩面高差大，在个别桥墩处最大高差近10m。

一些墩无覆盖层且岩面凸起，覆盖层很薄且岩面倾斜度大。

各墩位地质情况见附表1。

二、平台设计

1、设计说明：

（1）平台设计原则

本平台设计必须满足钻孔桩施工要求，并且能满足承台施工需要。

因此平台必须具有足够的刚度和稳定性，以抵御各种最不利荷载作用。

（2）平台顶面高程确定：

参照《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）第4.3.4条规定，开敞式施工平台顶面标高按下式确定：

E=HWL+η0+h+△

式中：

E-----------------平面高程（m）

HWL------------设计水位（m），HWL=3.73

η0---------------相应重现期的H1%（波浪累积频率为1%的波高）静水面以上的波峰面高度，取NNE向波浪H1%=5.33m，η0取值3.68

h---------------面层高度（m），h=0.20m

△-------------波峰面以上至上部结构底面的富裕高度，取值1.0m

经计算E=8.61m,平台设计顶面高程取+9.00m.

（3）计算假定：

a.平台结构设计桩基底部按嵌固点法计算；上部与上层承重结构按铰接计算；桩间平联按固接计算；波浪力、水流力按矢量合成计算。

b.平台设计考虑局部冲刷1.5m。

---《海港水文规范》（JTJ213-98）

c.定位桩按摩擦桩设计．

2、设计荷载及计算公式：

（1）风荷载：

WK=μs*μZ*W0-------《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）

式中：

WK-----------风荷载标准值（KPa）

μs---------风荷载体型系数

μZ---------风压高度变化系数，取值1.38

W0----------基本风压（Kpa）,取值0.55KPa

计算单位面积风荷载P=0.86KN/m2

（2）波浪荷载：

f=1/2*CD*ρ*D*/u/*u+CM*ρ*∏*D2/4*ù---《钢质导管架式固定平台检验》

式中：

f-----------波浪力（KN）

ρ-------海水密度（1.025t/m3）

CD--------垂直于构件轴线的拽力系数，取值0.8

D----------圆形构件直径（m）

CM--------惯性力系数，取值2.0

u---------垂直于构件轴线的水质点相对于构件的速度分量（m/s）,取值3m/s

ù---------垂直于构件轴线的水质点相对于构件的加速度分量（m/s2）,

计算单位面积波浪荷载：

f=5.3KN/m2

（3）水流荷载：

FW=CW*ρ/2*V2*A-------《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）

式中：

FW----------水流力标准值（KN）

CW----------水流阻力系数，取值0.73

V------------水流设计流速（m/s）,取值3m/s

ρ---------海水密度（1.025t/m3）

A----------与水流方向垂直平面上的投影面积（m2）

计算单位面积水流荷载：

FW=3.4KN/m2

（4）船舶撞击力：

F=W*V2/4*g*D--------《下部结构基准及其说明》（日本本州四国联络桥公团）

式中：

F-----------船舶撞击力（KN）

W----------船舶的重量（KN）

V-----------冲撞速度（m/s）

D----------冲撞船舶的停止距离

g-----------重力的加速度（9.8m/s2）

根据《公路桥涵设计规范》取值F=550KN

（5）施工荷载：

按均布荷载q=20KN/m2考虑

3、荷载组合：

（1）环境荷载：

风荷载+波浪荷载+水流荷载

（2）设计荷载：

环境荷载+施工荷载

（3）验算荷载：

2000t级驳船撞击力+施工荷载

三、施工方案

根据各墩位处覆盖层情况及土质分布情况对海中PM442～PM450共计9个墩基础进行了分类。

1、分类原则及依据

根据中交一航院《东海大桥改线段地质勘察报告书》（详勘）提供的依据见表1。

按单桩承载力：

P=0.5Uτiιi进行计算。

在φ120cm钢管桩入土深度达到25米时（考虑5米冲刷）单桩承载达到84t以上，且单桩稳定亦符合要求。

因此，以覆盖厚度25米为界进行分类.

2、分类

覆盖层厚大于25米，（如PM442、PM443、PM450）为深覆盖层墩；

覆盖层介于19米和25米之间（如PM444、PM447PM448、）为一般覆盖层墩

覆盖层介于0米和19米之间（如PM446、PM449）为浅覆盖层墩

覆盖层为0米（如PM445）的为裸岩墩

3、拟定方案

根据上述分类情况并针对每墩的实际情况进行方案拟定，详见附表2

4、Ⅰ类平台介绍

（1）总体布置

Ⅰ类平台采用定位桩平台方案，起重作业由布置在墩位边侧两塔吊完成。

平台分为钻孔作业区和辅助作业区，钻孔作业区主要布置钻机、门吊等设备，辅助作业区布置发电机组、压风机、储油罐、贮水仓、钢筋加工间、小宗材料堆放场及人员生活办公设施。

平台一侧设靠船墩，供靠船用。

（2）平台结构

平台为φ1.2m钢管定位桩支撑贝雷桁架上根据受力状况布置I28a工字钢。

工字钢满铺δ=8mm花纹钢板。

平台四周设防护栏杆，并设安全网。

人员上下设封闭式弦梯。

（3）施工方法：

采用先浮运导向架并定位，再利用振动打桩机插打定位桩。

（4）施工步骤：

步骤一：

施工准备

◇导向架分块制造。

（选择制造商，在车间分块制造导向架）

◇定位桩制造。

◇护筒制造。

◇选择下海码头。

步骤二：

导向架整体拼装

◇在大乌龟岛西北侧选择海床面标高-3.0m左右的海域，将半潜驳、方驳、500t浮吊锚泊于此

◇用散装货轮将导向架块件运抵半潜驳、方驳处，利用500t浮吊卸货，半潜驳上塔吊配合

◇在半潜驳平台上进行导向架整体拼装

◇将导向架与半潜驳进行临时固定。

步骤三：

导向架浮运、锚泊、定位

◇用3400HP拖轮将半潜驳拖曳至墩位处

◇用抛锚船抛设4个7t海军锚，分别过锚绳至半潜驳

◇调整锚绳长度，对导向架初步定位

◇选择低平潮位继续调整锚绳长度，对导向架精确定位。

步骤四：

插打边侧定位桩，撤出半潜驳

◇利用50t浮吊，采用振动打桩机施打两边侧定位桩

◇连接定位桩与导向架快速接头

◇利用低潮位撤出半潜驳。

步骤五：

插打其余定位桩

步骤六：

安装辅助作业区平台，安装塔吊

步骤七：

安装护筒导向架，插打钢护筒

步骤八：

安装钻孔作业区平台及20t门吊

步骤九：

安放钻机，进行钻孔作业。

（5）优缺点

1优点：

定位桩稳定，平台受力明确，施工难度不大。

定位桩与护筒分两次施工，可有效减少护筒群偏差。

2缺点：

导向架初定位较难，应控制定位精度，须采取有效措施减小误差。

5.Ⅱ类平台介绍

Ⅱ类平台适用于浅覆盖层墩和裸岩墩，无法插打定位桩和钢护筒或可插打但承载力和稳定深度不够，因此拟采用双壁钢围堰（高6m）锚固平台钢管柱（φ1.2m，30m高）和钢护筒（φ2.3m，31m高），利用钢管柱及钢护筒搭设贝雷桁式施工平台。

在施工平台两侧布置2台50t浮吊配合施工。

施工步骤为：

1进行水下爆破，清理碎渣、整平岩面；

2在半潜驳上组拼钢围堰，将双壁钢围堰、平台钢管柱连成整体；

3利用3400HP拖轮将半潜驳拖运到墩位处，抛锚定位，用1000t浮吊起吊围堰注水下放至岩面。

用砂袋在围堰底水下堵漏，在围堰内壁灌注砼并进行围堰第一次封底；

4在护筒导向架上安装限位装置，下放护筒导向架，进行二次封底，稳定护筒导向架。

⑤分次吊装护筒群，将护筒群上部与钢管柱进行桩顶连接，安装水上施工平台。

⑥钻机就位，进行围堰锚桩及钻孔灌注桩施工。

优缺点：

　　ａ.平台基础为重力式基础，稳定性较好.

ｂ.平台面积受围堰平面尺寸控制，施工布置有局限性，必须增加船舶．

ｃ.大吨位钢围堰的吊装、定位及锚固具有一定的难度。

结束语

东海大桥Ⅲ标改线段PM442—PM450墩基础施工难度较大，施工条件恶劣，海中施工。

可借鉴经验较少。

因此我们在做出上述初步方案之后也在积极考虑方案的优化。

现在正在做的方案是定位桩平台+双壁浮箱方案。

针对的是深覆盖层和一般覆盖层墩，这个方案的主要特点是导向架与浮箱分两次定位，承台施工与钻孔桩施工一并考虑。

即浮箱既是浮运导向架的浮体，又是承台施工的模板。