苏通大桥主墩防护方案末稿86.docx
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苏通大桥主墩防护方案末稿86
苏通大桥主桥基础工程
C1标
主桥桥墩冲刷防护工程
施工技术方案
编制单位:
中港二航局苏通大桥基础工程项目经理部
编制时间:
二OO三年八月六日
第一章概述
1.1编制依据
1）指挥部提供的苏通长江公路大桥设计项目组编制的水中试桩方案设计文件。
2）指挥部提供的水文地质等招投标阶段基础资料。
3）指挥部提供的上海航道设计院2003年6月的苏通长江大桥主桥桥墩基础冲刷防护工程施工图说明及施工技术要求（第三稿）。
4）指挥部提供的上海航道设计院2003年7月的苏通长江大桥主桥桥墩基础冲刷防护工程施工图说明及施工技术要求（送审稿）。
5）中港第二航务工程局投标技术方案。
6）《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）。
7）《堤防工程施工规范》（SL260-98）。
本方案编制时，根据以上的“编制依据”和我部对4#主墩试桩防护砂袋抛填的试验情况，按照上海航道设计院的施工技术要求精神，结合施工实际情况、船机设备、施工的可操作性和冲刷防护工期要求进行编写，制定出本施工方案。
1.2防护工程简述
苏通大桥桥位区河床地质上部主要为松散的粉细砂组成，在水流作用下，极易启动形成冲刷。
在钻孔平台钢管桩和桩基钢护筒下沉完成后，江中形成阻水结构物，加剧河床的冲刷。
根据河工模型试验，桥位区一般冲刷深度2.4m～4.7m,最大冲刷深度约为17.4m～19.7m，为了确保施工期安全稳妥，对河床进行防护十分必要。
本工程防护方式采取护底抗冲防护方式。
1.2.1平面尺寸布置
主4#墩冲刷防护的平面布置分为中心区、永久防护区和护坦区。
根据上海航道设计院2003年7月的施工图（送审稿），其平面布置尺寸（以承台为核心防护对象）时以承台及外围15米作为防护核心区，见图1-1-a。
尺寸单位：
米
图1-1-a送审稿冲刷防护平面图
但为保证钻孔桩施工期间施工平台的安全，我部拟提出（以施工平台为核心防护对象）施工平台及上下游外侧20米、纵桥向外侧15米作为防护核心区（84m×203.75m），见图1-1-b。
图中尺寸单位：
米
图1-1-b按施工平台为核心冲刷防护平面图
核心区（送审稿）：
为群桩基础及施工临时平台桩基范围，各墩台范围及周边15m。
永久防护区：
核心区外围桩、土共同作用所需的平面尺度，为核心区外围45m。
护坦区：
永久防护区外围45m的范围。
1.2.2立面结构尺度（送审稿）
结构层分为反滤层和护面结构，结构尺度上满足稳定重量的要求、避免流失严重为原则，核心区、永久防护区和护坦区的结构型式和尺度见图1-2。
核心区：
2.0m袋装砂（预防护）+1m袋装级配石+1.5m护面块石;
永久防护区：
1m袋装级配石+1.5m块石;
护坦区：
1m网装级配石+（内侧30米）1.95m块石。
护坦区：
1m网装级配石+（外侧15米）3.25m块石。
护坦区边坡均为1：
3。
1.3自然条件
1.3.1地理位置
苏通长江公路大桥位于江苏省东南部，苏州（常熟）市和南通市之间，西距江阴长江公路大桥约80km，东距长江入海口约110km。
苏通大桥目前桥位位于长江下游澄通河段的徐六泾标附近，桥位江面宽约6km，主槽居中偏靠南岸。
1.3.2水文、气象
1）径流
一年当中，最大流量一般出现在7、8月份，径流在年内分配不均匀，5-10月为汛期，其径流量占年径流总量的70％以上。
2）潮汐
桥址河段为中等强度潮汐河口，潮汐为非正规半日潮，日潮不等现象明显。
受径流和河床阻力作用，潮波变形比较显著，前坡陡直，后坡平缓，自下而上涨潮历时逐渐缩短，落潮历时延长，潮差递减，涨落潮流共同作用。
根据浒浦（徐六泾）验潮站1953-1997年资料统计，其潮汐特征值见表1-1。
浒浦站潮位特征值表（单位：
m）表1-1
验潮站
浒浦
最高潮位
4.817
最低潮位
-1.563
平均高潮位
1.817
平均低潮位
-0.183
最大潮差
4.01
最小潮差
0.18
平均潮差
2.07
平均涨潮历时
4：
17
平均落潮历时
8：
06
根据有关资料推算，各代表墩各农历月特征流速分段发生小时数统计见表1-２。
北主墩各农历月特征流速分段发生小时数统计表表1-２
月份（农历）
北主墩（小时/月）
≥2.5m/s
＜1.5m/s
＜1.0m/s
一月
0
719.3
499.8
二月
0
707.25
472.75
三月
0
666.5
426.5
四月
0
643.75
415.25
五月
0
605.5
378.25
六月
12.25
519.5
329
七月
1.5
540.5
368.25
八月
0
551.5
371.25
九月
0
596.25
400.75
十月
0
629
411.75
十一月
0
701.05
463.25
十二月
0
683.75
483.75
3）潮流
一般情况，本河段主槽落潮流速大于涨潮流速，支汊和滩面上涨潮流速大于落潮流速。
大潮时主槽和支汊涨落潮流速均大于小潮。
表1-3为设计落潮流量相应的最大垂线平均流速，表1-4为设计涨潮流量相应的最大垂线平均流速。
设计落潮流量相应的最大垂线平均流速（m/s）表1-３
垂线号
桩号
频率
均值
0.33%
1%
2%
5%
10%
20%
北副墩
19156
3.20
3.00
2.85
2.63
2.49
2.34
2.18
北主墩
19456
3.28
3.06
2.92
2.75
2.62
2.48
2.34
主泓
20000
4.01
3.76
3.61
3.40
3.25
3.09
2.93
设计涨潮流量相应的最大垂线平均流速（m/s）表1-４
垂线号
桩号
频率
均值
0.33%
1%
2%
5%
10%
20%
北副墩
19156
2.38
2.26
2.20
2.10
2.04
1.97
1.89
北主墩
19456
2.95
2.81
2.73
2.62
2.53
2.45
2.36
主泓
20000
3.32
3.15
3.06
2.93
2.84
2.73
2.63
4）气象
苏通大桥地处中纬度地带，属北亚热带南部湿润季风气候，季风环流是支配境内气候的主要因素，四季分明，雨水充沛。
根据南通、常熟、张家港三市多年的统计资料显示：
a气温
年极端最高气温42.2℃（1934.7.12.）
年极端最低气温-12.7℃（1931.1.10.）
年平均气温15.2℃
最高月平均气温30.6℃（1994.7.）
最低月平均气温-0.2℃（1955.1.）
b风况
该区域全年盛行偏东南风，春夏以东南风为主，冬季以西北风为主，全年以偏东风出现频率最高。
南通市气象站测得的历年最大风速（10分钟平均）为26.3m/s，发生在1960年7月27日，风向NE。
历年年平均（1951~1999年）大风（≥8级）日数为9.3天，最多的是1965年，为46天。
历年平均出现大风次数最多的是8月。
c雾况
南通市历年平均雾日31.0天，最多60天（1951年），一般夜间起，次日八、九时消散，沿海沿江雾日更多、更长、更浓。
1.3.3河床地质
1）泥沙
本河段河床质泥沙较细，粒径大小分布不均匀，主槽河床质组成较粗，滩面泥沙较细，河床质中值粒径平均在0.12-0.16mm之间，悬沙中值粒径在0.005~0.01mm之间。
本河段滩槽变化主要是底沙推移运动所致，局部边滩淤积则为悬沙落淤。
2）地质
北主墩位于主航道深槽北侧，床面标高-26.0~-28.0m，北主墩区域地质自床面向下依此为1-3粉细砂（厚33.0m）、5-2粉细砂（厚5.1m），附近土质以散粒体为主。
工程地质参数见表1-5。
北主墩附近工程地质参数表表1-5
土体名称
层厚（m）
岩性描述
天然含水率w（%）
天然重度
γ（kN/m3）
天然
孔隙比
e
1-3粉细砂
33.0
灰色,松散~稍密,含云母,局部夹亚砂土
23.7
20.1
0.654
5-2粉细砂
5.1
灰色，密实为主，局部中密，夹有亚砂土及薄层亚粘土，局部含腐植物
17.9
20.7
0.533
附：
表中各指标为均值
第二章施工测量
２.1仪器配备
测量仪器根据施工测量需要配备。
针对本工程特点，徕佧GPSSR530接收机2+2台，无锡SDH—BD测深仪2台，多波束测深仪1台，便携机2台，中海达海洋测量软件一套，中海达海洋成图软件一套。
在使用过程中，经常对仪器进行检验校正，确保精度。
为保证测量需要，另配备测量船一条。
２.2定位测量
定位测量采用GPS定位仪定位。
平面控制点采用苏通大桥首级施工控制点，平面位置由GPS接收机实时定位，采用RTK模式；河床高程由水面高程根据水深推算得出，水面高程由GPS接收机测量得出，并和设在交通码头的水位尺读数进行比对。
将GPS与便携机，便携机与测深仪连接后，可进行测量。
平面位置采用桥梁独立坐标系，高程采用国家85高程系统。
操作步骤见图2-1。
定位测量尽可能在平潮时间进行测量。
图2-1定位测量操作流程图
参考站架设ST11点
测深仪布置
流动站布置测量船
GPS接收机与便携机
测深仪与便携机连接
运行中海达测量软件
测量自动记录
成图
打印
定位测量包括定位船的抛锚定位测量、小区定位测量和抛投定位测量。
2.2.1抛锚定位测量定位船抛锚时锚体的落点、抛锚完成后调整定位船的位置由GPS定位仪定出。
2.2.2小区定位测量欲抛投某小区时，需预根据测得的流速、水深，结合实际情况和经验公式确定出抛投位置后，运用GPS定出定位船的位置，进行抛投。
2.2.3抛投定位测量当开体驳装好抛投袋体抛投前，需校正好抛投点的预定位置。
２.3流速测量
根据涨、落潮情况利用常规流速仪测量流速、流向。
流速测量采用单程6点法（相对水深为水面、0.2h、0.4h、0.6h、0.8h、河底）施测。
测流时，仪器悬挂离船舷不少于1.0m，仪器放在测点后，稍停片刻，待水流正常后，方可进行观测。
在抛填期间，根据流速、流向的变化情况实时的调整落点和抛投位置。
２.4水下地形测量
在施工期间，日常水下地形测量采用单波速测深仪，在控制性监测区域测量时，为保证测量准确，采用多波速测深仪进行测量。
地形测量总范围为4#墩施工区附近水域。
本项目水下地形测量点用横断面法布设，测深断面线基本垂直于水流方向或垂直于主泓方向，测量断面间距取10米，采样点间距为5米。
实施水下断面时，测船沿预先布设的断面线匀速航行，定位仪和测深仪按点距要求设定的时间间隔或距离同时采集断面水下测点的平面位置数据和水深数据，并由定位系统的计算机同时记录存盘。
测断面间距、测点间距按测图比例尺规定（见表2-1）。
河床地形测量参数表表2-1
测图比例
断面间距（m）
测点间距（m）
等高线间距
成图比例
1:
500
10
5
0.5
1:
500
由于施工区位于长江上过往船只较多，必须注意保证测量船及参测人员的作业安全；注意仪器防水；测深仪量测出水深后，需用测绳校核水深点数据，得出结果接近，方可进行测量。
第三章施工工艺和方法
3.1总体施工步骤及组织安排
3.1.1核心区施工
核心区的袋装砂预防护必须在施工平台的搭设前进行，预防护施工完毕才能进行施工平台钢管桩的施工。
核心区级配石的施工在桩基钢护筒下沉完毕后进行，核心区护面块石的施工在级配石施工之后。
3.1.2永久防护区和护坦区施工
为协调好钻孔平台的施工和河床防护施工，钻孔平台搭设好后，钢护筒的沉设从上游往下游施工，当钢护筒下沉一半后（上游半幅），可着手进行上游侧永久防护区和护坦区级配石的施工；整个平台钢管桩和护筒施工完毕后进行下游侧的永久防护区和护坦区级配石的施工。
永久防护区和护坦区护面块石的施工在级配石施工完毕后进行。
3.1.3交叉作业和平行施工
在整个防护工程的施工过程中，核心区级配石护面块石、永久防护区和护坦区级配石护面块石的施工和钻孔桩的施工存在交叉作业情况，在总体原则上既要保证钻孔桩的顺利施工，同时又得保证级配石、护面块石的及时跟进，确保现有床面免遭冲刷和钻孔平台的结构安全。
因此，在钻孔桩施工和河床防护工程施工的交叉作业中，必须从人员、材料、机械设备上进行充分的协调组织和精心的安排。
3.1.4水下电缆保护措施
由于在主墩钻孔桩施工期间，其供电系统采用从岸上通过水下铺设电缆至施工平台，其中一段必然穿过防护区域，而永久防护区和护坦区的防护施工在平台搭设完后需及时进行。
为尽量避免水下电缆受到损伤（尤其是从河床上平台一段），根据防护的结构特点，在电缆通过路线的10米宽区域，改原来的袋装级配石为散抛级配石，原护面块石取消，换用散抛级配石，其防护结构厚度按原设计施工。
３.2总体施工工艺流程图（图3-1）
施工准备
测量扫床
定位船抛锚定位
袋装砂预防护
河床地形测量
不合格
合格
袋装级配石施工
不合格
河床地形测量
合格
块石护面施工
不合格
河床地形测量
合格
防护工程维护
图3-1总体施工工艺流程图
3.3袋装砂施工
袋装砂的施工主要为核心区预防护，在钢护筒下沉前完成。
袋装砂施工工艺流程图见下（图3-2）
施工准备
划分小区
GPS定位定位船
采砂运砂
测深测流
吸砂、冲砂
抛投船定位
确定抛距
砂袋抛投
河床地形测量
吊放补抛
合格不合格
分项工程验收
3.3.1施工技术要求及组织来源
1）袋体材料300g/m2的编织复合布（150g/m2的丙纶编织布和150g/m2涤纶无纺布），指标见表3-1；
300g/m2编织复合土工布技术指标表3-1
项目
单位
指标
单位质量
g/m2
300（-5）
抗拉强度
纵向
N/50mm
>1000
横向
N/50mm
>800
延伸率
纵向
%
<28
横向
%
<25
梯形撕裂强度
纵向
N
>280
横向
N
>280
剥离强度
N/5cm
>30
刺破强度
N
>400
落锥穿透直径
mm
<8.0
孔径O90
mm
<0.08
2）充填砂
袋装砂充填砂料选用细砂。
粒径小于0.005mm的粘粒含量小于5％，粒径大于0.075mm的砂粒含量大于85％。
单只袋体尺寸约1.2m3，袋体平面呈正方形或圆形，砂袋厚度在0.4～0.6m左右。
3）施工技术要求
在预防护时袋装砂层按照厚度控制，钢护筒施工后按标高控制。
其容许偏差见表３-２。
袋装砂抛填质量要求表3-２
项目
允许偏差
检验单元
单元测点
充灌
每袋充盈度
不大于７５％
每袋
２
每袋厚度
不大于６００ｍｍ
预防护
厚度
±500mm
每2m2
1
边线位置
+１000mm
-0
每边
测点间距2m
永 久
防护区
标高
±５００mm
每2m2
1
边线位置
+１000mm
-0
每边
测点间距2m
平均厚度
+２００mm
-0
４）材料组织来源
袋体材料在就近的常熟和南通两地的编织袋厂定制加工。
充填砂根据指挥部要求，指定为长江下游的白茆砂。
3.3.2船机配备
北主墩处于主航道，来往船只多，具有水深、流急、风浪大的特点，在船机的配备上以安全、稳固、方便施工为原则，定位船采用一艘90m×16m的趸船，另准备一艘60m×10m趸船作为备用定位船。
抛投船采用开体驳，150m3、200m3和500m3各两艘，采砂船200t的两艘，运砂船用6艘500m3的驳船，每艘运砂船上配置2台抽砂泵。
3.3.3抛填区域划分
袋装砂的抛投是用开体驳靠于定位船旁，砂袋的充填在开体驳里完成，充填好的砂袋直接由开体驳沉放入江底，因此开体驳的位置和水深、流速一起决定着砂袋落点，但开口驳和定位船的位置最终由抛投区域分格号决定。
区域分格是否合理，对砂袋抛填的均匀性影响较大，划分时考虑开体驳尺寸和排列方式，以10m×20m为一小格，其平面分区见图3-3（按送审稿）。
3.3.4定位船抛锚定位
定位船抛锚定位采用四角4个5t锚体，上下游方向各1个10t的锚，其卷扬机和钢丝绳须与之相配套，钢丝绳在水下的长度不小于400m（以定位船在核心区中心点起算），保证定位船移位时能达到抛投区的各位置。
定位船初始定位时利用GPS定位系统将趸船定于抛投区域中心，以利于在抛投时向各个方向移位。
定位船抛投示意图见3-4。
定位船定位其具体方法如下：
1）在趸船甲板上的合适位置，设立前、后两个固定标点，使前、后线与砂袋定位边（长边）平行。
2）分别测量出普通砂袋置于开体驳充填时，其定位边与前后连线的距离L（此值为定值）。
3）根据抛投区的所有位置测量的成果，计算出前、后点的GPS坐标。
4）定位船定位时，船长为垂直于桥轴线方向，采用四向锚缆锚定。
每根锚缆自身长度不得小于抛区最大水深的6倍，以利定位船移位抛袋，防止在抛投、移位过程中走锚及在抛点抛锚损坏砂袋。
5）抛投船定位于抛投区的边线上，根据水流方向、流速和已定位置已抛工程量进行移位，移位时抛投船沿着定位船上下游方向移动，移动距离根据施工实际情况进行调整，以利于抛投平整为原则。
3.3.5砂袋充填
1）采砂运砂
采砂本工程拟定采用沉积法采集砂料。
实施过程中，吸砂泵把砂吸入运砂船中，粗砂沉积下来，细砂及泥水从船舷边的水孔中排出，至运砂船装满，船中砂均为粗砂。
运砂采得的砂用铁驳砂船装运至施工定位船。
每条运砂船上均配有两套冲砂设备，靠泊在抛袋定位船旁，等待进行充填砂袋作业。
2）充填砂袋
A、充填砂袋作业在抛袋现场进行，工艺流程如下：
展铺砂袋，检查砂袋完好状况
连接冲砂管，扎紧冲砂袖口
冲砂料
吸砂、冲砂
移动冲砂管、平衡均匀充填
充盈度达到要求，停止充填，拔出冲砂管，扎牢冲砂袖口
待抛
检查袋体状况完好，砂袋制成
B、砂袋展铺
在展铺砂袋时，要注意检查砂袋缝制的完好情况，严禁使用有缺陷和损伤的砂袋。
C、插管移管
每条砂袋制作时，设有1个充砂袖口。
冲砂插入冲砂管，当砂袋顶面距袖口最远处冒黑砂时，拔出充砂管扎紧袖口并停机。
铺设冲砂管时，砂管布置要平顺，如必须转弯处，管道要成圆弧形，防止出现折管，而影响砂流导致管道堵塞。
在冲砂管头插入和拔出袖口时，均要及时用制袋时已备好的扎口将袖口扎紧扎牢。
D、冲砂、吸砂充袋
冲砂是运用装备在定位船上的高压水泵，通过水枪形成的高压射流将运砂船上的砂料冲成水砂浆。
然后运用装备在运砂船上的泥浆泵抽吸，将水砂源源不断地送入砂袋中，水和少量细砂从袋内泄出，较粗的砂粒很快沉积袋内。
当砂料充满整个袋体，此袋充填结束，拔出冲砂管，扎紧扎牢袖口，砂袋即告制成。
3）注意事项
A、随时掌握好水砂浆的浓度（即砂水比例），防止太高堵塞管道，太低则影响工效，同时注意泥浆泵的下降速度。
B、随时注意调整泥浆泵的吸口高度，一般保持在砂面以上20cm左右。
C、输砂管道应顺直，不能有折角、硬弯，防止影响砂流，堵塞管道。
D、充填过程中应控制好冲砂、喷浆压力，防止砂袋制缝破裂损坏。
E、控制好砂袋的充盈度，一般以达到75%左右为宜。
3.3.6砂袋落距计算
抛袋落距的经验公式：
S=K·VH/（a·g·D）1/2
式中：
S——抛袋落距（m）
K——落距系数K=1.33
V——垂线平均流速（m/s）
a——水上重度系数a=（γs—γw）
γs——砂袋重度（KN/m3）
γw——水的重度（KN/m3）
g——重力加速，g=9.81m/s2
D——充填后砂袋平均厚度（m）
Ｈ——水深（m）
上式中的落距系数K值，是水槽试验确定的，与实际施工应用不一定符合。
但根据前期试桩防护的经验，其实际试验所测得抛距与计算值基本符合。
但在主墩防护砂袋抛填其自然条件稍有不同，因此在施工前仍须通过现场抛袋试验进行验证。
若试验结果与其相差较大，不能保证工程施工质量时，则对其进行修正，定出切合实际的抛袋落距，尽量确保抛投准确。
3.3.7砂袋抛投
抛投前对砂袋的质量及定位状况等进行检查，确认符合要求后方可抛投。
开体驳装满砂袋定位完毕后，即可进行砂袋抛投。
抛投时将开体驳完全开体，砂袋自由落入江底，达到抛护目的。
在施工中要注意掌握涨落潮水流的方向，认真作好抛投记录，有序进行施工，防止漏抛。
一般地，根据工程区域的潮汐特征，由于涨潮历时短，流速快，在抛投施工时，注意流速变化，力争抛准、抛足、抛稳，保证施工质量。
由于水流的紊动作用，砂袋在下沉过程中，可能其沉底后的形态与在水面上抛投时的形态有所不同。
施工中必须密切注意观察抛区的水流状况，保持砂袋整体落水并掌握好落距，使砂袋沉底形态基本符合设计要求，落在有效范围内。
3.3.8补抛找平
袋装砂抛投到一定程度，根据河床测量的地形情况，对低凹处进行补抛找平。
补抛采取吊抛的抛投方式（见图3-5）。
在补抛的过程中适时的对补抛情况进行测量，直到达到要求为止。
补抛时尽量选择在平潮施工，确保吊抛准确到位。
3.4级配石施工
3.4.1材料技术要求及组织来源
1）袋体材料
采用230g/m2的编织布缝制而成，指标见表3-3。
230g/m2机织复合土工布技术指标表3-3
项目
单位
指标
单位质量
g/m2
230（-5）
抗拉强度
纵向
N/50mm
>2000
横向
N/50mm
>1800
延伸率
纵向
%
<25
横向
%
<20
梯形撕裂强度
纵向
N
>500
横向
N
>400
顶破强度
N
>4000
刺破强度
N
>500
落锥穿透直径
mm
<9.0
孔径O90
mm
<0.09
垂直渗透系数
cm/s
>2×10-3
2）级配石及袋体规格
质地坚硬，饱和抗压强度不低于50MPa；碎石粒径50~300mm，其中50~150mm占30~40%，150~300mm占70%~60%。
核心区袋装级配石单只袋体尺寸0.5m3左右，永久防护区和护坦区单只袋体尺寸1.0m3左右，平面形状为正方形或圆形，袋厚度在0.4～0.6左右，在具体施工时根据现场实际情况在有利于防护和施工的情况下作适当的调整。
３）施工技术要求
袋装级配石的施工按照标高控制。
具体质量要求见表3-4。
袋装级配石抛填质量要求表３-４
项目
允许偏差
检验单元
单元测点
充灌
每袋充盈度
不大于７５％
每袋
２
每袋厚度
不大于６００ｍｍ
抛填后
厚度
±500mm
每2m2
1
边线位置
+2000mm
-0
每边
测点间距2m
平均厚度
±2５0mm
４）材料组织来源
由于在桥位区及近郊皆为平原地区，石料组织较难。
我部将组织物资部门从江阴、苏州、浙江洋山等地进行级配石料的采购。
3.4.2袋体
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