港珠澳大桥桥梁工程预制化技术应用课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,2015.05,设计所所长,目 录,概 述,1,主要技术标准,2,建 桥 条 件,3,设 计 理 念,4,预 制 墩 台,5,钢主梁整体制造及架设技术,6,钢主塔预制及架设技术,7,1,概 述,珠海,澳门,工程总长约,50,公里，是世界上规模最大的跨海工程。建成通车之后，“香港上班、珠海居住”将成为可能。,1,概述,香港,珠海、澳门口岸,深水区 钢箱梁,珠海侧接线,浅水区 组合梁,青州航道桥,九洲航道桥,江海直达船航道桥,沉管隧道,1,概述,东人工岛,西人工岛,沉管隧道,香港侧接线,香港口岸,1,概述,2,主要技术标准,(1),公路等级：高速公路；,(2),设计速度：海中桥梁设计速度为,100km/h,；,(3),行车道数：双向六车道；,(4),设计寿命：,120,年；,(5),建筑限界：路面总宽度：,33.10m,；,(6),设计规范：同时满足三地规范要求；,(7),设计荷载,：将现行交通运输部颁,公路桥梁设计通用规范,（,JTG D60-2004,）第,4.3.1,条规定的汽车荷载中规定的汽车荷载（公路,级）提高,25%,用于本项目设计计算。按香港,United Kingdom Highways Agencys Departmental StandardBD 37/01,规定的汽车荷载进行计算复核；,2.1,主要技术标准,2,主要技术标准,(8),设计最高通航水位：,3.52m,（,1985,国家高程基准,）,；,(9),设计最高水位：,3.82m,（,1985,国家高程基准,）,；,(10),设计通航净空：桥区通航孔设置以及通航孔净空尺度要求见下表所示；,其中，海事部门要求青州航道桥桥跨净宽（扣除承台及防撞设施）不小于,410m,。,2.1,主要技术标准,通航孔所在航道,通航吨级,(,),通航孔个数,净空高度,(m),净空宽度,(m),备 注,青州航道,10000,1,42.0,318,单孔双向,九洲航道,10000,1,40.0,210,单孔双向,江海直达船航道,5000,2,24.5,173,单孔单向,各小船航道,500,-,20.0,85,利用边孔,各通航孔净空尺度表,(11),地震设防标准：地震基本烈度为,VII,度；,(12),设计洪水频率：,1/300,。,2,主要技术标准,3,建桥条件,桥址区建桥条件复杂，归纳起来主要有以下几点：,3,建桥条件,1,）风况复杂，台风登陆频繁，,桥址区设计基本风速高达,48.7m/s,2,）,桥位处航道众多、航行密度大、对航行安全要求高,3,）,工程建筑高度（含施工期）需满足香港及澳门机场航空限制,3,建桥条件,1,）风况复杂，台风登陆频繁，,桥址区设计基本风速高达,48.7m/s,2,）,桥位处航道众多、航行密度大、对航行安全要求高,3,）,工程建筑高度（含施工期）需满足香港及澳门机场航空限制,4,）,桥轴线穿越珠江口中华白海豚保护区，环保要求严格,中华白海豚自然保护区,试验区,缓冲区,核心区,珠海,澳,门,香港机场,大屿山,粤港分界线,珠,江,口,桥轴线与中华白海豚保护区关系图,桥址区建桥条件复杂，归纳起来主要有以下几点：,5,）,工程,处于,珠江三角洲重要的泄洪纳潮通道，减小阻水率,以满足,防洪要求,4,设计理念,4,设计理念,4.,设计理念,港珠澳大桥项目的建设目标是：采用一流管理、一流理念、现代化技术，将港珠澳大桥建设成为,世界一流品质的跨海通道和地标性建筑，为用户提供,优质服务,建设理念：,需求引导设计,4,设计理念,4.,设计理念,设计使用年限：,120,年,技术标准高：同时满足三地技术标准,工程规模浩大,建桥条件复杂,桥梁构件预制化是核心内容,建设方针：,大型化、工厂化、标准化、装配化,4,设计理念,4.,设计理念,本项目桥梁工程全长,22.9,公里，非通航孔桥占,87.6%,，是,本项目,建设,工,期、工程,质量,、工程投资的,控制因素,。,为全面实现大桥总体建设目标，非通航孔桥,建设广泛应用了预制化技术，基础,采用墩台预制,吊装,施工，上部结构均采用整孔预制,、,架设。,5,预制墩台,5,预制墩台,5.1,预制墩身技术应用回顾,东海大桥模式,底节墩身预制，现浇接高,不足：未能实现最大限度减小海上现浇作业的目标,杭州湾跨海大桥模式,在控制吊高及吊重的基础上，整体预制,不足：港珠澳平均墩高较高，无法实现全部墩身预制目标。,上述工程均采用一次吊装，没有多节段安装的先例，无法解决高墩预制安装。,5,预制墩台,东海大桥和杭州湾跨海大桥,预制墩身,与承台连接方式：均采用现浇湿接头的连接方式，节段之间不设接头。,不足：现浇接头放在墩身和承台之间，受力比较复杂，接头区域出现裂纹病害；承台和较高的墩身均需现浇，质量无法保证。,上述问题需要进一步研究解决。,杭州湾湿接头方案,5.1,预制墩身技术应用回顾,5,预制墩台,5.2,港珠澳大桥预制墩台技术的突破,杭州湾跨海大桥,施工方案的确定,，,基于,当时施工装备,和施工能力；,港珠澳大桥,建设者秉承,“需求引导设计”,的理念，,考虑到,机具设备能力的大幅提升，,提出了墩身、承台采用大节段预制安装方案，最大程度减少海上施工，从技术上突破吊装重量、接头施工的限制。,5.2.1,设计理念的突破,5,预制墩台,预制承台技术,在国内首次采用预制技术施工埋置式承台，设计过程中开展了埋置式墩台专题研究及现场足尺试验，对于相关技术难点和关键技术予以验证。,实践表明，该方案具有施工便捷、迅速，混凝土质量优良，结构整体性好等优点。,承台预制,5.2.2,技术上的突破,5,预制墩台,预制墩身技术,非通航孔桥墩身全部采用预制方案，摒弃了过往依据施工机具设备能力确定预制墩身范围的思路，,对于提高工程质量具有积极意义,；,为降低,阻水比，港珠澳大桥下部结构采用整,墩,布置，预制墩身规模大大超过以往，墩身,采用,多段预制、,接高,成为必然选择。,墩身预制,5.2.2,技术上的突破,5,预制墩台,预制墩身与承台的连接,杭州湾大桥采用,湿接头连接,，由于接头区受力复杂，容易开裂。,港珠澳大桥采用底节墩身与承台整体预制，避免在两者交界面形成施工缝，从而,改善接头受力，提高了结构耐久性,。,5.2.2,技术上的突破,5,预制墩台,5.3,港珠澳大桥埋床法预制墩台施工技术,预制墩台施工特点,承台与底节墩身整体预制,承台后浇桩位预留孔实现与桩的连接,需要解决问题,预制承台与钢管复合桩间的可靠连接、止水,主要方案,大圆筒干法安装方案,分离式胶囊柔性止水方案,无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案,5,预制墩台,5.3.1,大圆筒干法安装方案,1,、桩基础施工,2,、,8,锤联动,振沉大圆筒围堰,3,、大圆筒内抽水形成干环境,4,、吊装预制墩台,5,、现浇预制承台预留孔,该方案源于港珠澳隧道人工岛成岛方案,：,5,预制墩台,5.3.1,大圆筒干法安装方案,能提供较宽阔的海上干施工区域，作业空间大；,整体性、独立性强，止水性好；,支撑体系可灵活调整，筒内施工设备利用率高；,与传统围堰施工方法相比，减少了封底施工的步骤，施工周期短；,大圆筒能周转使用，具有较好的经济效益。,依赖于大型先进设备组的配合，对设备集成性要求高；,施工水域的水深需满足大型机械船舶设备的吃水要求；,大圆筒的打拔对地质的要求较高，地层需均匀分布，且岩面埋藏较深，上覆盖土层需有一定厚度的不透水层，以满足隔水、止水的需求。,缺点,优点,5,预制墩台,5.3.2,分离式胶囊柔性止水方案,1,、桩基础施工,2,、整体吊装有止水胶囊的预制承台,3,、利用分离式止水胶囊实现止水,4,、现浇预制承台预留孔,5,预制墩台,止水原理：,分离式止水胶囊由环形托盘、内侧止水胶囊、顶面,GINA,止水带以及张拉收紧装置组成。预制墩台调整到位后，通过收紧张拉装置，压合,GINA,止水带，实现环形托盘与承台间的水平向止水，之后向设置于环形托盘与钢管桩间的止水胶囊充气，实现钢管桩与承台间的竖向止水。,5.3.2,分离式胶囊柔性止水方案,5,预制墩台,5.3.2,分离式胶囊柔性止水方案,不需进行围堰等附加止水结构的施工；,承台顶面以下范围不需要围堰，施工较方便；,对大型机械施工设备的依赖性相对较小，经济性比较好。,钢套箱与承台形成的整体围水结构直接与海水接触，在海水作用下发生相对摆动，施工过程墩台止摆难度较大；,分离式胶囊止水结构的构造复杂，施工工序较繁琐，操作环节多；,对止水胶囊的质量要求较高，有一定难度和风险。,缺点,优点,5,预制墩台,5.3.3,无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案,1,、桩基础施工,2,、浮吊下沉无内支撑双壁锁口钢套箱围堰,3,、封底、抽水形成干环境,4,、吊装预制墩台,5,、现浇预制承台预留孔,5,预制墩台,5.3.3,无内支撑结构双壁锁口钢套箱围堰方案,施工照片,特点：,技术成熟，风险小，适用于水深不大、基岩埋深较浅的区域,5,预制墩台,5.3.4,小结,实践表明，,三,种方案各有特点,，,从预制承台的设计思路上来讲，,分离式止水胶囊方案,构造简单,，与预制承台,设计,理念更为接近，针对其施工工序繁琐和止水风险等，可进一步研究，以优化构造设计，完善止水措施，实现设计理念和施工工艺的完美融合，,以促进预制承台技术推广应用,。,5,预制墩台,5.4,预制墩身接高技术,5.4.1,干接方案,深水区非通航孔桥预制墩身之间在国内率先采用干接缝形式进行连接，避免了现场浇筑混凝土，不仅简化了现场作业工序，缩短施工周期，而且有利于确保结构的工程质量，提高了结构耐久性。,1,、墩身运至现场预对位，调整平面偏差,2,、测量墩身倾斜度，起吊墩身，填塞镀锌薄铁片调整垂直度,3,、连接上下节段墩身的预应力粗钢筋,4,、拼接缝涂抹环氧树脂,5,、再次下放上节墩身，张拉预应力粗钢筋,28,天后复拉、压浆、封锚,5,预制墩台,5.4.1,干接方案,采用,强度高、锚固回缩小的大直径高强螺纹钢筋,，,滚压连续全螺纹,可有效,降低锚具的,回缩,，提高锚固性能。,锚固体系包括四个部分：张拉锚固系统、固定端锚固系统、钢筋接长系统、波纹管连接密封系统,。,5,预制墩台,采用,强度高、锚固回缩小的大直径高强螺纹钢筋,，,滚压连续全螺纹,可有效,降低锚具的,回缩,，提高锚固性能。,锚固体系包括四个部分：张拉锚固系统、固定端锚固系统、钢筋接长系统、波纹管连接密封系统,。,5.4.1,干接方案,5,预制墩台,5.4.2,湿接方案,1,、上节墩身吊装并支撑于下节墩身顶面临时支点,2,、三向调节装置精确调整上节段墩身姿态及位置,3,、浇注湿接头混凝土,4,、二次浇注临时支撑装置处的墩身混凝土,5,预制墩台,墩身的大节段预制安装,要满足安装精度，势必大幅提高承台的安装精度，这对于恶劣海况条件下,施工,是极大的挑战。,采用湿接头连接方式，,具有以下优点：,1,）,便于在现浇混凝土范围内，调整上节预制墩身的安装精度，从而消除安装误差，这对于高度较大的预制墩身,安装精度控制,具有,重要,意义。,2,）,避免采用预应力体系，回避预应力体系失效或遭腐蚀带来的耐久性风险，且结构动力性能较优。,5.4.2,湿接方案,5,预制墩台,5.4.3,小结,设计者基于不同的视角对连接方式采取了不同的方案，两种连接方式在本项目均取得了很好的应用，也同样存在一定的不足，仍需根据工程实践经验进一步总结完善，两者间的比选尚需在运营期更长的时间内予以验证。,6,钢主梁整体制造及架设技术,6,钢主梁制作及架设技术,6,钢主梁制作及架设技术,深水区非通航孔桥综合考虑景观、防撞、水流、抗震、基础规模、施工及航行安全、环保等因素，采用了,110m,跨径整墩整幅钢箱连续梁方案；,浅水区非通航孔桥考虑长大纵坡钢桥面铺装,耐久性、,景观、养护和工期等方面因素，采用了,85m,跨径整墩分幅组合连续梁方案。,6,钢主梁制作及架设技术,6,钢主梁制作及架设技术,设计阶段开展的专题研究,钢箱梁：,钢箱连续梁合理构造系统和设计标准研究,钢箱连续梁制造及安装关键技术研究,连续钢箱梁桥面铺装方案加速加载试验研究,钢箱梁防腐及维护关键技术研究,组合梁：,组合连续箱梁合理构造系统和设计标准研究,组合连续箱梁制造及安装关键技术及运营阶段性能研究,6,钢主梁制作及架设技术,6.1,车间化生产,板单元生产车间,钢塔加工车间,钢板下料车间,钢塔制作车间,钢主梁制作车间,港珠澳大桥,钢结构制作从板单元制作、小节段拼装、整孔大节段组装、钢塔制作及组拼、钢结构整体涂装等所有工序均在车间内完成,，,制作环境的改善对钢结构质量及耐久性的提升奠定了坚实的基础。,6,钢主梁制作及架设技术,6.2,板单元制作的机械化和自动化,板单元自动除锈设备,焊接边及坡口加工,数控切割机下料,板,单元精确定位组装,6,钢主梁制作及架设技术,6.2,板单元制作的机械化和自动化,隔板焊接机器人系统,门式多电极焊机焊接板单元,6,钢主梁制作及架设技术,6.3,钢主梁节段制作技术,6.3.1,焊接数字化群控技术,采用焊接数字化群控技术，对焊接过程的电流、电压及焊接速度有效控制。能实现对施焊电流、电压、施焊速度等参数实现在线监控，确保焊接质量的可控性、可追溯性。,控制室,电流监控界面,电压监控界面,6,钢主梁制作及架设技术,6.3.2,自动化焊接技术,轨道式机器人,无盲区小车,首次采用立位轨道式焊接机器人实现腹板对接焊自动化作业、无盲区焊接小车实现腹板与底板焊接自动化作业。,无损检测结果表明，焊缝质量优良率大幅提高，焊缝外观质量完美，减少了焊缝修磨工作，结构耐久性和抗疲劳性能,提高,。,6,钢主梁制作及架设技术,6.3.3,无损伤制造工艺,为避免上述制造过程中对钢结构母材的损伤，港珠澳大桥大力推行无损伤制造工艺，即通过对工艺装备和工法的进一步研发，改变传统做法，从而避免钢主梁制作过程中人为操作对母材的损伤。,无马对接、压重控制焊接变形,无损吊运、翻身技术,6,钢主梁制作及架设技术,6.4,钢主梁大节段整体制作技术,钢梁特点,深水区,110m,钢箱梁采用整幅布置，箱梁全宽,33.1m,，高,4.5m,，体量大；,浅水区,85m,组合梁钢主梁节段为开口槽型结构、长高比大，断面刚度不如钢箱梁,控制难点,几何精度控制,线形控制,解决方案,长线法拼装。即多梁段连续匹配制造，多种工序一次性在车间内整体台架上完成。,优点：提高了匹配精度、制造线形精度，节省拼装时间，提高工效，同时有利保障焊接质量。,6,钢主梁制作及架设技术,6.5,整孔架设技术,钢梁施工方案,深水区,110m,钢箱梁、浅水区,85m,组合梁均采用,整孔架设方案,施工方案优点,减少海上作业时间、降低施工风险,可最大限度减少桥位现场环缝焊接工作量，最大限度保障钢结构质量。,6,钢主梁制作及架设技术,6.5,整孔架设技术,深水区主梁拼接特点,钢箱梁现场拼接接头设置在距墩顶,23m,位置处，位于连续梁反弯点附近，该区域主梁弯矩与剪力均较小，可改善环焊缝受力环境，利于结构耐久。,6,钢主梁制作及架设技术,6.5,整孔架设技术,浅水区主梁拼接特点,组合梁现场接头选择在墩顶，目的是最大限度改善墩顶负弯矩区桥面板受力性能，减小开裂风险。,7,主塔制作及安装技术,7,主塔制作及架设技术,7,主塔制作及安装技术,主塔施工特点,九洲航道桥主塔采用钢,混组合结构，上塔柱采用整体吊装工艺；,江海直达船航道桥主塔采用全钢结构，吊装重量达,2800T,，创国内之最。,车间化作业,门式多电极自动焊接技术,轨道式焊接机器人技术,无马组焊技术,无损伤吊运技术,大型断面铣床,对拼接后的主塔断面进行整体铣削作业,实现了铣削过程自动化操作，提高了铣削精度，降低了钢塔节段拼装难度,整体制造和安装,节段分步接长、整体水平预拼装、最终立式安装复位,大幅缩短桥位安装时间和施工风险，提高了质量，降低了成本。,7,主塔制作及安装技术,7,主塔制作及架设技术,7.1,钢塔节段,无马组,焊技术,对几何精度要求极高的钢塔节段，采取了内外,无马约束方案。,钢塔节段焊接变形约束情况,以前钢塔节段焊接变形约束情况,7,主塔制作及架设技术,对钢塔节段外侧的四条棱角深坡口焊缝，采取了小车,CO2,气保焊或埋弧焊接；对隔板与腹板的立位角焊缝，尽可能地采用了立位,CO2,气保焊小车焊接。,隔板与腹板立位焊缝焊接,棱角深坡口焊接焊接及成形效果,7,主塔制作及安装技术,7,主塔制作及架设技术,7.2,钢塔节段端面加工技术,为了保证钢塔柱线形要求，对钢塔节段采用了“高精度的激光跟踪测量系统（简称,API,）划线及检测,+,数控调整系统找正定位,+,大型端面铣床”成套端面加工技术。,API,测量划线、最终检测,钢塔节段端面加工,7,主塔制作及安装技术,7,主塔制作及架设技术,7.3,钢塔节段水平预拼,为了保证塔段接口匹配及减少桥位工作量，,采用节段分步接长、整体水平预拼装、最终立式安装复位，形成整体大节段进行运输和安装，充分体现了四化理念，大幅缩短桥位安装时间和风险，提高了制作质量，降低了施工成本。,加工完的钢塔节段,钢塔节段水平预拼,7,主塔制作及安装技术,7,主塔制作及架设技术,7,主塔制作及安装技术,主塔整体竖转施工,主塔翻身,主塔场内存放,8,结 语,8,结语,8,结语,截至目前，浅水区组合梁架设基本完成，正式转入桥面系施工，实现了,32,个月拉通全标段的目标。,8,结语,深水区非通航孔桥主梁架设进展顺利，青州航道桥的主塔施工基本完成。,8,结语,