深中通道跨海通道橋梁工程技術(shù)

深中通道跨海通道橋梁工程技術(shù)

中中運(yùn)河橋梁全長(zhǎng)約17.034公里，規(guī)模大，包括尖嶺陽(yáng)橋、中山橋、洪泛區(qū)非通航橋、群區(qū)非通航橋和陸地橋。它覆蓋了大橫截面的懸索橋、大橫徑的斜橋、大鋼梁的連續(xù)梁橋、預(yù)制混凝土的連續(xù)梁橋和小箱梁的橋，技術(shù)難度非常大。橋址區(qū)受到航空限高、海事通航、水利防洪、環(huán)保、臺(tái)風(fēng)、潮汐和不均勻地質(zhì)等諸多條件制約，建設(shè)條件復(fù)雜。項(xiàng)目地處粵港澳大灣區(qū)核心位置，是跨越珠江口的戰(zhàn)略性通道，同時(shí)也是跨海超級(jí)工程，社會(huì)關(guān)注度高，橋梁工程又是項(xiàng)目建設(shè)的亮點(diǎn)和看點(diǎn)，需要高標(biāo)準(zhǔn)地開(kāi)展建設(shè)，因此該項(xiàng)目橋梁工程的建設(shè)面臨很大挑戰(zhàn)。為了從源頭上控制好項(xiàng)目品質(zhì)，該項(xiàng)目在建設(shè)前期嚴(yán)謹(jǐn)、審慎地開(kāi)展了橋型方案研究比選和設(shè)計(jì)工作，為項(xiàng)目后續(xù)的建設(shè)實(shí)施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1方面土體環(huán)境全橋跨越了珠江口多條高等級(jí)主航道及主要泄洪通道，同時(shí)受到深圳機(jī)場(chǎng)航空限高影響，建設(shè)條件復(fù)雜。橋位處最大海水深度約12m,同時(shí)西側(cè)存在長(zhǎng)距離的淺灘區(qū)，水深僅1～2m,受半日潮影響(平均潮差為0.85～1.70m),潮退灘露。淺灘區(qū)臨近南沙濕地自然保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求高。此外，橋位處于臺(tái)風(fēng)影響區(qū)，正面襲擊熱帶氣旋年平均有23個(gè)，最大中心風(fēng)速曾達(dá)40m/s,影響時(shí)段每年可達(dá)5個(gè)月(6—10月)之久。橋位區(qū)軟土分布范圍廣、厚度大，淤泥層普遍厚達(dá)20～30m,穩(wěn)定性極差。場(chǎng)區(qū)基巖主要為花崗巖及花崗閃長(zhǎng)巖，巖面東高西低，風(fēng)化差異顯著，風(fēng)化層厚度大，且厚薄不均，地基均勻性總體較差，屬抗震不利地段。2橋梁設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)2.1主纜鋼箱設(shè)計(jì)(1)總體布置及結(jié)構(gòu)體系。伶仃洋大橋跨徑布置為(500+1666+500)m,矢跨比為1/9.65,主纜橫向間距為42.1m。采用三跨吊全漂浮體系懸索橋，在主塔處設(shè)橫向抗風(fēng)支座、縱向限位阻尼、過(guò)渡墩處設(shè)置豎向支座、橫向抗風(fēng)支座。伶仃洋大橋主橋立面圖如圖1所示。(2)加勁梁采用流線(xiàn)形整體鋼箱，梁高4m、寬49.7m,采用實(shí)腹式橫隔板，間距為3.2m。橋面板重車(chē)道處厚18mm,其余厚16mm。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖如圖2所示。箱梁外側(cè)設(shè)置風(fēng)嘴及水平穩(wěn)定板，以滿(mǎn)足顫振穩(wěn)定性要求，同時(shí)避免渦振振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。(3)索塔采用門(mén)式塔造形，基礎(chǔ)采用56根(4)錨碇采用分體式錨體，外形設(shè)為晶體切面建筑元素。錨碇基礎(chǔ)采用直徑65m的8字形地連墻基礎(chǔ)，墻厚1.5m,嵌入中風(fēng)化巖層中不小于5m。設(shè)計(jì)推薦采用鋼管樁和鋼板樁結(jié)構(gòu)圓形筑島，筑島直徑150m。東錨淤泥層厚8.3～12.3m,西錨淤泥層厚14.1～15.5m,采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理。錨碇基坑外采用拋石護(hù)堤防護(hù)。(5)主纜設(shè)計(jì)采用預(yù)制平行鋼絲索股(PPWS),吊索采用鍍鋅鋼絲繩，梁端限位拉索采用平行鋼絲拉索。主索鞍為常規(guī)鞍體結(jié)構(gòu)，散索鞍采用擺軸式結(jié)構(gòu)，都采用鑄焊結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式，鞍槽用鑄鋼鑄造，底座由鋼板焊成。鑄鋼件采用ZG340-550H高強(qiáng)材質(zhì)。主纜采用多股成品索錨固系統(tǒng)錨固。2.2主梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造(1)總體布置及結(jié)構(gòu)體系。中山大橋采用整幅式鋼箱斜拉橋方案，跨徑組成為(110+185+580+185+110)m,邊中跨比為0.509,采用半漂浮結(jié)構(gòu)體系。邊跨設(shè)置輔助墩，大橋的立面布置見(jiàn)圖3。(2)加勁梁采用流線(xiàn)形扁平鋼箱梁，梁高4m,采用雙邊腹板構(gòu)造，與H形塔索面布置對(duì)應(yīng)。箱內(nèi)采用桁架式橫隔板，不設(shè)縱隔板，截面用料省，通透性好，方便后期檢查維護(hù)。梁段標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度18m,最大吊重約501t,采用橋面吊機(jī)安裝。梁段間工地接縫除頂板U肋采用高強(qiáng)度螺栓連接外，其余均采用焊接。中山大橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖見(jiàn)圖4。(3)索塔采用門(mén)式塔造形，與伶仃洋大橋主塔外形風(fēng)格保持一致，形成前后呼應(yīng)、和而不同的姊妹橋格局?；A(chǔ)采用28根(4)斜拉索采用?7高強(qiáng)鍍鋅鋼絲束斜拉索，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1960MPa。斜拉索在主塔上的錨固采用鋼錨梁錨固，傳力明確，同時(shí)有效加快塔柱施工進(jìn)度，后期便于維護(hù)檢查、換索。拉索橫向間距為41.5m,東、西主塔每側(cè)各有15對(duì)斜拉索，梁上索距為18m。斜拉索在主梁上采用錨拉板形式錨固，傳力途徑明確，構(gòu)造簡(jiǎn)單，后期方便檢查維護(hù)。2.3非儒家孔橋和陸路橋的建設(shè)(1)鋼箱梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)主梁采用分幅式單箱三室鋼箱梁，梁高4m,頂板寬20m,底板寬9.5m。鋼梁邊跨跨中、次邊墩和中墩墩頂?shù)装寮凹觿爬?、次邊墩和中墩墩頂中腹板及加勁肋采用Q420D,其余部位采用Q345D。鋼箱梁整體在工廠(chǎng)預(yù)制，通過(guò)船機(jī)設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)并架設(shè)。首節(jié)鋼箱梁長(zhǎng)133.5m、重約1500t。下部結(jié)構(gòu)采用整體式大挑臂T形墩，蓋梁長(zhǎng)30m、高5m;墩身截面為六邊形，寬為8～12.2m、厚為4m;承臺(tái)為10.5m×16.5m×5m(縱×橫×豎),配6根2.5m樁。(2)鋼箱梁吊裝就位上部結(jié)構(gòu)主梁采用分幅式單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，梁高3.5m,頂板寬20m,底板寬9.578m,懸臂長(zhǎng)3.5m。受運(yùn)架設(shè)備吊重及吊具幾何參數(shù)限制，在萬(wàn)頃沙互通影響區(qū)部分變寬劇烈的主梁采用了鋼箱梁方案，共18片。箱梁在岸上預(yù)制廠(chǎng)整孔預(yù)制，通過(guò)船機(jī)設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，整孔吊裝就位，再進(jìn)行先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)的體系轉(zhuǎn)換。橋墩與泄洪區(qū)非通航孔橋的建筑外形風(fēng)格一致，蓋梁頂寬33m、高6m。墩寬9.2～10.6m,厚4m;承臺(tái)為17m×10.75m×4.5m(縱×橫×豎),配6根(3)預(yù)制混凝土小箱梁結(jié)構(gòu)陸域引橋全長(zhǎng)1600m,分幅布置，部分區(qū)段受橫門(mén)互通影響，單幅橋面寬度為16.25～34.65m。引橋跨徑為40m,采用預(yù)制混凝土小箱梁(梁高2.2m),先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。橋墩采用大挑臂墩，基礎(chǔ)采用3主要技術(shù)的困難項(xiàng)目橋梁工程技術(shù)難點(diǎn)主要集中在伶仃洋大橋和非通航孔橋。3.1從鋼箱到鋼箱的通道及支護(hù)技術(shù)(1)大橋位于珠江口伶仃洋開(kāi)口水域，屬于超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)頻發(fā)區(qū)，跨徑超大、橋面超高，抗風(fēng)安全問(wèn)題突出，主梁抗風(fēng)斷面選型是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。通過(guò)組織多家權(quán)威機(jī)構(gòu)平行開(kāi)展風(fēng)洞模型試驗(yàn)，反復(fù)比選主梁氣動(dòng)外形和氣動(dòng)措施，最終提出了“整體鋼箱梁+水平導(dǎo)流板+上下穩(wěn)定板+高透風(fēng)率欄桿”組合的新型氣動(dòng)控制技術(shù)，將1500m以上超大跨徑寬幅式整體鋼箱的顫振臨界風(fēng)速提升至88m/s,極大地拓展了該類(lèi)梁型的使用范圍。(2)西塔處于風(fēng)化深槽上，需要穿越60～80m的斷裂破碎帶，樁長(zhǎng)達(dá)到了108～136m,對(duì)于實(shí)施階段鉆孔成樁提出了挑戰(zhàn)，實(shí)際施工時(shí)需要通過(guò)精細(xì)化的鉆孔工藝和優(yōu)質(zhì)的護(hù)壁泥漿來(lái)確保成樁質(zhì)量。(3)由于主橋是全離岸結(jié)構(gòu)，兩個(gè)大型錨碇處于海中，考慮潮汐影響水深達(dá)到6～8m,海床面以下存在15m以上厚度的淤泥層，地質(zhì)條件復(fù)雜。為實(shí)現(xiàn)錨碇地連墻基礎(chǔ)的實(shí)施條件，設(shè)計(jì)提出了鋼管-鋼板樁圍堰筑島方案。在深層軟基上確保圍堰結(jié)構(gòu)及島體的穩(wěn)定具有一定挑戰(zhàn)，后續(xù)施工主要以施工監(jiān)控為抓手，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)把控施工節(jié)奏，確保施工全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)可控。(4)懸索橋主纜防腐是世界性難題，考慮到該項(xiàng)目處于高溫高濕的亞熱帶地區(qū)，同時(shí)在路網(wǎng)中具有重要性，需高度重視。從國(guó)際技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)來(lái)看，主要是提高主纜鋼絲自身的防腐性，如采用大直徑高強(qiáng)主纜鋼絲等。3.2止水圍堰內(nèi)設(shè)置(1)泄洪區(qū)非通航孔橋受防洪要求制約，承臺(tái)需要埋入海床。在臨近西人工島區(qū)段，平均水深為10m以上，最大水深13.5m,如何順利實(shí)現(xiàn)水下基坑開(kāi)挖、止水、承臺(tái)鋼筋網(wǎng)綁扎及混凝土澆筑等面臨很大挑戰(zhàn)。后續(xù)施工主要通過(guò)打設(shè)加強(qiáng)剛度的帽形鋼板樁來(lái)形成止水圍堰，圍堰內(nèi)設(shè)置圍檁及水平撐來(lái)共同抵抗水壓力。(2)與伶仃洋大橋兩端對(duì)接的四孔泄洪區(qū)非通航孔橋橋面標(biāo)高較高(最高近70m),由于受到錨碇筑島、主纜位置的限制，無(wú)法使用船機(jī)設(shè)備架梁，只能采用支架架梁。考慮到此處還存在15m以上厚度的淤泥層，為確保高空支架的安全性需加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)。(3)淺灘區(qū)非通航孔橋部分區(qū)段水深較淺，平均水深1m左右，受半日潮影響，多數(shù)時(shí)間潮退灘露，船機(jī)設(shè)備很難駛?cè)?，棧橋、施工平臺(tái)等臨時(shí)工程的建設(shè)有一定難度。后續(xù)施工主要是選擇水深條件較好的位置搭設(shè)起始棧橋和物料碼頭，主要通過(guò)釣魚(yú)法在已搭設(shè)的棧橋上逐步推進(jìn)架設(shè)。(4)萬(wàn)頃沙互通立交的匝道下穿主線(xiàn)橋，工作面在空間上存在交織，由于都是水上作業(yè)且工期較緊，架梁船機(jī)設(shè)備的使用與下部結(jié)構(gòu)施工存在矛盾。施工時(shí)需要通過(guò)良好的工序銜接來(lái)解決上述難題。4錨泊基礎(chǔ)建設(shè)截至2020年年底，橋梁下部結(jié)構(gòu)大部分已出水，水中棧橋及錨碇圍堰成功抵御了2018年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“山竹”的正面襲擊，西塔超長(zhǎng)樁基均順利成樁，東西錨碇基礎(chǔ)均已完成基坑開(kāi)挖，