吕忠达:杭州湾跨海大桥工程关键技术研究与实践

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搏纳、自信 创新、奋进
搏纳、自信 创新、奋进
灾害天气对海上长桥行车安全的影响及对策研究
(1)针对主桥和桥塔区域桥面的风环境,通过系统研究提出 了全桥减风方案。全桥行车安全控制风速由8级提高到10级,在 考虑交通管理措施后,全线区域风速等级可达11级,大幅度提高 了行车安全的抗风险水平。 (2)大桥有32Km完全暴露在海洋环境之中,通过对路网、气 象资料的调研和系统分析,构建了以控制车速为核心的灾害性 天气下行车的安全管理系统。
名称 混凝土
单位 立方米
数量 245万
各类钢材 钢管桩 钻孔桩 预制桥墩 现浇箱梁
50m预制箱梁 70m预制箱梁
搏纳、自信 创新、奋进
吨 根 根 个 孔
片 片
80万 5513 3550 474 160
404 540
3 四无的艰难困境


技术无规范
设计无蓝本 施工无装备
管理无经验
搏纳、自信 创新、奋进
搏纳、自信 创新、奋进
结语 杭州湾跨海大桥工程建设经历十年筹备和 四年零四个月的工程建设,全体参建单位在省 部技术专家组的大力支持和指导下,坚持尊重 科学、依靠专家的方针,群策群力、攻坚克难, 在科技创新、工程质量管理、安全管理及进度 控制、建设管理等各方面取得了全面的丰收, 大桥的建设必将为在建和后续跨海工程提供宝 贵的经验和借鉴。
搏纳、自信 创新、奋进
钢管桩成套技术通过了浙江省交通厅组织的成果鉴定。 成果已获得2007年度中国公路学会科学技术奖一等奖。
搏纳、自信 创新、奋进
大吨位70m预应力混凝土箱梁整体预制和强潮海域海上 运输、架设技术
(1)提出并采用“二次张拉”等创新技术,解决了大型混凝 土预制箱梁早期开裂等工程难题。 (2)研制了整体液压模板,实现了模板整体装拆;钢筋采用 整体预制和吊装方案。通过技术创新形成了机械化程度高、施 工质量好和生产效率高的制梁生产线,为大规模工厂化制梁奠 定了基础。 (3)研究开发了重型梁陆上搬运系统;研制了吊重3000t的 “天一号”中心起吊运架一体吊船,解决了强潮海域的架梁问 题。
实用新型专利
发明专利 实用新型专利 实用新型专利 实用新型专利
ZL200320123168.9
ZL200310114798.4 ZL200620104490.0 ZL200620104446.X ZL200620092901.9
6
7 8 9 10 11 12 13 14 搏纳、自信 创新、奋进
一种轨道轮箱(70m梁纵移)
搏纳、自信 创新、奋进
(2)总体设计方案启动了我国桥梁新材料、新工艺、新设备 的研制和开发,设计、科研和施工单位紧密配合,研制了以海 工耐久混凝土为代表的新材料; 开发了大直径超长钢管桩设计、 制造、防腐、沉桩大吨位70m预应力混凝土箱梁整孔预制和强 潮海域海上运输、架设,大吨位50m预应力混凝土箱梁整孔预 制和梁上运输架设等成套技术和设备,保证了工程的顺利实施, 并把我国桥梁建造技术推向了一个新的水平。
搏纳、自信 创新、奋进
(3)大型预应力混凝土箱梁整孔预制、海上和陆上运输架设 已形成成套技术,其中:大型箱梁整孔制造和防裂技术,己形 成国家工法和专利,并已在我国公路和铁路大型箱梁施工中得 到广泛应用;50m箱梁超千吨级运架成套技术和设备,在我国 整体化程度要求高的铁路客运专线和待建的跨海大桥施工中应 用前景十分广泛。 (4)大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和沉桩己形成成套 技术,为我国跨海大桥基础设计、施工和开拓海外工程创造了 条件。其技术和设备己用于舟山大陆连岛金塘大桥工程,即将 用于汕头南澳跨海大桥工程。
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测量控制关键技术通过了交通部组织的成果鉴定。
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大直径超长钢管桩设计、制造、防腐和沉桩成套技术
(1) 针对钢管桩超长、超大和变壁厚的特点,建立了连续生 产、整桩制造的自动化生产线,新设备和新工艺提高了制桩效率, 保证了制桩质量。 (2)采用以熔结环氧涂层为主、辅以牺牲阳极的阴极保护联 合防腐蚀方案,改变了传统的设计思路,解决了在海洋中垂直方 向腐蚀环境分布不均匀引起的局部严重腐蚀防护难题,是国内外 钢管桩重腐蚀防护的创新方法。 (3)采用大船、大锤和船载GPS系统的总对策,依靠先进和强 大的装备,成功解决了在强潮海域中超长、超大钢管桩的沉桩问 题、施工安全问题和生产效率问题。
搏纳、自信 创新、奋进
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大纵坡小半径钢桥面铺装技术研究与实施
(1)通过对国内钢桥面铺装方案发生早期破坏的分析,提出 了桥面铺装与钢板协同受力是桥面铺装设计根本的设计理念。 (2)从解决层间抗剪切能力不足入手,提出了新型钢桥面铺 装结构EBCL+RA-05+SMA-10(环氧树脂+冷铺环氧沥青+ 5cm SMA-10) 。解决了匝道桥大纵坡、小半径钢桥面铺装的工程技 术难题。
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滩涂长
河床面呈现南涨北坍的演变规律,图为南岸9.7公里长的 滩涂。
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腐蚀强
海水实测氯离子含量在5.54 g/L ~15.91 g/L之间,对结构 具有比较强的腐蚀作用。
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浅层气
南岸滩涂区富含浅层气。
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2 巨大的工程规模
大风多
2004年2007 年施工期间影响 杭州湾地区的台 风多达19个。
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潮差大
最大潮差7.57m,平均潮差4.65m。
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潮流急
平均流速2.39m/s,实测最大流速5.16 m/s。
搏纳、自信 创新、奋进
冲刷深
呈现冬冲夏淤的演变规律,施工期,南岸滩涂最大冲刷为 15.5米。
搏纳、自信 创新、奋进
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2 专利、工法、规范和推广应用情况
专利
目前已获得批准的专利7项,处于公布期的专利7项,其他正 在申报的专利12项。
实用新型专利、发明专利一览表
专利类型 序号 专利成果名称 专利申请号 专利号
1
2 3 4 5
变壁厚螺旋焊管
螺旋焊管焊制方法 混凝土氯离子扩散系数快速测定仪控制电路 混凝土氯离子扩散系数测试用试件劈开夹具 一种固定钢管桩牺牲阳极用的卡箍
实用新型专利
发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 发明专利 实用新型专利 实用新型专利 2005100199938 200610049566.9 200610051880.0 200610051879.8 200610047521.8 200710050028.6 200720080440.8 200720081029.2
搏纳、自信 创新、奋进
第一部分 大桥建设面临的挑 战
搏纳、自信 创新、奋进


恶劣的建设条件
巨大的工程规模

“四无”的艰难困境
搏纳、自信 创新、奋进
1 恶劣的建设条件
杭州湾地处世界三大强潮海湾之一,建桥条件受气象、 水文、地质、冲刷及浅层气等多种自然条件的影响, 施工条 件恶劣,主要具有以下特点:
第二部分 关键技术研究与实践
搏纳、自信 创新、奋进
杭州湾跨海大桥是我国首批建造的跨海长桥, 鉴于工程的复杂性和难度,集全国桥梁设计、 科研和施工单位的智慧和力量,对关键技术进 行攻关,取得了一批具有推广应用价值的技术 成果。
搏纳、自信 创新、奋进
1 各项关键技术的主要创新点 用先进的设计理念指导大桥总体设计 (1)海上水中区引桥和南岸滩涂区引桥,是跨海工 程的主要部分,工程规模浩大,其引桥设计方案立足 于“工厂化、大型化和机械化”的设计理念。总体设 计方案开创了跨海大桥的新理念,最大限度地减少了 海上作业,充分利用了当代桥梁建设的先进技术和手 段,符合海上工程的实际情况,对回避施工风险、保 证工程质量、加快工程进度,确保工程顺利实施发挥 了重大作用。设计理念创新是本桥创新的核心。
预应力混凝土梁采用低强初张措施控制梁体裂缝施工工艺 熔结环氧粉末外防腐涂层钢管及涂敷工艺 一种混凝土浆体流变性能的通用试验方法及其试验装置 一种混凝土抗裂性能试验方法及其外方内圆试验装置 一种钢管桩牺牲阳极的固定方法 移动式整体施工平台及施工方法和专用吊具 一种大吨位箱梁架设临时支座 一种移动式整体施工平台
(3)设计与科研结合,开展了海洋环境下混凝土结构耐久性 研究和灾害天气对跨海长桥行车安全的影响及对策研究等针对 海洋工程的科学研究,填补了我国在这些领域的空白,为充分 发挥工程的社会经济效益奠定了基础。
搏纳、自信 创新、奋进
跨海长桥测量控制关键技术
(1) 建立GPS工程参考站,利用连续运行的GPS工程参考站系 统,实现实时平面定位精度3~5cm、实时高程定位精度5~ 10cm,成功解决了海上钢管桩实时定位测量问题。 (2)开发的过渡曲面拟合法,使GPS拟合水准的测量精度优于 3cm,满足了海上优先墩承台施工高程控制的精度要求。 (3) 创建了54工程65高程独立坐标系,解决了跨海大桥平面 控制测量问题。
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70m箱梁制、运、架技术通过了交通部组织的成果鉴定。 成果已获得2007年度宁波市科学技术进步一等奖。
搏纳、自信 创新、奋进
大吨位50m预应力混凝土箱梁整体预制和梁上运输架设技术
(1)采用大吨位箱梁整体预制、梁上运输架设的总体设计方 案,解决了南岸长滩涂区引桥控制性工程问题。 (2)为最大限度分摊运梁荷载和最大限度减轻运输系统的重 量, 运梁车按作用在四片箱梁上设计, 采用前、后车组分离方 案和“软性”联接技术。使箱梁不需加固,并大幅度减轻了运 输结构的重量,为实施梁上运梁方案奠定了基础。 (3)完成了50m箱梁场内搬运、提梁、运输和架梁的成套设 备研制。设备技术先进、运行稳定、架梁效率高,其运架重量 远远超过了当今世界上同类工法的水平。
杭州湾跨海大桥工程关键技术研究与实践
杭州湾大桥工程指挥部 吕忠达 2008年05月
搏纳、自信 创新、奋进
汇报提纲
建设面临的挑 战 关键技术研究与实践 结语
搏纳、自信 创新、奋进
前 言
杭州湾跨海大桥从1993年开始筹建,前期工作历时十年, 于2003年11月14日开工建设,2007年6月26日全桥贯通,于 2008年5月1日全线通车。 大桥建设条件极为复杂,工程规模宏大,施工环境非常恶 劣,设计和施工均面临巨大的挑战。杭州湾大桥工程指挥部按 照“建设一流大桥,创造一流管理,培养一流人才”的总体要 求,在浙江省委、省政府和交通部的正确领导下,在大桥技术 专家组的有力支撑下,经过各参建单位的共同努力,依靠技术 创新,优质、安全、高效地提前工期8个月实现建成通车。
搏纳、自信 创新、奋进
50m箱梁制、运、架技术通过了交通部组织的成果鉴 定。成果已获得2007年度中国公路学会科学技术奖特等 奖。
搏纳、自信 创新、奋进
海洋环境下长寿命混凝土结构耐久性研究
(1)从整体结构的角度,对跨海大桥混凝土结构耐久性所涉 及的问题和实用技术进行了全面系统的研究,制定了包括耐久 性设计、施工、质量监测评定与运营阶段维护的整套技术文件。 (2) 明确提出了海工耐久混凝土概念及其配合比设计原则、 技术路线和对应配套技术指标;引进了混凝土氯离子扩散系数 快速测试方法。 (3)建立了耐久性长期监测系统,对所采取的耐久性措施进 行验证,通过加速老化试验、现场长期暴露试验和原位耐久性 监测,结合对周边既有海工建筑采集的数据,采用预测模型, 对本工程混凝土结构的耐久性进行评估和寿命预测。
《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》
3
4
《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》
《混凝土结构耐久性设计规范》
铁道部行业标准
国家标准
正式颁布实施
讨论稿
搏纳、自信 创新、奋进
推广应用情况
(1)以“工厂化、大型化和机械化”为工程设计原则,已成 为我国在建和待建的跨海大桥普遍采用的建设理念。继东海桥 之后,金塘大桥、青岛海湾桥等跨海大桥非通航孔桥均采用了 这种理念。 (2)海工耐久混凝土在杭州湾跨海大桥使用获得成功,对我 国桥梁耐久性设计和施工产生了深远的影响,其设计、生产技 术,己在青岛海湾大桥、金塘大桥、福建平潭海峡大桥等跨海 大桥中获得推广应用。
ZL200420010365.4
工法
目前已获得批准的部级工法9项,正在申报的国家级工法4项。
搏纳、自信 创新、奋进
规范
目前已有4部国家和行业的标准和规范采纳了本桥的研究成果。
研究成果纳入国家和行业标准、规范表
序号 1 2 标 准 名 称 标准类型 中国土Leabharlann Baidu工程学会标准 交通部行业标准 实施情况 正式颁布实施 正式颁布实施
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