一座大型桥梁施工组织设计上.docx

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一座大型桥梁施工组织设计上

第一章工程概述

一、概述

（一）工程概况

安庆长江大桥起始于长江北岸合安高速公路安庆连接处，在圣埠处与合安高速公路大桥接线直接相连，与国道318线及国道206线的共线段通过菱湖北路互通立交相连；南与国道318线及国道206线的分界点直接相连。

大桥穿越安庆市区，在安庆市东门汽车轮渡处跨越长江天堑及南北岸部份区域，全长约5.9Km。

大桥的建设对促进沿江地区特别是皖西南大别山区的经济快速发展，具有十分重要的意义。

主桥为50+215+510+215+50m五跨连续双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主桥全长1040m。

本标段范围为K20+118.500～K20+638.500。

主桥采用全焊扁平流线形封闭钢箱梁，空间双索面扇形钢绞线斜拉索。

钢箱梁梁高3.0m（桥中心线处），斜拉索16对共64根，在梁上锚固标准间距为15m，在塔上锚固间距为2.0～2.5m，与索塔连接采用钢箱式锚固，与主梁的连接采用锚箱式锚固。

斜拉索在塔端张拉。

索塔采用钢筋砼分离上塔柱倒Y型索塔，锚索区上塔柱为分离单箱单室多边形断面。

索塔设上、中、下三道横梁，均为预应力钢筋混凝土结构。

索塔总高184.781m，桥面以上塔高与主跨比为0.2616。

主桥索塔采用双壁钢围堰大直径钻孔桩复合基础，双壁钢围堰外径32m，内径29m，壁厚1.5m。

钢围堰高度59m。

圆形承台直径29m，高6.0m，承台顶面高程－3.25m（黄海高程，下同）。

承台下为18根直径3.0m的钻孔灌注桩，桩位呈梅花形排列，桩中心距为6.0m。

封底设计为C25砼，厚7.0m。

主桥边跨及辅助跨处各设一个辅助墩和一个过渡墩，其中辅助墩为双柱式实心结构，基础为8根Φ3m的大直径钻孔灌注桩基础；过渡墩为分离式实体结构，基础为2×4根直径2m的钻孔灌注桩基础。

（二）主要技术标准：

桥梁等级：

四车道高速公路特大桥

设计行车速度：

100km/h

桥面宽度：

31.2m，四车道桥面标准宽度26.0m，中间设2.0m宽中央分隔带，两边各设0.5m防撞护栏。

主桥斜拉桥两边增设锚索及检修宽度。

荷载标准：

汽车-超20级，挂车-120

桥面最大纵坡：

3.0%

桥面横坡：

2.0%

设计洪水频率：

1/300

地震列度：

基本烈度Ⅵ度，按Ⅶ度设防

通航水位：

最高通航水位16.930m（20年一遇），最低通航水位2.480m（保证率99%）

通航净空：

最小净高24m，主通航孔双向航宽不小于460m，边通航单向航宽不小于204m。

（三）本施工标段主要工程内容：

1、临时工程：

包括临时道路与施工便道的修建、养护及拆除；临时供电的电力系统、临时电信系统及供水系统的配置、维护及拆除等。

2、主桥基础：

钢围堰刃脚段及其余钢围堰单元的起吊、定位、拼装、接高及下沉；配合钢围堰焊接工作；钢围堰下沉落床，钢护筒制作与沉放，砼封底，浇注索塔基础钻孔灌注桩及承台；按图纸要求对钢围堰进行切割。

3、主塔：

安装塔吊，提升模板，浇注分离上塔柱倒Y形索塔砼，张拉索塔横向及环向预应力钢束；拆除模板及临时支撑。

4、辅助墩：

钢套箱加工、制造及安装就位，钻孔灌注桩施工，钢套箱内水下砼封底、浇注承台、爬升模板浇注墩身。

5、过渡墩：

钻孔灌注桩施工、浇注承台、爬升模板浇注墩身。

6、主桥上部：

安装桥面吊机，吊装全部钢箱梁逐段就位，安装钢绞线斜拉索，拆除桥面吊机，边跨压重施工，检查车安装，配合安装支座及伸缩缝装置。

二、地理位置

桥位位于长江安庆河段振风塔以下，鹅眉洲分流口以上部分。

该处江段单一、顺直、稳定，桥位处两岸江堤堤距1660m，河床断面表现为北岸边坡较陡，南岸边坡较缓。

其中深泓区中线靠近北岸，距北岸约580m，宽约1100m，平均水深约35.9m，最大水深距北岸大堤347m处，水深为38.9m。

三、气象

桥址位于亚热带季风气候区，温和湿润，四季分明，光照充足，雨量充沛，冬夏温差较大。

春季以风和日丽天气为主，夏季炎热，秋高气爽，冬季天气晴朗，寒冷干燥。

安庆月平均气温16.5℃，极端最高气温40.2℃，极端最低气温-12.5℃。

安庆常年主导风向为东北风，多年最大风速20m/s，瞬间极大风速24.2m/s（1997年8月19日，风向东北偏北）。

桥址区位安庆市历年气温及气流参数见下表：

安庆历年各月平均气温特征值表（℃）

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

平均

极端

最高

极端

最低

气温

3.8

5.1

9.8

16.1

21.5

25.1

28.7

28.5

23.6

18.1

12.0

6.0

16.5

40.2

-12.5

统计年份1951年～1990年

安庆历年气流特征值表

分项

各年最大风速

常年主导风向

夏季主导风向

冬季主导风向

瞬间极大风速

特征

20m/s

东北风

西南风

东北风

24.2m/s

四、水文

（一）水位

安庆长江公路大桥桥址河段内设有安庆水位站，根据已有资料表明统计出的安庆站月平均水位见下页表：

（二）流速与流向

长江安庆段位于长江下游非感潮河段，根据实测的洪中两级水位的流速、流向资料，桥位附近河段流速分布较为均匀，全年主流位置居中偏左，流速相对较小。

桥轴线法向夹角在0°～左7.5°之间。

安庆水位站逐月水位平均值表（黄海高程：

m）

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

最高

4.30

4.66

6.45

8.80

10.83

12.19

13.05

12.47

11.74

10.95

9.01

6.42

最低

3.18

3.10

3.95

5.61

8.15

9.61

11.01

10.74

10.10

8.78

6.24

3.99

平均

3.61

3.84

5.21

7.06

9.59

10.85

12.28

11.76

11.21

10.09

7.75

5.04

长江安庆段的平均水面比降，九江至安庆段为0.0203‰，安庆至大通段为0.0189‰。

此处，根据长江下游多年资料统计分析，汛期比降一般较枯水期比降大。

（三）3月份～7月份20年一遇最高、最低水位（1981～2001）（黄海高程）

三月份

四月份

五月份

六月份

七月份

最高值

11.75

11.89

12.18

15.86

16.57

最低值

2.69

4.72

5.72

6.4

8.72

（四）桥址设计水位及计算流量

以安庆水位站和下游大通站资料为依据，按分洪与不分洪两种情况，分析内插得安庆站及桥位处的水位及流量。

大桥的设计洪水位及流量采用设想不分洪情况理论频率值。

设想不分洪桥位处各频率洪水位、流量表

项目

安庆水位站

安庆大桥桥址

20年一遇

水位（m）

16.98

16.93

流量（m3/s）

81000—84000

50年一遇

水位（m）

17.68

17.63

流量（m3/s）

87000—91000

100年一遇

水位（m）

18.22

18.17

流量（m3/s）

91000—95000

300年一遇

水位（m）

19.02

18.97

流量（m3/s）

97000—101000

注：

水位标高为黄海高程，单位m。

五、工程地质

桥位区北岸为长江高河漫滩Ⅰ级阶地和Ⅱ级阶地。

河床宽度1655m。

第四系覆盖层厚度23～36m，河床北侧最薄8.5m。

基岩为白垩系上统宣南组紫红色粉细砂岩夹疏松砂岩、粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩和杂色砾岩，其中杂色砾岩为较软岩、粉细砂岩为软质岩，其余为极软岩。

桥位处基岩构造变形较微，桥位未见断层，裂隙也少见，岩体完整。

极软岩承载力很低，北侧河床冲刷和北侧岸坡稳定对桥基稳定的影响，是桥位的主要工程地质问题。

主桥范围均为负地形，高程－0.36m～－6.74m，最低－24m。

极软层-疏松砂岩和极软层-粘土质粉砂岩对主桥各墩位影响较小。

作为墩基桩端持力层的粉细砂岩，在主桥各墩位占82～92%，以北主塔墩含量最高，主桥各桥墩基础岩体工程地质条件总体来说较好。

项目区内岩、土物理力学指标见下表：

桥位各主要岩石力学指标值

地层

岩石名称

风化

程度

天然单轴抗压强度（Mpa）

容许承载力

[б0]

钻孔桩周土

极限摩阻力τi

备注

（Kpa）

（Kpa）

K2Χ

粘土质粉砂岩

微—新鲜

3.77

600

130

粉砂质粘土岩

微—新鲜

3.66

400

100

砂岩

微—新鲜

12.14

1600

200

疏松砂岩

微—新鲜

0.71

300

100

桥位各主要土层力学指标值

层号

土层名称

物理状态

容许承载力[б0]

钻孔桩周土

极限摩阻力τi

孔隙比

液性指数

砂土密实程度

粘性土状态

е

ΙL

（Kpa）

（Kpa）

Ⅱ2

粉质轻亚粘土

0.907

0.49

可塑

120

40

Ⅱ3

淤泥质粉质轻亚粘土

1.260

1.15

流塑

70

20

Ⅱ4

淤泥质亚砂土夹粉土

0.973

0.953

软塑

80

20

Ⅱ5

粉质轻亚粘土及重亚粘土

0.737

0.55

可塑

280

50

Ⅲ1

粉质轻亚粘土

0.715

0.24

硬塑

300

70

Ⅲ2

粉质亚砂土夹粉土、粉细砂

0.787

0.51

可塑

250

65

Ⅲ3

砂砾石

中密—密实

400

110

桥位区位于地震烈度Ⅵ度区内。

第一部分4#主墩施工

第一章锚锭系统

钢围堰的稳定、就位和纠扭主要靠锚定系统完成，4#墩墩位处枯水期水深就在20米左右，（2001年11月2日实测泥面标高-13.00米，水位+7.3米。

）属深水钢围堰施工，受力非常复杂，施工难度较大，且施工船舶受通航影响，桥位上游约500米处有过江光缆，锚定系统抛锚必须避开光缆区域。

经与有关航道管理部门的协商，已经划分出明确的抛锚区和禁航区，详见附图01。

第一节锚碇系统的设计计算

一、基本质料：

㈠、设计依据的资料：

1.安庆长江公路大桥施工图设计；

2.安庆长江公路大桥招标文件和《参考资料》；

㈡、气象

①常年主导风向：

东北风；

②风速：

多年最大20m/s;瞬间极大24.2m/s;

③基本风压：

按24.2m/s计；

㈢、水文：

1.水位：

安庆水位站逐月水位平均值表（黄海高程：

m）

月份

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

最高

4.30

4.66

6.45

8.80

10.83

12.19

13.05

12.47

11.74

10.95

9.01

6.42

最低

3.18

3.10

3.95

5.61

8.15

9.61

11.01

10.74

10.10

8.78

6.24

3.99

平均

3.61

3.84

5.21

7.06

9.59

10.85

12.28

11.76

11.21

10.09

7.75

5.04

施工水位按12月份平均水位+5.0计。

2.流速与流向：

桥位处水流流速中水期为：

0.91-1.31m/s流向与桥轴线法线方向夹角为左4°～右7.8°；洪水期桥位处流速1.83-2.3m/s，水流方向与桥轴线法线方向夹角为左0°～右7.5°；

㈣、工程地质：

1.4#墩泥面高程：

-13.0～-16.8米

2.覆盖层厚度：

-43.0～-16.8米，厚约27米；

二、计算所用参数的选定：

按照工程进度计划安排，从首节钢围堰入水到封底，施工期从2001年11月到2002年4月，为确保安全，参数选取均按最不利情况考虑，围堰着床在12月，流速选定为中水期流速的上限流速1.31m/s，另考虑到围堰入水后减小河床断面引起流速增大，同时围堰周围产生涡流和吸力也可能引起流速增大，故分别取1.1倍的流速增大系数；流向夹角取最不利值7.8°，冲刷深度按6米考虑（着床），钢围堰露出水的最大高度按8（6+2）米计；基本风荷载W0=0.5KN/m2。

综合上述所得计算参数如下：

①水位5.0米

②流速：

V=1.31×1.1×1.1m/s=1.6m/s

③流向：

7.8°

④墩位泥面高程：

-16.0米

⑤覆盖层厚度：

27米

⑥钢围堰着床时刃脚高程：

-22.0米

⑦钢围堰露出水面高度：

8.0米

⑧基本风压：

W0=0.5KN/m2

⑨定位船尺寸（长×宽×高）：

44.8m×9m×2.1m

⑩定位船负载吃水深度：

1.1m

⑾导向船尺寸（长×宽×高）：

45m×9m×2.0m

⑿导向船负载吃水深度：

1.1m

⒀钢围堰外径：

φ32m

三、锚锭系统所需外力计算：

作用于锚锭系统的外力主要有钢围堰、定位船、导向船和导向船旁工作船组的水阻力、风阻力，现分别计算如下：

1、动水阻力：

根据《公路桥涵设计规范》知：

R1=KγAV2/2g

式中：

K：

水流阻力系数，圆形取0.8

γ：

水容重，取10KN/m2

A：

围堰入水部分在垂直于水流平面上的投影面积

A=32×（22+5）=864m2

V:

计算流速，取1.6m/s

g:

重力加速度，取10m/s2

这样，R1=0.8×10×864×1.62/（2×10）=885KN

2、围堰风阻力：

根据《规范》知：

R2=KKZW0F=128KN

式中：

K：

风载体形系数取1.0

KZ：

风压高度变化系数，偏大取1.0

W0:

基本风压，W0=0.5KN/m2

F:

挡风面积，F=32×（6+2）=256m2

3、施工船组水流阻力：

根据《规范》和有关质料知：

R3=（fSV2+ΨA1V2）×10-2（KN）

式中：

S：

船泊浸水面积，S=L（10T+B）=5018m2

f：

为铁驳摩阻力系数取0.17

L：

为船舶长度按44.8m计

T：

吃水深，按最大吃水深1.0m

B：

船宽综合考虑按100m

Ψ：

阻力系数，方船头按10.0取

A1：

船舶垂直水流方向的投影面积

A1=T·B=120m2

则R3=52.6（KN）

4、作业船组所受风阻力：

R4=KKZW0F

式中：

K：

风载体形系数取1.0

KZ：

风压高度变化系数，偏大取1.0

W0：

基本风压，W0=0.5KN/m2

F:

挡风面积，取F=3×100=300m2

则R4=150KN

综上所述可知，锚锭系统所受最不利外力组合为：

R总=R1+R2+R3+R4=885+128+53.6+150=1215.6KN

四、主锚个数的计算：

根据以往施工经验及施工实际情况，拟采用混凝土蛙式锚，混凝土蛙式锚锚着力按下列公式计算：

根据公路施工手册《桥涵》上册：

对于钢筋混凝土锚，河床覆盖层砂土时：

W=（1∽1.5）R/10

式中：

W为混凝土蛙锚在空气中重量，t；

R为锚的总拉力，单位KN，取K=1.2；

则每个锚可提供的锚着力为：

R=45×10/1.2=375KN

故所需主锚个数为：

N=1215.6/375=3.24个

为安全计，取6个45吨蛙式钢筋混凝土锚块。

每个锚受力：

1215.6/6=202.6KN

202.6/375=54%即主锚锚力只达到可提供锚力的54%。

五、锚链计算：

根据公路施工手册《桥涵》上册：

对于有档锚链，锚链直径

d=√PK/0.025（mm）

式中：

K为安全系数，取K=3

P为锚的拉力，取P=20.26t

则:

d=49mm

按镇江锚链厂产品试验负荷表中提供数据，按3.0的安全系数考虑选用ф54的M2级有挡链作为主锚锚链，每个主锚配3节25米长锚链。

六、钢丝绳选择：

锚绳系用钢丝绳与锚链联结，锚链平躺在河床上，考虑到有过江光缆影响，锚绳长度受一定限制，按每个主锚配75米锚链，联结300米钢丝绳，本工程选用6×19-43-1700钢丝绳，其安全系数

K=1190/203=5.9符合要求。

七．钢围堰下拉揽计算：

钢围堰拟设两层布置。

第一层设在刃脚以上5米处，拉力为Rb1。

距离转动轴心为hb1。

第二层设在刃脚以上14m处，拉力为Rb2，距离转动轴心为hb2。

转动轴心在导向架位置附近，按水面位置考虑。

钢围堰水阻力R1作用中心取水面以下钢围堰高度1/3位置处。

风荷载R2作用在水面以上钢围堰高度1/2位置处，则：

h1=（5+22）/3=9m

hb1=（5+22）-5=22m

h2=8/2=4m

hb2=（5+22）-14=13m

由Rb1/Rb2=hb1/hb2

得Rb2=Rb1×hb2/hb1……①

对转动轴心取矩：

则有:

Rb1·hb1+Rb2·hb2=R1h1+R2h2……②

得Rb1·hb1+hb22/hb1·Rb1=R1h1+R2h2

Rb1=（R1h1+R2h2）/（hb12+hb22）·hb1=229KN

Rb2=165KN

采用6×19-43-1700钢丝绳

第二层拉缆k=α（Fg/Rb2）=0.82（1190/165）=5.9

第一层拉缆k=α（Fg/Rb1）=0.82（1190/229）=4.26

满足[k]=3～6之间，故该型钢丝绳为下层拉缆是安全的。

第二节锚碇系统的组成

桥位处水流方向与桥轴线夹角接近90°，故锚碇系统按墩轴线南北对称布置。

锚碇系统主要包括定位船、导向船及锚碇设施。

锚碇系统平面总体布置见附图-02。

1．定位船：

定位船主要作用是导向船拉缆及钢围堰下拉缆传来的力传给主锚系统，并调节导向船和钢围堰上、下游方向和位置以及使各锚受力均匀。

根据定位船的受力特点，采用380吨加长方驳改造而成，船长42.5米，型宽9米，型深2.6米，空载吃水0.38米，重载吃水2.1米，甲板承载力4t/m2。

上设拉力架承受水平力而不致使船体受力，拉力架设于船体中部，按最大受力200吨设计。

其上安装卷扬机用于所有锚缆连接收紧，主锚定位后除非水位变化过大，一般不需大幅度调整主锚。

定位船总体布置见附图-03。

定位船设置包括以下系统：

⑴主锚系统：

定位船主锚6个，锚块为45吨混凝土蛙式锚块，锚块结构及配筋分别见附图04、05。

锚链按镇江锚链厂产品试验负荷表中提供数据，按5.0的安全系数考虑选用Φ54的M2级有挡链作为主锚锚链，每个锚块配3节27.5米长锚链。

钢丝绳按一个主锚受力为30t计，查钢丝绳性能表得选用6×19-43-1700钢丝绳，其安全系数大于4.0。

⑵拉缆系统：

由4根6×19-43-1700钢丝绳拉缆固定装置和调缆设施组成，用以调整与导向船的相对位置，使导向船精确定位；

⑶下拉缆系统：

由2根拉缆固定装置和调缆设施组成，以调节围堰上下游方向的垂直状态，详见附图06；

⑷边锚系统：

边锚主要作用是调节定位船平行于桥轴线的南北方向位置，抵抗主锚的不平衡水平分力，在定位船两侧各设置2个混凝土锚，每个钢筋混凝土蛙式锚块重30t,每个锚配2节50米长锚链。

⑸卷扬设备：

设4台5吨卷扬机作为定位船上各调缆的动力车，每台卷扬机均设有量程100KN的测力计，以便测定每根锚缆的拉力。

⑹拉力架：

承受定位船工作负荷而不使拉力直接作用于船体，船头主锚拉力和船尾各拉揽形成对拉平衡。

2.导向船的布置：

导向船两艘，根据围堰大小及受力情况采用250吨方驳，船长44.8米，型宽9米，型深1.82米，空载吃水0.4米，重载吃水1.1米，甲板承载力4t/m2。

导向船侧锚4个45吨混凝土蛙式锚块。

两艘方驳通过桁架连接成双船体，主要作用为围堰的安装、定位、导向、下沉等的工作平台。

导向船布置结构见附图07。

导向船上设有各种拉缆及其调节系统，其中联结梁系统由多层万能杆件桁架组装而成，上、下游侧万能杆件拼装成的桁架断面尺寸均为2m×4m，详见附图08、09。

在联结梁与围堰接触点处设有橡胶护舷。

橡胶护舷作为钢围堰下沉的导向架，同时可避免钢围堰对船只的直接碰撞。

橡胶护舷导向架见附图10。

导向船本身的定位系统由两组缆绳系统组成，其一由4根缆绳与定位船相联，其二由2个前边锚和2个45°方向尾锚组成，构成自身定位移动系统，导向船上4个锚块均为45吨混凝土蛙式锚块。

导向船上设置的主要设备有：

⑴与定位船相联的拉缆系统，由双柱缆桩、导缆转盘以及水平导缆滚筒组成，共计两套。

⑵边锚缆调缆系统，由双滚子导缆钳、四轮滑车组、拉力架、调节索及相配套的钢丝绳、眼板、卸扣等共4套。

⑶尾锚缆调缆系统设备同边锚缆共2套。

⑷钢围堰纠扭系统，用于纠正钢围堰在定位安装过程中可能产生的转动偏差，由四轮滑车、拉力架及相配套的钢丝绳、卸扣组成，共4套。

⑸绞车系统：

每条船均设有2台500KN卷扬机，用于全船调缆系统的动力供应。

同样每台卷扬机均设有量程100KN测力计。

⑹联接梁系统：

两条导向船由万能杆件和钢管构成的桁架联结成整体。

第三节锚碇系统的施工工艺流程

一、

参考同类桥型的施工经验，并结合本工程的特点，拟定抛锚施工工艺流程如下：

第四节锚碇系统的施工

1．施工测量：

由于抛锚区靠近光缆区域和主航道，经与有关航道管理部门的协商，已经划分出明确的施工区和抛锚区，（见附图01）固抛锚时必须按预定的位置抛设。

测量定位在大桥测量控制网的基础上建立测量基线，并设置一些临时控制点，在岸上布置两台全站仪，采用前交会法定位。

各锚块的坐标已计算出来，由于水深较深，11月中旬抛锚水深约20米左右，锚块在下沉过程中由于水流的冲击会使锚块向下游移动一段距离，故锚块抛设位置应比设计位置向上游抢一定距离，各锚点的抢位情况如下：

导向船尾八字锚10#，11#向上游抢10米，其余锚块均向上游抢20米。

抢位后的坐标见附图02。

2.抛锚施工:

（1）施工准备:

抛锚施工应座好以下工作：

a．锚块起吊钢丝绳准备就位;

b．锚块放到送锚船上;

c．锚块与锚链用配套卸扣联起来;

d．锚块整体摆放在送锚船上，以便于下放;

e．拉缆钢丝绳与锚链用相应夹子联结好;

f．准备足够数量配套的夹子，扳手以及短扣等起重常用工具；

g．对所有锚链、锚缆、卸扣和卷扬机及其联结情况进行全面检查；

h．各项工作指定专人负责，由总指挥协调调动。

（2）抛锚:

作好充分准备工作后开始抛锚。

用拖轮将120吨浮吊拖至锚位处，送锚船靠近起重船，起重船吊起锚块，注意用钢丝绳将锚链打住，防止锚链随锚块入水成堆。

慢慢调整锚块位置，测量进行观测，达到锚位施工坐标后，拖轮稳住起重船，开始下放锚块,锚链也跟着慢慢下放。

锚块到达泥面后，取下起重绳，拖轮拖住起重船向定位船移动，边移边下放锚链，锚链逐节下江，防止在江底成堆。

锚链放完后放锚缆，直到带缆到定位船。

（3）定位船定位，理顺边缆，调直。

定位船主锚、边锚全部抛完后，可左右对拉边缆，调直理顺边缆，实现定位船南北方向定位。

定位船边缆对拉调直、南北方向就位后，可适当收紧主锚缆，六根主锚缆上设有六个100KN测力计，可测出滑轮组单根钢丝绳拉力，从而计算出主锚拉力。

调整主锚拉力时要力求个缆绳拉力基本相同。

（4）导向船就位：