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米乐m6网页:强基固本 方可从容跨越——杭州湾跨海铁路大桥海中引桥下部结构设计

发布时间:2024-05-04 05:44:44 来源:米乐m6网页 【 字号:  

  杭州湾跨海铁路大桥为双线无砟轨道高速铁路,海中引桥长约17.9km,采用80m跨预应力混凝土连续梁。桥址区建设条件复杂,结合地质条件、结构受力、施工便捷、经济性等因素对钻孔桩基础和钢管桩基础方案、预制墩身与现浇墩身方案做综合比选,最终推荐钢管打入桩基础+墩身、承台现浇方案。海中引桥基础采用直径1.8~2.2m的大直径钢管打入桩基础,按摩桩设计,桩长84~98m;承台为圆形,承台顶面位于海床面以下,阻水率超低;墩身采用现浇等截面空心墩,耐久性好。

  新建南通至宁波高速铁路在嘉兴和宁波之间采用桥梁方式跨越杭州湾,跨海大桥总长约29.2km,设计速度350km/h,为双线无砟轨道高速铁路。大桥设置有3座通航孔桥,海中引桥长约17.9km,采用80m跨预应力混凝土连续梁,共10联。其中中航道桥以南共7联,里程范围:DK182+757.55~DK188+397.55、DK189+212.05~DK196+172.05。墩号:86~156、163~251号墩。

  中航道桥与南航道桥之间共3联,联长均为1880m,跨度布置为(60+22×80+60)m。

  南航道桥与滩地引桥之间共4联:第1~3联联长1720m,跨度布置为(60+20×80+60)m;第4联联长1800m,跨度布置为(60+21×80+60)m。

  主梁采用单箱单室混凝土箱梁,一联中间7个桥墩设置柱面摩擦摆减隔震支座,其中中间三个支座纵向固定(静力工况);其余桥墩均设置普通球形支座。

  长联预应力混凝土连续梁采用先简支后连续、整孔预制架设施工。墩身及承台采用现浇施工,基础采用钢管打入桩基础。

  杭州湾位于钱塘江与东海衔接部位,为典型“喇叭状海湾”,纵长约100km,宽度从出湾口处100km向西到湾顶处缩狭到仅20余公里。

  本工程所在的场区总体属冲、海相地貌,海床面较为平坦,海床高程在-4~-11m,宁波(慈溪)侧有近7km滩涂,滩涂高程-0.5~2.5m。

  杭州湾地处30°N附近的我国东部沿海地区,属典型的亚热带季风气候区,四季分明,季风显著。杭州湾海域为喇叭状地形,是强潮海湾,潮大流急,水域含沙量较多;遇台风袭击时伴随大风、大浪及大量增水。

  气温:年平均气温16~18℃,极端最高气温40.8℃、极端最冷气温-10.8℃。

  降雨量:工程区域内年平均降水量在1245mm~1525mm之间。降水大多分布在在6月的梅汛期和8月~9月的台汛期。

  风:区域内全年以西北风和偏东风为主导风向。大桥10m高处100年一遇设计基本风速Vs10=40.6m/s;地面粗糙度系数α取0.12。

  综合考虑对钱塘江涌潮及防洪的影响,对秦山核电站取排水口的影响,以及对杭州湾国家湿地公园的影响,跨海大桥承台均放置在海床面以下。

  结合海域建设条件,海中引桥可采用的基础形式有钻孔灌注桩基础和钢管打入桩基础。海中引桥墩高17.5~56m,其中25m以下墩高占比47.1%,为便于结构方案比选,选取墩高为25m进行下部结构基础形式比选。

  钻孔灌注桩方案采用12Φ1.8m桩基础(桩顶设Φ2.1m钢护筒),为摩擦桩,行列式布置,桩间距4.5m,桩长111m。承台平面尺寸16.9×12.4m(横桥向×纵桥向),厚3.5m。

  钢管桩方案采用12Φ1.8m钢管桩,壁厚20mm,桩长87m,为摩擦桩,钢管桩斜率为5:1。承台平面尺寸13.2×10m(横桥向×纵桥向),厚4m。

  通过表1比选可知,钢管打入桩基础造价经济,施工现场作业量小,施工速度快,对桥址区深厚淤泥质土、浅层气影响适应度高,因此推荐采用钢管打入桩基础。

  水中基础常见的承台桩基有矩形倒圆角形、圆端形、圆形三种布置形式,现以25m墩高进行承台桩基布置形式比选。

  矩形倒圆角形、圆端形、圆形三种布置形式均采用12Φ1.8m钢管桩,3种桩基承台平面布置见图3。

  通过上表比选可知,三种承台桩基布置形式经济性差异不大,鉴于杭州湾为强潮海湾,潮大流急,全埋置式承台围堰施工时面临冲刷深,围堰内外水头差大等坏因,承台呈圆形布置可明显降低围堰设计及施工难度。故推荐采取了圆形布置方案。

  海中引桥长约17.9km,海上作业条件差,桥墩数量多,桥墩实施工程的方案对大桥的实施工程质量、施工工期、工程建设价格有着重要影响。

  桥墩的施工方法主要有现浇和预制拼装两种。现浇墩身施工便捷简单,施工流程为:承台上预埋墩身钢筋,绑扎墩身钢筋,立模,浇筑墩身混凝土,但本桥桥址处海域宽阔,环境恶劣,墩身现浇施工很难。墩身预制拼装充分的利用大型施工设备,可明显降低施工工期,减小海上作业,体现“大型化、标准化、工厂化和装配化”理念。但预制拼装施工工艺技术要求高,尤其是在墩身接缝处,一定要采用严密的封闭措施,确保接缝处结构的耐久性。

  海中引桥墩高17.5m~56m,为减少海上作业时间,墩身预制尽可能一次预制安装好,对于墩高较高桥墩,分节段预制安装,墩身预制方案原则如下:

  ①预制墩身节段为保证运输安全可靠性,节段高度≤23m。墩高≤23m整体预制安装,墩高>23m,分2~3节预制。

  基于以上原则,预制墩身为圆端形等截面空心薄壁墩,墩高≤23m;外截面尺寸8.6×3.6m,壁厚70cm,墩帽顶平面尺寸10.2×5.2m;墩身节段之间以及墩身与承台之间的连接均采用自锁式预应力连接;为增强墩底截面有效预应力,墩底与承台连接部位无倒角与实体段过渡。

  现浇墩身为圆端形空心薄壁墩,墩高≤23m,外截面尺寸8.6×3.6m,壁厚70cm,墩帽顶平面尺寸10.2×5.2m。为避免承台基础上首节墩身不有裂缝,在设计上考虑在墩底与承台连接位置设置2m厚实心段,并设置尺寸0.5×1.2m的倒角慢慢地过渡到空心段。现浇墩身施工较简单,工序为承台上预埋墩身钢筋,绑扎墩身钢筋网,立模,浇筑墩身混凝土。

  现浇墩身方案施工工艺成熟,结构耐久性好,工程投资低,经济性好。但工人作业条件较差,安全风险较高。采用自锁式预应力钢绞线,墩身无须增加额外构造,预应力施工便捷简单,工作效率高,与现浇方案相比,可有效缩短工期,但此方案接缝位置处结构的耐久性尚需进一步论证。考虑以上因素,结合初步设计审查意见,本项目采用现浇墩身方案。

  (1)根据地质条件及受力不同,桩基与承台共6种类型,其中第6类承台适用于在140~141号墩设置海中四电平台与主线桥梁共基础。

  其余墩位直径1.8m、2.0m的钢管桩壁厚自桩顶以下25m壁厚22mm,其余壁厚20mm;直径2.2m的钢管桩壁厚自桩顶以下25m壁厚24mm,其余壁厚22mm。

  (3)钢管桩为开口桩,材质为Q355C低合金钢,钢管桩伸入承台1.5m。钢管桩防腐均采用涂层与阴极保护联合防护的方式。

  海中引桥桥墩高度范围17.5m~56m,采用等截面圆端形空心墩,墩底设置2m实体段与承台连接,墩顶设置3.5m厚实体墩帽。在船舶可能的撞击区域沿顺桥向设置0.3m厚的隔墙,增强空心墩的抗船舶撞击性能。根据墩高及墩顶支座类型不同,桥墩分为A、B、C、D类。

  桥址位于杭州湾海域,具有氯盐侵蚀、化学侵蚀和盐类结晶破坏的特点,为确保工程设计寿命不小于100年,进行结构耐久性设计。

  根据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB 10005-2010)对环境类别的评价标准,桥址环境的作用等级规划区分如表6。

  其他耐久性指标按照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》(TB 10005-2010)执行。

  钢管桩采用高性能涂层+牺牲阳极的联合防腐方案,满足抗海水腐蚀、抗泥沙冲刷、抗海生物附着、抗紫外线辐射等,具备优秀能力的防腐性能。

  (2)承台底以下的6m范围内采用总厚度≥1000μm高性能增强纤维熔结环氧粉末涂层防腐,其中底层环氧粉末涂层厚度≥300μm,面层涂层厚度≥300μm,增强纤维包覆层厚度≥400μm。

  (3)其余水下区范围内采用总厚度≥650μm高性能加强级双层熔结环氧粉末涂层防腐,其中底层厚度≥350μm,面层厚度≥300μm。

  (4)泥下区采用总厚度≥450μm高性能普通双层磨砂型熔结环氧粉末涂层防腐(主要增加钢管桩涂层表面摩擦力),其中底层厚度≥350μm,面层磨砂型涂层厚度≥100μm,整体涂层表面磨砂度要求为:≥70μm。

  本工程选用高效的铝-锌-铟-镁-钛合金牺牲阳极,钢管桩铝合金牺牲阳极阴极保护寿命设计为50年;为保证整体使用年数的限制达到100年,需在第51年进行阳极更换。

  通甬高速铁路杭州湾跨海大桥海中引桥基础顶面位于海床面以下,阻水率超低,对钱塘江涌潮、防洪影响小;基础采用打入钢管桩基础,对桥址区深厚淤泥质土、浅层气影响适应度高,经济、环保;墩身及承台采用现浇施工,结构耐久性好。

  杭州湾跨海大桥于2022年11月底开工建设,计划于2027年12月建成通车。大桥的建成将对我国跨海大桥的基础设计及施工积累宝贵的经验。


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