常泰大桥水中沉井的关键技术

常泰长江大桥不仅是世界上跨度最大的斜拉桥和首座“三位一体”的过江通道,其主航道斜拉桥主塔采用世界首创台阶型抗冲刷沉井基础型式,也是世界上尺寸最大的水中沉井基础,其建设面临诸多难题。本文以5号墩主塔沉井基础为例,介绍常泰长江大桥超大深水台阶型沉井基础施工中面临的关键技术问题。

超大型水中沉井下沉阻力研究

超大型水中沉井下沉期间存在难沉、倾斜、翻砂突沉等一系列问题。为实现沉井可控、高效下沉,准确计算下沉阻力是关键。然而,土层的极限侧摩阻力和地基极限承载力的取值往往依赖于经验,缺乏理论支撑。文中利用有限元极限分析方法和理论公式分别对沉井地基极限承载力、极限侧摩阻力进行计算,并与CPTU静力触探结果进行对比分析。结果表明:有限元极限分析方法计算地基极限承载力和理论计算的极限侧摩阻力与静力触探试验推算值基本吻合,初步验证了计算方法的合理性,为沉井下沉阻力的确定提供了理论支撑。

远岸大型水中钢壳沉井下沉定位测量控制

以常泰长江大桥5#墩首节钢壳沉井下沉定位施工为背景,针对大型钢壳沉井在远离堤岸的深水流域以及水文气象条件复杂的外部环境下,面临测量基点布设困难、全站仪无法满足需求的情况下,为保证测量精度、下沉质量和整体施工进度,采用GNSS RTK的测量方法来实现对沉井姿态的连续监测,并最终实现了大型水中钢壳沉井高精度定位着床。同时,总结了特大型钢壳沉井在远离堤岸的水域下沉定位施工测量过程中需要注意的事项,为类似工程的沉井下沉定位测量提供参考和借鉴。

特大型水中沉井基础局部冲刷模型试验研究

泰州大桥中塔采用了目前我国最大规模的水中沉井基础,浮运沉井施工过程中,由于沉井、水流、泥沙三者的相互作用,将会产生浮运沉井施工期冲刷,进而影响沉井施工,准确地了解沉井下沉过程中的局部冲刷深度具有重要的工程意义和实用价值。通过河工模型试验分析了大型水中深井下沉过程中的局部冲刷情况,并提出了相应的计算公式。施工期间对河床的局部冲刷进行了监测,监测数据表明模型试验的结果基本可靠,并根据实际局部冲刷数据,提出了有关的沉井施工建议。

桥梁大型浮运沉井施工关键技术

桥梁大型浮运沉井基础体积庞大、结构复杂,选择合理的沉井下水方式、助浮措施、定位系统对沉井安全、高效施工至关重要。以国内特大型桥梁为典型案例,分类介绍沉井下水、浮运、定位方案的特点。沉井下水方案可采用气囊法、船坞法和滑道法,气囊法可通过气囊布置的角度解决沉井转向下水的问题,船坞法及滑道法下水主要受加工场地及经济性影响较大。沉井浮运可采用底托板助浮和空气增压助浮,底托板助浮可与气囊法下水的托架一体化设计;空气增压助浮结构轻巧,其气管、阀门、气压表等设备气密性对浮运环境相对敏感。沉井定位方案可采用定位船法、锚墩法和重力锚法,定位船法的定位操作系统布置于定位船上,利用卷扬机进行收缆定位操作快捷方便;锚墩法及重力锚法可提供较大的定位力,可适用于流急、浪高、潮差大的复杂环境。

水中巨型台阶形沉井取土下沉计算分析

沉井下沉持续周期长,工况动态变化,影响因素复杂,依托常泰长江大桥中塔5号墩沉井施工,分析5号墩沉井的地质条件和冲刷状态,结合以往工程经验,通过计算5号墩沉井终沉阶段侧摩阻力和施工过程中端阻力,确定开挖下沉控制深度,计算得到沉井取土下沉过程中不同阶段的控制标高和砂质土、黏质土的开挖取土范围。针对沉井基础下沉过程中存在下沉困难的问题,制定高压旋喷预搅松、开启空气幕的助沉措施。研究成果可指导现场实际施工过程,并为类似工程提供参考。

大型沉井施工期局部冲刷模型试验及工程验证

泰州大桥中塔采用了目前我国最大规模的水中沉井基础,浮运沉井施工过程中,由于沉井、水流、泥沙三者的相互作用,将会产生浮运沉井施工期冲刷,进而影响沉井施工,准确地了解沉井下沉过程中的局部冲刷深度具有重要的工程意义和实用价值。通过河工模型试验分析大型水中深井下沉过程中的局部冲刷情况,并提出相应的计算公式。施工期间对河床的局部冲刷进行监测,监测数据表明模型试验的结果基本可靠,并根据实际局部冲刷数据,提出了有关的沉井施工建议。

泰州大桥——世界首座千米级三塔悬索桥

2007年12月开工建设的泰州大桥位于江苏省中部,连接泰州与镇江,为世界首座千米级三塔连跨悬索桥,同时中塔采用世界首个纵向人字型钢塔,中塔基础采用世界上入土最深的水中沉井基础。为了建造这项宏伟的工程,针对众多技术挑战,建设者采取了一系列的创新技术:三塔悬索桥的设计技术,江中大型深井的定位着床、封底技术,人字型钢中塔的钢混结合连接技术、超厚钢板的焊接加工技术以及钢中塔异型节段的精确加工与控制技术等。