常泰长江大桥主航道桥6#墩沉井定位方案及创新技术研究

常泰长江大桥主航道桥6#墩采用超大台阶型钢沉井基础,为解决超大型钢沉井快速定位、精确着床的难题,该沉井定位系统创新采用“锚墩+大抓力锚”相结合的方式,整个定位系统由锚墩、大抓力锚、大直径钢丝绳、液压连续千斤顶及智能张拉控制系统组成,边锚采用大抓力锚,同时应用了大抓力锚防走锚技术和缆绳快速安装技术。

常泰长江大桥天星洲专用航道桥起始节间架设方案研究

常泰长江大桥天星洲专用航道桥为钢桁梁拱桥,起始节间架设采用桥位现场散件拼装施工,施工难度大,加之本项目自身特有的地形复杂、安装高差大、单根杆件重量大等不利因素,加剧了起始节间施工难度。重点介绍了天星洲专用航道桥0号墩起始节间施工方案的形成过程,为后续类似工程提供借鉴。

超大沉井基础设计及下沉方法研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1 176m公铁合建斜拉桥,通过技术经济综合比选,桥塔基础采用沉井方案。针对超大型沉井基础截面尺寸大、自重重、入土深等问题,提出了减自重、减冲刷的新型台阶型沉井基础方案,通过模型试验及数值分析确定了沉井相关设计参数,并基于地基中土体的三维应力状态和摩尔-库伦强度破坏准则,建立了深大基础三维地基承载力计算表达式。沉井基础成功实施的关键是可控的取土下沉措施,研究了超大型沉井下沉机理,探明随着沉井平面尺度的不断增大,端阻力与井壁侧摩阻力相比逐渐成为控制因素,沉井下沉施工必须进行盲区取土。通过对沉井刃脚下土体破坏形态的研究,提出土体破坏的临界宽度控制法和台阶式取土法,可为沉井下沉施工提供指导。

超大跨度公铁两用斜拉桥结构体系研究

为了寻求超大跨度公铁两用斜拉桥结构受力最优的结构体系,以常泰长江大桥主跨1176 m公铁两用斜拉桥为工程背景,在设计中研究了常用结构体系在纵向风荷载、温度荷载、活载、制动力及地震等作用下的结构力学行为。针对超大跨度斜拉桥梁端位移大、桥塔弯矩大等主要问题,基于结构温度变形特征优化纵向荷载传力途径,提出了“温度自适应塔梁约束体系(TARS)”。该体系采用CFRP水平索连接桥塔和主梁上的温度不动点,主梁受到纵向约束的同时不会因温度变化产生较大的结构内力,可大幅降低梁端位移和塔底弯矩。与常用结构体系对比,TARS结构静、动力性能优越。

常泰长江大桥主航道桥总体设计与方案构思

常泰长江大桥是一座集成高速公路、城际铁路、普通公路三种交通运输方式的大跨度桥梁。三种交通功能在桥上采用相对独立的方式布置,最大限度地节约资源、保障安全、提升桥梁使用功能。为尽量减少桥梁建设对长江航运的影响,主航道桥采用主跨1176 m的斜拉桥跨越长江主航道。主跨1176 m的超大跨度斜拉桥建造充满技术挑战,设计中对斜拉桥结构体系、新型基础型式、新型桥塔结构及索塔锚固结构、恒载横向不对称结构行为等开展了系统研究,提出了温度自适应体系、台阶型沉井基础、空间钻石型桥塔、钢箱-核芯混凝土组合结构,较好地解决了超大跨度桥梁的建设难题。

常泰长江大桥主航道桥结构体系及钢梁设计

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m的公铁两用斜拉桥,上层为高速公路,下层为城际铁路与普通公路(采用非对称布置)。该桥首次采用温度自适应塔梁纵向约束体系,该体系采用塔梁分离、塔墩固结形式,塔梁之间设置支座和纵向阻尼器,有利于降低梁端位移和桥塔内力;辅助墩采用压重+锚索方案,以消除活载负反力。主梁采用N形桁式两主桁钢桁梁结构,桁宽35 m,有利于控制偏载对结构线形的影响,主桁及桥面系构件采用Q500qE、Q420qE、Q370qE钢;主桁上、下弦杆件采用箱形截面,腹杆采用箱形、H形或王字形截面;主桁节点处设置组合式横梁;上层桥面采用纵横梁体系正交异性桥面板,与主桁形成板桁组合结构;下层桥面采用整体钢箱桥面,与主桁形成箱桁组合结构;索梁锚固采用双腹拉板式钢锚箱结构。整体结构及桥面系局部分析结果表明,结构设计满足规范要求。

常泰长江大桥桥跨布置方案研究

为确定常泰长江大桥合理的桥跨布置方案,对桥位处的河床演变进行分析与预测,综合考虑工程河段河道条件、航道条件及通航环境等因素,分析论证大桥的通航孔布置及墩位布设方案。经分析论证,最终桥位跨长江主航道采用主跨1176m、边跨490m的桥型方案;天星洲左汊及录安洲右汊采用主跨388m、边跨168m的桥型方案。所采用的方案通航孔均基本覆盖了历年航道变化及通航水域范围,对12.5m深水航道及专用航道布置,以及对船舶通航、相邻码头运行、岸坡及天星洲尾部低滩稳定的影响均相对较小;且失控船舶碰撞桥墩的概率较小,危险程度较低。

河床预开挖下超大型沉井基础局部冲刷试验研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建双塔双索面斜拉桥,桥塔墩采用超大圆端形截面台阶型沉井结构(下端平面尺寸95 m×57.8 m,高72 m,台阶宽9 m),沉井基础采用河床预开挖下沉施工方案。为确定河床预开挖宽度、深度及该方案实施后需采取的防护措施,采用水槽局部冲刷及防护模型试验,分析河床不同预开挖深度、宽度下的超大沉井基础局部冲刷特性以及抛石防护效果,并从减少沉井周边局部冲刷的角度提出了最优河床预开挖方案和抛石防护方案。结果表明:随河床开挖深度增加,沉井周边局部冲刷呈递减趋势;随河床开挖宽度增加,沉井周边局部冲刷呈递增趋势,增幅随流速增大呈先增加后减小趋势,流速越大开挖宽度的影响越小;开挖深度为0.6h(h为开挖前水深)、开挖宽度为(1.1~1.2)D(D为沉井迎水侧阻水宽度)最为合理;在河床预开挖的基础上对沉井周边进行抛石防护,防护方案实施便利、效果明显。现场监测结果表明:在2020年度大洪水作用下,沉井基础周边河床冲刷幅度较小,且与模型试验结果相符。

常泰长江大桥景观设计

常泰长江大桥为高速公路、普通公路、铁路"三位一体"的公铁两用跨江大桥,连接常州、泰兴两座城市。综合考虑区域环境、文化背景、相关桥梁等因素,确定了该桥"平安如意,常享通泰"的景观主题。通过塔型比选,推荐采用空间钻石型桥塔。对桥塔细部构造进行景观造型设计,综合比较结构受力和景观效果,中、下塔柱采用正八边形截面,上塔柱采用非正八边形截面;塔顶采用镂空尖顶造型;中、上塔柱合拢处采用卯榫结构造型。桥墩采用直墩身和弧形元素的横梁与桥塔造型相呼应。通过综合比较,专用航道桥拱高与矢高组合推荐采用比例最为适中的11m+55m。桥梁色彩选用珍珠白、珍珠灰、纯白色和混凝土本色,淡雅醒目而又融入环境。

常泰长江大桥主航道桥桥塔基础选型研究

常泰长江大桥主航道桥为主跨1176 m公铁合建斜拉桥,桥塔基础采用沉井方案。为降低沉井自重和减少桥墩局部冲刷,采用理论分析、数值模拟与水槽冲刷试验相结合的方式对沉井基础型式进行研究。结果表明:在圆端形、梭形及矩形3种截面型式的沉井中,圆端形截面沉井的水流阻力系数最小;台阶型沉井相比传统沉井可以削弱墩前向下旋辊及减小墩侧高流速区的范围;台阶型沉井台阶宽9.0~10.0 m、台阶顶埋深位于0.6 H(H为沉井周边水深)处、挡墙高度为0.15 H时,可以起到较好的减冲刷防护效果。根据研究结果最终确定该桥采用圆端形截面台阶型沉井基础,其底面尺寸为95.0 m×57.8 m(横桥向×顺桥向),圆端半径28.9 m,台阶宽9.0 m,埋置在床面以下0.6 H处,台阶顶构造采用直角挡墙方案(挡墙高约4 m)。

特大型钢沉井浮运封舱板结构设计研究

钢沉井因自重较大,通常需要借助助浮结构浮运至桥位进行后续施工。目前的封顶式助浮结构对气密性要求很高,而整体封底式助浮结构存在整体拆除困难等显著缺点。为了解决这些问题,提出一种拆卸方便、加工精度高、吃水深度可调节的分舱封底式助浮封舱板结构。依托常泰长江大桥5号墩沉井项目,详细介绍了该分舱封底式助浮封舱板的结构及施工方案。在此基础上,采用有限元分析方法对封舱板在不同工况下的强度与刚度进行了模拟计算,验证了此结构的可行性和合理性。本结构的应用圆满完成了常泰长江大桥5号墩沉井的浮运任务,并在拆除后作为施工平台使用,成功节省了成本及工期,为钢沉井浮运施工技术的优化设计提供了一种新思路。

超大沉井基础施工控制智能感知系统设计研究

依托常泰长江大桥主航道桥主塔沉井基础,为该沉井基础施工全过程实现“可测、可视、可控”的主动控制目标,针对沉井基础下沉机理、控制方法、各阶段控制重点及分析评估系统进行细致研究。以常泰长江大桥主塔沉井基础主体结构为载体,通过BIM技术将传感器数据、三维地层情况与结构主体进行融合,设计并搭建一套具有直观展示、数据关联、分析研判及辅助决策等功能为一体的超大沉井基础施工控制智能感知系统(IPS)。该套系统可以为有限元的正向理论计算提供对应工况的全套实测数据以便进行反演;通过土压力计一方面对沉井结构动态支撑条件进行探明,另一方面可以对施工过程中力的转移进行实时监测,最后还可以对突沉、翻砂涌土进行预警,实现沉井基础施工全过程的主动控制。通过总结该套系统设计研究过程的主要成果,为后续沉井基础施工控制与监测提供重要参考。

台阶形钢沉井外接围堰设计与施工

以常泰长江大桥钢沉井外接围堰工程实践为基础,介绍台阶形钢沉井施工过程中外接围堰设计与施工的难点与关键技术;采用大型通用有限元分析软件ANSYS对外接围堰的整个施工过程进行计算,分析钢围堰在各个工况条件下的强度及刚度。为钢沉井的施工提供了必要的安全保证。

江山市“20190606”暴雨洪水分析

2019年6月6日,浙江省江山市中西部地区遭遇特大暴雨,全市面雨量超200 mm。强降雨引发市内多条小流域山洪暴发,长台溪、新塘边溪灾情最为严重。通过调查分析,长台溪流域、新塘边溪流域6~24 h暴雨重现期分别为85 a一遇、45 a一遇,洪水重现期分别为30 a一遇、20 a一遇。

常泰长江大桥1~4号墩"先围堰后桩"与"先桩后围堰"的施工技术应用研究

常泰长江大桥1~4号墩基础是超长大直径钻孔灌注桩+深埋式承台形式,采用双壁钢套箱围堰施工深水承台。为避免在汛期高水位下进行围堰抽水作业,把4个围堰分为两两一组,通过实施“先围堰后桩”与“先桩后围堰”两种不同工艺,使4个围堰均在汛期来前完成封底抽水作业,确保了度汛安全。结合具体的工程实践,总结了两种不同工艺优缺点,为今后类似工程提供参考。

常泰长江大桥水域通航环境综合风险评价

常泰长江大桥连接常州与泰兴两市,是一座集高速公路、城际铁路与普通公路三合一的跨江桥梁,是世界上主跨跨度最大的公铁两用斜拉桥,目前处于施工期间.由于工程建设施工难度和施工工艺达到新的高度,桥位水域江面宽阔,主河槽水深流急,船舶交通流密集,施工期间桥区水域一旦发生事故,后果不堪设想.本文通过对在建常泰长江大桥桥梁水域通航环境影响因素的调研分析,构建桥梁施工期间水域通航风险综合评价模型并进行计算分析,计算结果能够客观准确地反映在建常泰长江大桥施工水域的通航风险状况,为业主施工单位及海事主管部门控制把关风险源提供科学的决策依据和参考.

常泰长江大桥普通公路江南段选线研究

常泰长江大桥是集成高速公路、普通公路、城际铁路“三位一体”的复合过江通道。江南段普通公路接线位于常州市新北区,建设条件复杂。下层普通公路承担常州和泰州两市的城市交通过江功能,道路选线的优劣直接关系到此项目过江功能的发挥。路线方案除了影响用地、城市规划外,甚至会决定跨江主桥各种交通方式的横断面布置,在过江通道选线中从未遇到。研究项目下层普通公路选线的全过程,阐述普通公路江南段选线需考虑因素。希望抛砖引玉,为未来类似项目提供借鉴。

基于集成学习的超大型沉井基础下沉倾斜程度预测

沉井基础广泛应用于各类大型构筑物建设中,其下沉倾斜程度是下沉姿态最重要的指标之一,准确预测下沉倾斜程度有利于确保沉井安全平稳下沉以及预防潜在施工风险。基于bagging和boosting两种集成学习机制,分别采用随机森林算法和XGBoost框架建立沉井下沉倾斜程度预测模型,利用沉井底部结构应力监测数据,预测下沉过程中沉井基础顺桥向高差与横桥向高差。依托常泰长江大桥主塔超大型沉井基础下沉工程,验证本文提出预测模型的可靠性。之后,将本文预测模型与其他单一机器学习算法模型进行对比,并分析模型重要参数对预测精度的影响。结果表明:本文预测模型可以准确预测沉井下沉过程中的顺桥向高差和横桥向高差,能够合理确定沉井下沉倾斜程度;本文模型的预测精度高于其他单一机器学习模型,模型运行速度快、实用性强,且模型预测精度随基学习器个数和最大树深度的增大而提高。研究成果实现沉井下沉倾斜程度实时预测,可为类似的大型沉井下沉监控提供重要参考。

超大沉井基础取土下沉端阻力变化规律研究

为合理确定超大沉井基础下沉端阻力,提出基于刃脚踏面土压力的沉井端阻力计算方法,依托常泰长江大桥主塔超大沉井基础工程,结合沉井下沉过程中刃脚土压力现场监测数据,计算得到沉井底部不同区域的端阻力,分析下沉过程中端阻力分布特征和变化规律,同时,对下沉过程中刃脚斜面与踏面土压力的比例系数(λ)进行深入研究。工程实例分析结果表明:在沉井逐渐从内井孔至外井孔的取土过程中,沉井内隔墙和内井壁端阻力总体上逐渐减小;而外井壁和外隔墙区域端阻力则表现为逐渐增加的趋势,采用本文方法确定的沉井端阻力分布特征及其随取土过程的变化规律能够真实反映沉井的整体受力形态,为沉井基础的安全下沉提供了技术保障。

基于多元结构应力特征的沉井基础下沉速度预测

沉井基础下沉速度预测对于确保沉井安全平稳下沉和预防潜在施工风险具有重要实际意义。基于沉井底部结构应力监测数据,分别采用二维卷积神经网络和三维卷积神经网络,构建沉井下沉快慢类别与沉井下沉速度值预测模型,通过提取结构应力监测数据的空间特征和时空特征,实现沉井下沉速度预测。依托常泰长江大桥主塔沉井基础下沉过程,分别验证2个预测模型的准确性与实用性,之后进一步完成取土下沉过程中沉井基础下沉快慢的实时预测,并分析预测步长和应力时空特征对下沉速度预测精度的影响。结果表明:提出的模型可以成功预测沉井下沉速度类别与大小,取得很好的预测效果;模型在实际工程中的可靠性和实用性较高;结构应力的时空特征对模型超前预测效果具有重要影响。研究成果实现了沉井下沉速度的实时预测分析,对沉井下沉智能化决策具有重要的参考价值。