海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法适用范围

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》适用于在水域开阔的通航孔桥，桥墩设计了防撞钢结构的高桩承台施工。起重船的起重能力能够满足防撞钢结构的整体吊装要求，施工水域的通航条件满足起重船的通航净空要求。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法工艺原理

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的工艺原理叙述如下：

将承台施工所用套箱与桥墩的防撞钢结构结合起来设计，承台施工完成后，套箱不拆除，继续作为桥墩的防撞结构使用。

其中的关键技术是钢套箱与防撞设施的结合设计，即如何让防撞结构满足套箱施工要求，同时又不得影响防撞钢结构的防撞功能。提出防撞设施与钢套箱一体化这一思路时，在海上，必须解决波浪力的冲击问题，否则将直接影响到套箱的稳定性，同时也会影响新浇混凝土质量。经过与上海市船舶研究所的多次探讨，并进行了数模、物模试验，最终采用了在防撞设施上开设消能孔以减小波浪力的冲击，满足了设计要求。作为套箱施工所需的内模、底板系统、吊装系统与防撞结构之间采用栓接，便于防撞结构的拆换，同时还不影响其防撞功能。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法施工工艺

• 防撞钢套箱结构形式

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的防撞钢套箱结构形式有：

一、防撞结构

防撞设施的结构设计满足沿海钢质海船的规范要求，防撞设施主体的结构由内、外围壁，底板，上甲板，下甲板，纵、横舱壁等板架构件组成。侧板分段制做，用高强螺栓连接。内围板上安装防撞橡胶件并加厚壁板，如图1。

二、套箱侧模结构

利用防撞钢结构作为承台模板的受力骨架，在缓冲橡胶之间加木肋，木肋与橡胶同高度。木肋与橡胶外安装竹胶板，形成承台施工所需的侧模，如图2。

三、套箱底模结构

套箱底篮由底板桁架和焊接在桁架下弦杆上的面板组成。底板桁架用型钢焊接而成，底篮直接浇在封底混凝土中。套箱底篮是浇筑封底混凝土的承重结构，也与封底混凝土一起作为承台混凝土的承重结构。

套箱底篮与防撞结构内围壁栓接成整体，这样，防撞结构与套箱底、侧板一起组成了防撞钢套箱，如图1。

四、套箱支撑支承系统

套箱由钢制牛腿支承。由于受水位影响，牛腿做成倒挂形式，以便与钢护筒有足够的焊接时间。

套箱顶部用圆钢管支撑，其作用一是平衡侧板水平荷载，二是作为套箱整体吊装撑架，平衡吊索水平分力。支架呈X形布置，使套箱上口空间利于承台施工。套箱顶部支撑与底篮之间设有竖向钢管支撑，以加强套箱的整体刚度，如图3。整体效果图见4。

五、套箱消能结构

由于防撞钢套箱的外形尺寸较普通钢套箱大，因此，作用在套箱上的波浪力也较大，这对套箱各施工工况均有一定影响。

为了降低波浪对防撞钢套箱的作用力，设计时在套箱的侧板外围板开设消能孔，孔径在300～500毫米不等，如图5。

• 防撞钢套箱施工

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的防撞钢套箱施工如下：

一、防撞钢套箱施工流程图

防撞钢套箱施工流程见图6。

二、套箱底板桩位预留孔

要保证套箱顺利下放，套箱底板桩位预留孔开孔直径设计十分关键。基桩钢护筒直径为2.9米：在综合考虑施工环境和测量精度的情况下，经综合考虑后将套箱底板预留孔直径设计为3.2米。

三、套箱下放导向装置

在承台四角的基桩钢护筒上设计4个圆台形导向装置，并在导向装置上涂上醒目颜色。

四、套箱固定装置

套箱固定包括竖向反压和水平限位两个方向，竖向反压装置由反压牛腿及型钢、螺旋千斤顶等临时反压装置组成，水平限位装置由支撑钢管和螺旋千斤顶组成，套箱就位后可直接通过调节千斤顶加以固定。

由于套箱下放就位后可供套箱固定的时间很短，约2小时，因此，套箱转运前将竖向反压装置和水平限位支撑架事先放在套箱相应位置。

五、吊装系统

500吨左右的套箱整体吊装即使不是海洋环境，也属大型设施起吊安装作业，起吊方案必须精心设计。吊装方案设计包括选择浮吊、确定起吊高度；吊索、吊具计算选择；吊耳、支撑系统设计以及吊装作业场地布置。

六、套箱加工

1.基桩钢护筒偏位测量

由于套箱底板预留孔位置来源于基桩钢护筒平面位置测量，因此，测量错误直接影响套箱下放就位。为了使测量精度满足设计要求，测量工作分初测和精测两步进行。

1）为了不影响承台施工进度，在基桩施工时对基桩钢护筒的偏位进行初测。作为套箱底板初加工的参考。

2）基桩施工完毕，拆除钻孔工作平台上的钻孔设备，测量条件相对较好，测量小组再对基桩钢护筒的偏位进行精测，此次测量作为套箱底板加工预留孔位置的修正和最终依据。

2.套箱加工

钢套箱在工厂整体加工制做。套箱底板桩位开孔以基桩钢护筒初测数据为依据，当基桩施工完成、钢护筒精测数据出来后再对底板开孔进行修正并用全站仪或经纬仪进行检测。钢套箱转运前按规范对加工质量进行验收并试吊，验收通过后方可转运。

七、整体钢套箱安装

1.起重船的选择

根据套箱设计重量、几何尺寸及起重船的起重参数和施工环境选择适合的起重船。

2.选择拖航时间

钢套箱在加工厂一旦出港，就应从天气上考虑能使后续工序连续施工。如果钢套箱在海上（桥位处）停放时间过长，不但不经济而目不安全。因此，选择拖航时间是件重要而又比较困难的事，要求套箱拖航必须满足以下条件：

1）出航时航线所经海域风力小于7级。

2）中长期天气预报（20天以内）无台风等灾害性天气发生。

3）从天文潮汐规律方面考虑，套箱应在小汛期接近低平潮时安装就位。

3.拖航

拖轮二艘，主拖轮马力3000马力，位于驳船前方，用拖缆软拖，副拖轮马力1600马力，位于驳船一侧，除提供辅助拖航动力外，协助主拖轮控制航行方向。

4.锚治泊

船队到达施工墩位附近后按事前安排抛锚停泊，浮吊横桥向停泊在安装墩一侧（靠长江口一侧），定位船与驳船横桥向停泊在浮吊前方，与桥墩间保持一定的安全距离。

5.起吊安装

1）准备工作

①指挥人员、测量人员、起重工、电焊工，安装限位支撑架人员按分工，准备进入岗位。

②浮吊挂上起重绳，准备在高平潮前后开始起吊作业。

2）起吊

一切准备工作就绪后，徐徐吊起钢套箱离开驳船500毫米左右，再次检查套箱受力与变形情况及浮吊工作状态，如无异常情况，继续起吊。

3）平移定位

套箱吊离驳船后，定位船及驳船即移至桥轴线的另一侧，浮吊通过收放锚缆，缓慢平稳地平移至墩位上方，瞄准导向架微调对位。

4）下放就位

①套箱下放工作在落潮水流相对平稳后开始，争取半小时内完成。

②对位观察人员先在套箱顶部观察对位情况，待套箱下降一定高度后进入箱内，一人一桩观察对位情况，并将观察情况报指挥员。

③指挥员根据仪器观测和肉眼观察情况指挥浮吊正确对位后缓慢下放套箱进入导向架，进而进入护筒顶部，然后停止下放，观察底板处各桩位就位情况和整体套箱偏位情况。

④分析观测情况，如有异常需及时采取相应措施；如无异常情况，以每500毫米一级逐级下放套箱，直至离牛腿面100毫米处暂停下放。

⑤经纬仪再次测读套箱位置，并尽可能参照测读数据调整套箱位置后继续下放套箱。重复上述步骤，最后将套箱下沉到位，如图7。

5）安装限位装置

①经检查（整体套箱就位精度、支承情况、底板孔位与护筒间相对位置等）套箱就位达到设计要求后，松钩50%。

②观察人员立即分组，快速安装水平限位支撑。待套箱四角的4个限位支撑基本就位后完全松钩，全部水平限位及竖向限位装置安装完成后，打开起重浮吊吊索销子，浮吊就地待命。

③在安装水平限位支撑的同时，迅速安装竖向临时反压装置，同时开始焊接竖向反压牛腿，这两项工作必须在潮水上涨至底板上桁前完成。

八、承台施工

1.承台封底

防撞钢套箱安装就位后，必须尽快封底，以降低海上风浪对套箱的影响，降低施工风险。

2.承台钢筋混凝土施工

承台混凝土采用海工高性能混凝土，混凝土除其强度与和易性必须满足设计和施工要求外，还必须具备海洋环境下防止钢筋锈蚀及抗冻、抗渗性能。与普通混凝土相比除强度与和易性两项质量指标外，还用电通量与氯离子扩散系数两项指标来衡量混凝土的密实度。一般要求海工高性能混凝土电通量值小于1000库仑，氯离子扩散系数小于1.5×10-12平方米/秒。

3.承台混凝土养护

承台钢筋混凝土施工与内河基本相同，承台内设冷却水管，混凝土采取"内散外蓄"的养护措施。

4.承台的防腐措施

为了满足承台的防腐要求，钢筋保护层垫块均采用高强度等级的混凝土垫块或高强度的塑料垫块，避免形成腐蚀通道。同时还要对承台分次浇筑的施工缝作如下处理：

1）严格按规范要求对第一次混凝土进行凿毛和淡水冲洗处理；

2）缩短前后两次混凝土浇筑的时间间隔，以减小两层混凝土间因收缩、徐变的不同而产生的附加内力；

3）采用低水化热的高掺合料混凝土；

4）第二次混凝土浇筑前对凿毛混凝土顶面进行淡水润湿至饱和，并铺一层1~2厘米厚的1:2水泥砂浆；

5）平接缝四周设工形橡胶止水带，如图8。

严格处理施工缝的目的是为了避免形成海水腐蚀通道，以提高承台的耐腐蚀性能。

• 现场管理

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的现场管理如下：

由于套箱安装时间短，一次性投入大型设备和施工人员多，因此现场的组织管理显得尤为重要。为此，经多次研究，确定了设备的就位、移动以及施工人员的指挥方式等，具体组织如下：

一、根据套箱起吊时间、潮水情况、船舶尺寸、风浪方向分别安排浮吊、驳船、定位船相对施工墩位的具体位置关系。

二、统一方位，统一指挥口令，统一指挥。

三、套箱下放时，套箱内观察员将套箱下放过程中的导向架与套箱预留孔位情况报告给指挥平台上总指挥，总指挥在综合所有观察员信息后统一指挥起重浮吊的平移方向或下放速度。

四、套箱下放就位后，套箱固定人员马上按事先安排好的程序进入各自指定位置，并按要求迅速固定套箱。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法材料

在《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的施工中，防撞钢套箱的侧板和船体采用钢板加工、底桁采用型钢加工，所采用的新材料主要为防腐涂层材料，表1为钢套箱所使用的防腐土层材料及厚度。

海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法设备

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》中，防撞套箱在专业厂家加工制做而成，所采用的设备也为常规设备，这里主要列出海上防撞套箱的运输、安装及承台施工所需主要机具设备，见表2。

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的工法特点是：承台与防撞体系一体化施工的防撞结构，套箱既为桥墩的防撞装置，又为承台施工的围水结构，二位一体，具有安全、经济和提高工效的特点。

东海大桥的三座辅通航孔桥主嫩承台均采用了承台与承台防撞设施一体化施工技术，采用该施工技术有利于克服恶劣施工环境，并缩短了施工工期，具有经济效益和社会效益。

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的质量控制要求如下：

一、基桩钢护筒偏位测量：为了保证基桩钢护筒偏位测量的精确性，测量分为初测和精测两级测量，初测护筒中心偏位≤100毫米；精测护筒中心偏位≤50毫米。

二、钢套箱底板加工制做：套箱底板桩位开孔以基桩钢护筒初测数据为依据，加工时底板桩位中心放样偏差≤10毫米。

三、钢套箱平面偏差：下放就位后，固定前钢套箱顶面中心平面偏位，顺桥向≤30毫米，横桥向≤30毫米。

四、钢套箱平面尺寸：≤30毫米。

五、钢套箱水密性试验：不允许有渗水现象。

六、严禁在防撞结构上进行任何施焊、烧割作业，套箱外侧应设临时防撞装置和防撞标识，确保套箱安全。

七、承台施工完成后，应在套箱顶面搭棚，防止墩身及上部结构施工时落物破坏套箱涂装或污染套箱。施工过程中若有意外碰撞损伤了防撞套箱，应及时按规范要求进行防腐处理。

八、钢套箱加工及承台施工满足以下规范或标准：

1.交通部部颁规范：《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000。

2.交通部部颁规范：《公路工程质量检验评定标准》JTJ 071—98。

3.中华人民共和国国家标准：《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205—2001。

4.上海同盛大桥建设有限公司、上海市公路工程质量监督站：《东海大桥工程专项质量检验评定标准》。

针对东海大桥Ⅳ标三座辅通航孔桥9个主墩承台施工，路桥集团国际建设股份有限公司对采用普通双壁钢套箱与《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》施工成本作了比较。

1.由于海上施工环境恶劣，工期十分紧张，三座辅通航孔桥共计9个套箱。普通套箱与防撞钢套箱相比，所投入的底篮系统是相同的，根据表中数据可计算出采用承台与承台防撞结构一体化施工技术后，与标后预算相比，单就工、料、机直接节约经济成本：34650000-6084000=2856.6万元。具体比较见表3、表4。

2.由于采用承台与防撞结构一体化施工技术后，套箱的安装与拆除，均不在关键线路、9个套箱安装与拆除节约总工期约2.5个月。整个项目（约1200人）的人员及设备管理费用约950余万。

共计节约成本3800余万元，取得了经济效益。

承台与承台防撞结构一体化施工，不但节约了施工成本，而且将原计划工期缩短了2个月以上，赢得了监理与业主的好评，取得了良好的社会效益。

随着中国交通事业的发展，大型桥梁工程将会不断增多，大型桥梁工程一般具有通航的要求，因此桥梁的防撞设施也是不可或缺的；截至2005年，该技术已被上海崇明越江通道长江大桥和舟山大陆连岛金塘大桥和即将建设的青岛海湾大桥等工程所采用，为国家节约建设资金并缩短建设工期。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算

采用《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

一、方案报批：套箱的起吊、运输及吊装方案完成后必须送船监局、海事局等相关部审批，必要时请其协助导、护航。

二、试吊：钢套箱加工完成后，转运前必须进行试吊，以检验加工质量和整体结构的安全性。

三、选择拖航时间：

钢套箱一旦出港，就应从天气上考虑能使后续工序连续施工，要求满足以下要求。

1.出航之日应是风平浪静之时，航线所经海域风力小于7级。

2.中长期天气预报（20天以内）无台风等灾害性天气发生。

3.从天文潮规律方面考虑，套箱应在小汛期（小潮期）接近低平潮时安装就位。

四、吊装操作：套箱的吊装、就位等必须由专业吊装人员统一指挥，所有操作人员应佩戴安全防护用品。

五、箱固定：套箱下放到位后要及时施工套箱加固装置。

《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》的应用实例如下：

• 实例1：东海大桥Ⅳ标

东海大桥起始于上海市南汇县芦潮港镇客运码头往东约4千米南汇咀处，跨越杭州湾北部海域，直达浙江省嵊泗县崎岖列岛的小洋山岛，长约32.7千米。

该合同段工程为三座辅航道孔桥梁，桥跨结构采用多跨预应力混凝土箱形连续梁，跨径组合分别为：K6桥为：70米＋120米 120米 70米，主墩承台：32×18米方形倒角。K12桥为：80米 140米 140米 80米，主墩承台：33.5×17.5米方形倒角。K24桥为：90米＋160米 160米 90米。主墩承台：43.4×16.6六边形。

三座辅通航孔桥9座承台全部采用防撞钢套箱法施工，防撞套箱重量分别为：K6桥3个，单个重410吨；K12桥3个，单个重470吨；K24桥3个，单个重570吨；分别采用500吨和1300吨浮吊进行安装。

截至2003年11月，东海大桥三座辅通航孔桥9个防撞钢套箱全部安装完毕。

• 实例2：上海长江隧桥B7标

上海长江隧桥B7标段位于北港桥梁工程近崇明岛侧，起点桩号K19＋238，终点桩号K20＋678.64，全长1440.64米，由辅通航孔桥、崇明岛侧浅滩区非通航孔50米梁连续梁桥和陆上段30米梁连续梁桥三部分组成。其中辅通航孔桥为4跨连续梁桥，共有3个主墩、2个边墩，结构尺寸分别为主墩：37.5米×18米×4.5米，边墩：35.5米×13.2米×4米。

辅通航孔桥5座承台全部采用防撞钢套箱法施工，采用1300吨浮吊进行安装。整个施工过程安全可靠、便于控制，安装单个钢套箱仅需要3小时左右。

截至2006年11月，长江桥辅通航孔桥五个防撞钢套箱全部安装完毕。

• 实例3：金塘大桥Ⅱ标

金塘大桥Ⅱ标起于金塘岛上雄鹅嘴，接在建的西堆门大桥，经化成寺水库、茅岭、沥港水道和灰鳖洋水域。与规划中的宁波沿海北线高速公路相交，终于宁波市绕城高速公路，全长26.54千米，其中跨海大桥长18.27千米。

金塘大桥Ⅱ标由118米跨非通航孔桥和西通航孔桥组成，其中，西通航孔桥为3跨连续梁桥，桩号范围K43 265～K43 595，全长330米，桥跨布置为87米 156米 87米，上部结构为变高度预应力混凝土连续梁，下部结构采用钻孔灌注桩基础，2主墩均采用承台与承台防撞设施一体化施工技术，结构尺寸为：24.8米×18.4米×4.5米。

该工法于2006年8月开始应用，11月完成了2座防撞钢套箱的加工，并于2006年12月10日采用1300吨浮吊完成一座钢套箱的吊装施工，施工过程安全节时，按照预定时间顺利地完成了钢套箱的安装工作。

在《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》实施过程中，路桥集团国际建设股份有限公司始终遵守"节约既是环保"的理念，从设计思路和现场实施等方面采用了一定的措施，起到了环保效果。

一、设计思路

将防撞设施与钢套箱相结合，比传统双壁钢套箱跟防撞设施分离施工，不论从钢材的用量还是从实施过程中人员、船机设备的投入方面都具有明显优势。

二、钢套箱采用陆地加工

防撞钢套箱在陆地工厂分节段制做后拼装成整体。这为原材料的节约、加工现场组织整理等提供了有力的保证。

三、钢套箱整体吊装

在现场采用浮吊整体吊装，避免了普通双壁钢套箱在现场拼装、下放时所产生的施工垃圾，起到了减小海洋环境污染的作用。

2008年1月31日，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2005-2006年度国家级工法的通知》建质[2008]22号，《海上桥梁承台与承台防撞设施一体化施工工法》被评定为2005-2006年度国家一级工法。 2100433B

承台是桩与柱或墩联系部分。承台把几根，甚至十几根桩联系在一起形成桩基础。承台分为高桩承台和低桩承台：低桩承台一般埋在土中或部分埋进土中，高桩承台一般露出地面或水面。高桩承台由于具有一段自由长度，其周围无支撑体共同承受水平外力。基桩的受力情况极为不利。桩身内力和位移都比同样水平外力作用下低桩承台要大，其稳定性因而比低桩承台差。

高桩承台一般用于港口、码头、海洋工程及桥梁工程。低桩承台一般用于工业与民用房屋建筑物。桩头一般伸入承台0.1米，并有钢筋锚入承台。承台上再建柱或墩，形成完整的传力体系。

近年来由于大直径钻孔灌注桩的采用，桩的刚度、强度都较大，因而高桩承台在桥梁基础工程中已得到广泛采用。