马鞍山长江公路大桥建设技术与创新0314发课件.ppt

1、2023年1月18日星期三马鞍山长江公路大桥建马鞍山长江公路大桥建设技术与创新设技术与创新0314发发马鞍山大桥建设技术及工法创新马鞍山大桥建设技术及工法创新第一篇马鞍山长江公路大桥建设技术与创新马鞍山长江公路大桥建设技术与创新原始创新原始创新系列根式基础研究与应用系列根式基础研究与应用第二篇第一篇第一篇 马鞍山大桥建设技术及工法创新马鞍山大桥建设技术及工法创新第一篇第一篇 马鞍山大桥建设技术及工法创新马鞍山大桥建设技术及工法创新马鞍山大桥概况马鞍山大桥概况一一马鞍山大桥施工马鞍山大桥施工三三马鞍山大桥设计马鞍山大桥设计二二马鞍山大桥建设技术及工法创新马鞍山大桥建设技术及工法创新第一篇目录马鞍

2、山大桥施工工法创新马鞍山大桥施工工法创新四四一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况 大桥路线起于马鞍山市和县姥桥镇省道206，终点止于当涂县牛路口，全长36.274公里，其中跨江主体工程长11.209公里。投资概算70.8亿元。建设工期5年。姥桥姥桥牛路口牛路口路线方案图1.1 建设规模5一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况1969年至2006年河床断面变化过程（动画动画）左汊主桥桥位处深槽左右摆动，近40年来桥址处深泓摆动最大幅度为1200米。1.2 河势分析6一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况首座实施的首座实施的千米级三塔两跨千米级三塔两跨悬索桥方案悬索桥方案 为覆盖整个变化的通航水域，建

3、设团队首次在世界上提出了千米级三塔两跨悬索桥方案，主跨跨度由日本小鸣门桥的160m突破到1080m。1.3 桥型方案21080米三塔两跨悬索桥7l 中塔鞍座内滑移系数 三塔两主跨悬索桥方案的结构受力不同于两塔单主跨悬索桥结构。由于多了一个主跨，主缆对中塔塔顶的约束较边塔弱。当一主跨满载，另一主跨少载或空载时，中塔两侧主缆将出现缆力差值。1.4 1.4 设计关键技术及解决方案设计关键技术及解决方案 2 21080m1080m三塔悬索桥方案中塔顶鞍座承受的不平衡缆力、避免主缆在三塔悬索桥方案中塔顶鞍座承受的不平衡缆力、避免主缆在鞍座内滑动问题是本方案的关键技术问题。鞍座内滑动问题是本方案的关键技术

4、问题。一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况围绕减小主缆在中塔顶两侧产生不平衡缆力的思路，针对结构体系、主塔刚度，开展了多方案分析计算。塔梁连接方式塔梁连接方式 通过分析认为，通过分析认为，在中塔处采用塔梁固结体系在中塔处采用塔梁固结体系对降低主缆在中塔两侧产生对降低主缆在中塔两侧产生的不平衡缆力、提高主缆与鞍座间的抗滑移安全系数、增大结构的竖向刚度的不平衡缆力、提高主缆与鞍座间的抗滑移安全系数、增大结构的竖向刚度效果显著，同时，中塔处采用塔梁固结方式，取消塔梁间竖向、横向支座和效果显著，同时，中塔处采用塔梁固结方式，取消塔梁间竖向、横向支座和纵向弹性索，简化了结构的支承体系，方便了后期养护，因

5、而本方案推荐采纵向弹性索，简化了结构的支承体系，方便了后期养护，因而本方案推荐采用中塔塔梁固结体系。用中塔塔梁固结体系。一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况1.4 1.4 设计关键技术及解决方案设计关键技术及解决方案主塔结构形式主塔结构形式 分别对中塔的主塔材料、主塔刚度、主塔的形状进行了研究，通过研究分别对中塔的主塔材料、主塔刚度、主塔的形状进行了研究，通过研究最终确定中塔柱采用最终确定中塔柱采用I I字形、钢字形、钢-混凝土混合塔，即方案一。混凝土混合塔，即方案一。一、马鞍山大桥概况一、马鞍山大桥概况1.4 1.4 设计关键技术及解决方案设计关键技术及解决方案二、马鞍山大桥设计二、马鞍山大

6、桥设计p 钢钢-混叠合塔。混叠合塔。确保中塔刚度适中，并避免下塔柱采用钢结构带来的防腐难题。钢-混叠合塔塔梁固结结构体系根式基础p 塔梁固结体系。塔梁固结体系。提高塔顶鞍座与主缆的抗滑移安全系数。p 具有原创性的根式基础。具有原创性的根式基础。充分发挥基础周边土体作用，大幅提高承载能力。结构特点：结构特点：11三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 塔高175.8m，混凝土下塔柱高37.5m，钢塔柱高127.8m，塔顶装饰段高10.5m。基础采用69根直径3m、长80m的钻孔桩。承台尺寸为80.2m43m7m。127.8127.8（钢塔）（钢塔）54548080101037.537.510.51

7、0.5（砼塔）（砼塔）3.1 悬索桥中塔基础施工12三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 吊箱钢围堰尺寸为83.946.711.76m，重达23000KN，浮运时吃水深1m左右，定位时吃水深5.4m。钢吊箱制作3.1.1 吊箱钢围堰制作与定位钢吊箱下水（视频视频）13三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工主锚主锚尾锚尾锚钢吊箱钢吊箱定位船定位船定位船边锚定位船边锚钢吊箱边锚钢吊箱边锚定位船边锚定位船边锚钢吊箱边锚钢吊箱边锚钢吊箱精确定位示意图14三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 69根直径3m、长80m的钻孔桩。钢护筒直径3.2m，长45m，入土深度约23.5m。钢护筒振沉3.1.2 大直径

8、桩基础施工1 1、钢护筒振沉、钢护筒振沉利用45根钢护筒与围堰固结，形成无桩度洪体系，安全度洪。15三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 采用10台KPG3000、KTY3000、KTY4000型钻机同时作业，通过加大配重、设置钻头导向装置、反复扫孔等措施保证钻孔垂直度。2 2、桩基施工、桩基施工 利用运输船实现83m钢筋笼分3节入孔的记录，仅有2个接头。钻孔钢筋笼下放16三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 平面尺寸为60.2m55.4m（第一、二节沉井长和宽分别为60.6m和55.8m）的矩形截面，高48m，共分九节，布置 25个井孔。分三次接高三次下沉(1-4节，5-6节，7-9节）。3

9、.2 悬索桥锚碇沉井施工17三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工3.2.1 钢壳沉井拼装及就位钢壳就位后周围采用砂袋加固3.2.2 沉井接高浇筑接高节段混凝土18三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工3.2.3 沉井下沉1 1、首次下沉、首次下沉降排水下沉工艺降排水下沉工艺吸泥施工吹填砂降排水第1-4节下沉历时29天，沉井下沉16.66m，平均每天下沉57.4cm。19三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工2 2、第二次下沉、第二次下沉半排水下沉工艺半排水下沉工艺 第2次(第56节)下沉用时22天，下沉量为11.37m，平均每天约51.7cm。20三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工3 3、终沉、

10、终沉采用空气幕助沉采用空气幕助沉 终沉阶段，开启空气幕助沉，每开启一次空气幕，均能下沉40cm左右，最多一次达到80cm，平均每天下沉约60cm。空气幕助沉（视频）（视频）21三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 采用遥控飞艇牵引的方法牵放2mm迪尼玛先导索过江，选择风速较小、风速稳定时过江。3.3.1 猫道架设1 1、先导索架设、先导索架设飞艇牵引先导索过江塔顶导线轮3.3 悬索桥上构施工22三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 先导索牵引到位后，再通过4次置换对接和机械牵引，实现25级导索的架设，并最终完成牵引索的架设。序号序号名称名称规格规格破断拉力破断拉力(kN)(kN)单位质量单位质

11、量(kg/m)(kg/m)1 1级绳级绳先导索先导索22迪尼玛绳迪尼玛绳4 40.0030.0032 2级绳级绳过渡索过渡索1 133迪尼玛绳迪尼玛绳10100.0090.0093 3级绳级绳过渡索过渡索2 21313迪尼玛绳迪尼玛绳118.7118.70.0720.0724 4级绳级绳过渡索过渡索3 32222镀锌钢丝绳镀锌钢丝绳3223222.022.025 5级绳级绳牵引索牵引索3636镀锌钢丝绳镀锌钢丝绳8638635.435.432 2、牵引索架设、牵引索架设牵引索架设相关数据表23三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 猫道采用四跨连续形式，宽度为4米，中跨有7个通道，边跨有2个通道

12、。3 3、猫道架设、猫道架设24三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工3.3.2 主缆架设 索股架设采用双线往复门架拽拉式牵引系统，牵引卷扬机安装在北锚后，存索区和放索装置位于南锚后。25三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工3.3.3 钢箱梁安装 全桥梁段成对称布置，共划分为135个节段，分为A、B、C、D、E、F、G、H八种类型。梁段梁段A/AA/AB/BB/BC/CC/CD/DD/DE/EE/EF/FF/FG/GG/GH H长（长（m m）10.510.51616161616161616161619.319.318.218.2重量（重量（t t）291.1291.1273.4273.4267

13、.2267.2262.7262.7266.7266.7274.2274.2350.1350.1726.0726.0节段数量节段数量2 22 22 21201202 24 42 21 1钢箱梁标准节段26三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 安装原则：同步、对称；合龙时，先边塔后中塔。总体安装顺序：从跨中33、34(33、34)号吊索梁段开始，同步对称向索塔方向分4个作业面进行钢箱梁吊装施工。全桥共设4个合龙段，分别在主跨的5、64(5、64)号吊索对应梁段。1 1、安装顺序、安装顺序27三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工 中塔塔梁固结处合龙段：中塔塔梁固结处合龙段：主要采用温差合龙和牵引预偏

14、共同作用，合龙空间比合龙段1322cm（预留焊接收缩量影响）。合龙时温度较低，合龙空间较高温季节大，再者如果合龙空间不足，将主跨整跨钢箱梁向边跨牵引预偏，确保合龙空间。中塔梁段中塔梁段合龙梁段合龙梁段合龙相邻梁段合龙相邻梁段L-(13L-(1322)cm22)cmL L牵拉牵拉2 2、中塔处合龙段吊装控制、中塔处合龙段吊装控制28中塔侧合龙中塔侧合龙(64#)(64#)：温差合龙；：温差合龙；储备措施储备措施：边跨侧牵拉预偏；：边跨侧牵拉预偏；边塔侧合龙边塔侧合龙(5#)(5#)：牵拉预偏；：牵拉预偏；合龙要求合龙要求：合龙空间：合龙空间 合龙段梁合龙段梁长长+2030cm+2030cm；起吊

15、方式起吊方式：垂直起吊。：垂直起吊。最终，仅用时2个多月完成全部136节段钢箱梁吊装工作，在创造国内悬索桥钢箱梁安装速度新纪录的同时，有效确保了合龙精度。钢箱梁吊装钢箱梁吊装 钢箱梁合龙钢箱梁合龙三、马鞍山大桥施工三、马鞍山大桥施工四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 工法一工法一 GGG(中企)C2070-2012-钢混叠合塔塔柱施工工法 工法二工法二 GGG(皖)C3082-2013-提升超高钢筋混凝土索塔品质施工工法工法三工法三 GGG(皖)C3088-2013-悬索桥索股架设施工工法工法四工法四 GGG(皖)C3083-2013-拱形钢筋混凝土塔柱变曲率模板施工工法30

16、大桥在建设团队在建设中针对特大桥梁施工中超高塔柱混凝土品质、锚大桥在建设团队在建设中针对特大桥梁施工中超高塔柱混凝土品质、锚碇大体积混凝土品质控制、缆索精确架设、曲线混凝土塔柱施工等常见难题，碇大体积混凝土品质控制、缆索精确架设、曲线混凝土塔柱施工等常见难题，通过摸索和攻关，精益求精，实现了以下四个工法的创新。通过摸索和攻关，精益求精，实现了以下四个工法的创新。4.1 钢混叠合塔塔柱施工工法 GGG(中企)C2070-2012 31四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 悬索桥中塔采用钢混叠合结构，下塔柱为预应力混凝土塔，上塔柱为钢塔。p施工难点：中塔采用大规模的钢混叠合结构，必

17、须保证叠合段混凝土与钢底板的密贴性，确保上下塔柱受力传递性能。32四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新4.1.1 工法特点 劲性骨架定位钢筋及预应力管道内腔锯齿块处设置模板填充块1 1、下塔柱施工、下塔柱施工定位劲性骨架模板增加填充块T1T1节节段段钢钢绞绞线线叠叠合合段段 钢混叠合段高2m。T1节段高5.8m，底板平面尺寸为15.97.8m，下塔柱顶平面尺寸为17.09.2m。施工难点：针对大规模的钢混叠合结构，必须保证叠合段混凝土与钢底板的密贴性，确保上下塔柱受力传递性能。2m2m332 2、钢混叠合段施工、钢混叠合段施工四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新

18、钢混叠合段示意图1）叠合塔墩接头及塔梁固结模型试验 为验证结构受力合理及施工工艺可靠，开展了1/4模型试验。2）混合料性能试验 为保证混合料的密实性与密贴性，开展了近100次配合比试验。3）现场1/4模型试验 为确定科学合理的叠合段混凝土浇筑工艺，现场开展了3次不同方案的浇筑对比试验。开展叠合段相关试验34四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1/4模型试验配合比试验现场1/4模型浇筑试验确定叠合段混凝土施工工艺 1）叠合段布置6个定位立柱实现T1节段精确定位2）底座板下焊接剪力钉优化叠合结构受力性能3）浇筑195cm厚自密实混凝土+填充5cm厚高性能砂浆保证叠合段混凝土密贴性3

19、5四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新叠合段混凝土浇筑底座板下焊接剪力钉 1）研发了全球最大水平臂上回转自升塔式起重机D5200塔吊，解决标准节段整节段吊装难题。36标准节段整体吊装 四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新采用大吨位整节段的优点：采用大吨位整节段的优点：p 减少现场安装工序p 加快安装速度p 提高安装精度p 增加结构受力整体性3 3、钢塔柱安装、钢塔柱安装 2）通过上塔柱主动横撑调整两塔间距，通过钢塔节段调节口调整修正累积误差。37主动横撑设置四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新调节口布置第三道第三道第二道第二道第一道第一道4.1.

20、2 工法应用成果38四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1）实现了钢筋及预应力管道的精确定位，加快了施工进度；2）下塔柱采用填充式内模进行锯齿块施工，大大减少内模修改量，节约内模投入约40%；3）根据试验结果表明叠合段顶面密实度达90%以上，有效保证了上下塔柱间的传力性能；4）创造了平均2.3天安装一节钢塔柱标准节段的新记录，塔柱倾斜度仅为1/15000，远优于设计允许误差值1/4000，两塔中心间距误差3.2mm低于设计允许值4mm。4.2 提升超高钢筋混凝土索塔品质施工工法 GGG(皖)C3082-2013 39四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 超高钢筋

21、混凝土塔柱受现场施工工艺、浇筑条件、振捣水平、混凝土养护环境等诸多方面影响，易发生以下质量通病：p大面平整度难以保证p节段间错台严重、接头控制不理想p钢筋保护层合格率低p混凝土裂缝工艺流程图4.2.1 工法特点 40四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新加大模板刚度增加一层增加一层DokaDoka实木板实木板增加一层横增加一层横向钢围檩向钢围檩1 1、解决混凝土大面平整度难以保证问题、解决混凝土大面平整度难以保证问题 改变传统模板背带形式，加大模板刚度，采用新型几字梁加方木组合。相对于传统塔柱模板系统，该模板系统具有材质更轻，刚度更大，结构受力更合理等特点，从而保证混凝土大面平整

22、度。41四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新2 2、解决接缝控制不理想，节段错台严重问题、解决接缝控制不理想，节段错台严重问题设置首节塔柱模板槽解决首节塔柱与塔座连接烂根现象塔柱首节接缝42四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新环缝切割切割后粘贴双面胶止污染调整拉杆力臂，环缝切割工艺解决节段间错台严重问题调整拉杆力臂43四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新3 3、解决混凝土保护层合格率不足问题、解决混凝土保护层合格率不足问题钢筋、模板精确空间定位钢筋精确定位模板空间定位44四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新高强度保护层垫块设置选用

23、高强度保护层垫块，保证设置密度模板空间定位双扎丝绑扎固定保护层合格率检测45四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新p 降低混凝土入模温度4 4、解决混凝土裂缝控制难题、解决混凝土裂缝控制难题 通过对砂石料设置遮阳棚、冲洗台、拌合水制冷等措施降低混凝土浇筑入模温度。遮阳棚冲洗台46四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新p温湿度梯度养护法高温干燥环境下顶面蓄水及喷淋养生季风季节覆盖防风布低温覆盖电热毯加热 在高空恶劣环境下，根据不同季节、天气情况采取相应的养护措施，并延长养护时间，保证混凝土表面相对湿度，尽量消除因混凝土温、湿度梯度等因素影响而产生的收缩变形，避免早期裂

24、缝的产生。4.2.2 工法应用成果47四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1）有效解决首节塔柱与塔座连接烂根现象；2）错台偏差（2mm）、大面平整度偏差（2mm）、倾斜度偏差（4mm）等技术指标仅为规范及设计允许值的1/31/2，达到钢塔控制精度；3）有效控制钢筋保护层合格率在90%以上，基本解决了大体积塔柱混凝土裂缝问题，确保混凝土耐久性。马鞍山大桥北塔4.3 悬索桥索股架设施工工法 GGG(皖)C3088-2013 48四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 主缆承担悬索桥上部结构的全面恒载和活载，架设质量的好坏直接影响悬索桥的成桥精度及使用寿命。但传统架设工

25、艺易发生以下常见问题：p索股扭转p鼓丝p钢丝锌层受损被污染索股架设工艺流程4.3.1 工法特点 49四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 采用双缠包带措施，减少索股两端扭转，防止索股架设过程中出现的鼓丝现象。1 1、解决索股扭转、鼓丝现象、解决索股扭转、鼓丝现象索股“单缠包”增至“双缠包”“双缠包带”应用50四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 通过创新设计端头可自由转动的索股锚头连接拽拉器，改进索股锚头连接方式，以利于索股端头自由转动，释放初始扭转应力，减小索股在架设时发生的扭转现象。创新型索股锚头连接拽拉器新型索股锚头连接拽拉器51四、马鞍山大桥施工工法创新

26、四、马鞍山大桥施工工法创新 通过该工序精确矫正每根钢丝的扭转状态，使得索股在无应力状态下进入索鞍的卡槽内。根据施工实践表明，此整形工序对于后序的索股调整与锚跨张力调整非常有利，能够大大提高工效，更能够保证全桥荷载在索鞍处应力的均匀分布。索股入鞍前增加一道整形工序索股整形施工52四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新p首次将索股拖滚支撑架设置为弹性支撑结构 在曲线半径较小位置将索股支撑结构设计为弹性支撑架构。支撑架体上部为弹簧结构，可以使托滚适应索股牵引时的线型高度变化，同时能够调节托滚支点压力，使索股始终支撑在托滚上，均匀受压，减小托滚磨损。2 2、防止索股镀锌层磨损、被污染现象

27、、防止索股镀锌层磨损、被污染现象新型弹性索股支撑架4.3.2 工法应用成果53四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1）有效解决了索股架设阶段的扭转、鼓丝、钢丝受损及被污染等现象，保证了索股架设质量；2）改善了主缆内钢丝受力状态，有效提高了主缆安全系数达2.2%；3）设施简单易操作，减少了大量索股疏整工序，节省工期及费用投入。马鞍山大桥索股架设4.4 拱形钢筋混凝土塔柱变曲率模板施工工法 GGG(皖)C3083-201354四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 变曲率塔柱在桥梁中应用已较为广泛，传统施工则采用以直代曲的翻模施工工艺，施工精度差，难以体现结构的曲线线

28、形。本工法研制出了一套变曲率模板体系（利用可调螺杆将面板线形调整变换为需要的曲面），同时研制出对应的变曲率爬模系统，形成了以变曲率爬模工艺为基础的成套拱形塔柱施工工法，真正实现了拱形混凝土塔柱曲面成型。拱形塔施工流程图4.4.1 工法特点 55四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1 1、新型变曲率模板体系，还曲代直、新型变曲率模板体系，还曲代直该体系可根据不同节段的不同曲率进行相应调整变换，避免了以直代曲所形成的混凝土折线现象，可有效的控制拱形塔线形施工质量。模板后方设计刚度较大的桁架结构，采用爬模的上架体作为模板调整的基座。模板的曲率通过工木梁与背楞之间的调节螺杆来实现，桥塔

29、各节段曲率可通过计算确定各节点弦弧矢高差，然后利用可调螺杆将面板线形进行预先调整，以达到不同曲率的弧线要求。曲率调整示意图R1为面板，R2为可调节螺杆，R3为矢高值，R4为桁架龙骨。工艺原理模板架构设计56四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新 该模板体系有六部分构成，分别是木质面板，工木字梁，工梁连接件，可调节螺杆，导向装置，槽钢背楞。模板体系端面图模板体系构成57四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新节段错台控制倒角粘贴PVC条设置多层拉杆体系，保证相邻节段模板的紧密性。针对结构断面倒角，粘贴PVC条倒角条控制顺直度。节段错台及倒角控制2 2、采用液压爬模系统，

30、改进操作工艺、采用液压爬模系统，改进操作工艺58四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新主要包括：模板系统、埋件系统、液压系统和架体系统。爬升体系构成4.4.2 工法应用成果59四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新1）实现了拱形变曲率塔曲线设计线形，确保混凝土塔柱达到了钢塔的曲线精度，线形流畅美观；2）节段间接缝平顺，大面平整，施工质量控制效果明显；3）变曲率爬模系统操作简单，安全系数高，适用于混凝土结构的拱形塔、曲线异形塔的高墩和高塔结构。斜拉桥拱形塔大桥创新成果大桥创新成果v 大桥建设团队取得包括大桥建设团队取得包括“钢混叠合、塔梁固结千米级连跨悬索桥、根钢混叠

31、合、塔梁固结千米级连跨悬索桥、根式锚碇及其施工方法、小直径自平衡根键式钻孔灌注桩施工装置式锚碇及其施工方法、小直径自平衡根键式钻孔灌注桩施工装置”等等国家专利国家专利27 27 项。项。v 包括包括“钢混叠合塔塔柱施工工法钢混叠合塔塔柱施工工法”等国家级工法等国家级工法8 8 项。项。四、马鞍山大桥施工工法创新四、马鞍山大桥施工工法创新第二篇第二篇 系列根式基础研究与应用系列根式基础研究与应用第二篇第二篇 系列根式基础研究与应用系列根式基础研究与应用系列化根式基础的方案构思系列化根式基础的方案构思 一一小直径根键式钻孔灌注桩基础小直径根键式钻孔灌注桩基础大直径根式沉井基础大直径根式沉井基础三三

32、钻沉法根式管桩基础钻沉法根式管桩基础 四四根式锚碇基础根式锚碇基础一一二二五五目录系列根式基础研究与应用系列根式基础研究与应用第二篇一、根式基础方案构思一、根式基础方案构思63首通桩首通桩改良桩（挤扩支盘灌注桩、改良桩（挤扩支盘灌注桩、竹节桩等）竹节桩等）根式钻孔灌注桩根式钻孔灌注桩无配筋，无配筋，脆性破坏脆性破坏有配筋，地有配筋，地基梁作用基梁作用1.1 1.1 根式基础的提出根式基础的提出传统群桩基础传统群桩基础根式沉井基础根式沉井基础 1.2 1.2 传统群桩基础传统群桩基础根式沉井基础根式沉井基础64 在根式钻孔灌注桩构思，拓展至沉井（管）基础，在传统沉井（管）在根式钻孔灌注桩构思，拓

33、展至沉井（管）基础，在传统沉井（管）基础植入根键形成根式沉井（管）基础。基础植入根键形成根式沉井（管）基础。一、根式基础方案构思一、根式基础方案构思1.3 1.3 传统锚碇传统锚碇根式锚碇根式锚碇传统矩形沉井传统矩形沉井根式锚碇基础根式锚碇基础65 多个根式根式沉井基础组合形成根式多个根式根式沉井基础组合形成根式锚碇基础。锚碇基础。一、根式基础方案构思一、根式基础方案构思二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础2.1 2.1 小直径根式钻孔灌注桩小直径根式钻孔灌注桩在传统钻孔灌注桩的基础上，在桩体周壁增加根键，形成根式钻孔桩。在传统钻孔灌注桩的基础上，在桩体周壁增加根键，形成根

34、式钻孔桩。钻孔桩基础钻孔桩基础根式钻孔灌注桩桩根式钻孔灌注桩桩预制根键预制根键灌注桩体灌注桩体二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础66二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础2.2 2.2 施工工艺施工工艺根键顶进根键顶进钢筋笼下放钢筋笼下放钻孔泥浆配置钻孔泥浆配置护筒埋设护筒埋设成孔钻进成孔钻进根式钻孔桩根式钻孔桩施工工艺施工工艺67二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础根键顶进根键顶进（动画）（动画）浇筑混凝土成桩浇筑混凝土成桩钢筋笼制作钢筋笼制作成孔钻进成孔钻进 下放及定位下放及定位68二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌

35、注桩基础2.3 2.3 承载力测试承载力测试 采用自平衡法测试，对某大型桥梁引桥部采用自平衡法测试，对某大型桥梁引桥部50+60+50m50+60+50m连续梁过渡墩连续梁过渡墩Z114Z114处，左幅承台布置处，左幅承台布置1 1根根1.5m1.5m的根式钻孔灌注桩基础。的根式钻孔灌注桩基础。经测试极限承载力为经测试极限承载力为30037kN30037kN，相应的位移为，相应的位移为75.8mm75.8mm。根键式钻孔灌注桩根键式钻孔灌注桩钻孔灌注桩钻孔灌注桩摩阻力（摩阻力（KPaKPa）承载力（承载力（KNKN）根键式钻孔桩与钻孔灌注桩对比根键式钻孔桩与钻孔灌注桩对比253421,6553

36、0,037与钻孔灌注桩相比，根式钻孔桩摩阻力提高与钻孔灌注桩相比，根式钻孔桩摩阻力提高35%35%，承载力提高，承载力提高28%28%。69二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础2.4 2.4 施工设备改进施工设备改进701）原顶进设备）原顶进设备根键顶进装置示意图根键顶进装置示意图（施工视频）（施工视频）滑块斜面与锥压件的斜面相切，当锥压件受力向下移动时将对滑块产滑块斜面与锥压件的斜面相切，当锥压件受力向下移动时将对滑块产生向下及径向向外的两分力。同时滑块径向向外的分力作用在根键上将其生向下及径向向外的两分力。同时滑块径向向外的分力作用在根键上将其向外顶出。向外顶出。2）改

37、进后的设备）改进后的设备根键顶进装置示意图根键顶进装置示意图（施工视频）（施工视频）采用旋挖顶推一体化装置施工，采用旋挖顶推一体化装置施工，装置由旋挖钻机和根键顶入设备组成，装置由旋挖钻机和根键顶入设备组成，钻头和根键顶入设备通过插销连接到钻头和根键顶入设备通过插销连接到旋挖钻机平台，通过更换钻头和根键旋挖钻机平台，通过更换钻头和根键顶入装置可完成开挖钻孔、清孔、下顶入装置可完成开挖钻孔、清孔、下放钢筋笼及根键顶进等工作。放钢筋笼及根键顶进等工作。本设备优点：通过钻机自带的智本设备优点：通过钻机自带的智能化操作平台，可实现可视化顶推根能化操作平台，可实现可视化顶推根键，达到精确定位、顶进的效果

38、。采键，达到精确定位、顶进的效果。采用旋挖顶推一体化装置施工，设备灵用旋挖顶推一体化装置施工，设备灵活，高效，实现活，高效，实现“一机多用一机多用”。二、小直径根式钻孔灌注桩基础二、小直径根式钻孔灌注桩基础三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础3.1 3.1 施工工艺施工工艺内衬浇筑内衬浇筑根键顶进根键顶进沉井下沉沉井下沉沉井立模、沉井立模、制作制作封底封底根式沉井基础根式沉井基础施工工艺施工工艺三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础72三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础空气幕辅助空气幕辅助 下沉到位下沉到位 封底封底取土下沉取土下沉 首节沉井立模及制作首节沉井立模及制作

39、沉井接高沉井接高 空气幕辅助空气幕辅助73三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础根键顶进根键顶进 根键顶进到位根键顶进到位安装顶进平台安装顶进平台 预制根键预制根键 根键顶进根键顶进（动画）（动画）内衬浇筑内衬浇筑 顶板浇筑顶板浇筑 743.2 3.2 根式基础防水、根键止水工艺根式基础防水、根键止水工艺 分分6 6步设置，依次为：井壁挡板防水步设置，依次为：井壁挡板防水橡胶止水带止水橡胶止水带止水挤密式构挤密式构造止水造止水快速顶进快速顶进末端快凝止水末端快凝止水内衬永久止水。内衬永久止水。高密度聚乙烯板挡水内衬永久止水内衬永久止水 安装橡胶止水带安装橡胶止水带挤密式构造止水挤密式构造

40、止水大行程千斤顶快速顶进大行程千斤顶快速顶进预留凹槽内涂快凝防水材料预留凹槽内涂快凝防水材料 三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础75三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础 自平衡法是把一种特制的加载装置自平衡法是把一种特制的加载装置荷载箱埋入沉井井壁内，利用自平衡来荷载箱埋入沉井井壁内，利用自平衡来维持加载。根据已测得的各土层摩阻力维持加载。根据已测得的各土层摩阻力-位移曲线，转换至桩顶，得到试桩等效位移曲线，转换至桩顶，得到试桩等效转换曲线。转换曲线。3.3 3.3 根式沉井基础测试根式沉井基础测试3.3.1 3.3.1 试验原理试验原理自平衡法试验原理示意图自平衡法试验原理

41、示意图三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础 采用自平衡法进行测试，根式基础外径采用自平衡法进行测试，根式基础外径6m6m，深，深39m39m，荷载箱距底端，荷载箱距底端5.5m,5.5m,最大最大的测试荷载的测试荷载120,000 KN,120,000 KN,分别进行竖向静载和水平静载试验。分别进行竖向静载和水平静载试验。根式基础荷载箱实物图根式基础荷载箱实物图773.3.2 3.3.2 测试简介测试简介三、大直径根式沉井基础三、大直径根式沉井基础92,00452,016承载力（承载力（KNKN）侧摩阻力（侧摩阻力（KNKN）竖向静载试验结果对比竖向静载试验结果对比59,07419,0

42、46水平静载试验结果对比水平静载试验结果对比有根键有根键无根键无根键16,00010,000承载力（承载力（KNKN）有根键有根键无根键无根键承载力提高达承载力提高达75%75%侧摩阻力提高侧摩阻力提高210%210%承载力提高达承载力提高达60%60%783.3.3 3.3.3 测试结果测试结果四、钻沉法根式管桩基础四、钻沉法根式管桩基础 4.1 4.1 基础形式适用范围的探讨基础形式适用范围的探讨0.50.670.81.01.31.64OOOOO5OOOOO6OOOOO8OOOOO1012OOOOO直径直径 壁厚壁厚适用根式管桩基础适用根式管桩基础根式管桩基础与根式沉井根式管桩基础与根式沉

43、井根式管桩基础与根式沉井基础两种工法适用范围根式管桩基础与根式沉井基础两种工法适用范围（单位：（单位：m m）适用根式沉井适用根式沉井 下沉系数小于下沉系数小于1.21.2时，不易下沉；下沉系数大于时，不易下沉；下沉系数大于1.21.2时，下沉可控；下沉系数时，下沉可控；下沉系数等于等于1.21.2时，两种工法可根据实际情况选择。时，两种工法可根据实际情况选择。下沉系数大于下沉系数大于1.21.2下沉系数等于下沉系数等于1.21.2下沉系数小于下沉系数小于1.21.2四、钻沉法根式管桩基础四、钻沉法根式管桩基础794.2 4.2 施工工艺流程概述施工工艺流程概述钢壁制作钢壁制作成孔施工成孔施工

44、钢壁钢壁砼浇筑砼浇筑根键顶进根键顶进根式管桩基础施工根式管桩基础施工封底封底80四、钻沉法根式管桩基础四、钻沉法根式管桩基础 胎架及内壁制作胎架及内壁制作 钢骨架加工钢骨架加工 根键外套固定根键外套固定 钢结构受力钢筋架设钢结构受力钢筋架设 外壁压浆管安装外壁压浆管安装 钢壁涂装钢壁涂装 4.3 4.3 钢壁制作钢壁制作81四、钻沉法根式管桩基础四、钻沉法根式管桩基础 钢壁结构示意图钢壁结构示意图4.3 4.3 钢壁制作钢壁制作82四、钻沉法根式管桩基础四、钻沉法根式管桩基础 KTY4000KTY4000型动力头钻机钻孔型动力头钻机钻孔 成孔质量控制成孔质量控制4.4 4.4 成孔施工成孔施工

45、 终孔泥浆指标控制为终孔泥浆指标控制为:相对密度相对密度1.20,1.20,黏度黏度22Pa.s,22Pa.s,含砂率含砂率0.5%6m)(6m)的系列化根式基础研究的科研研究。的系列化根式基础研究的科研研究。20072007年年 根式（沉井）基础研究根式（沉井）基础研究 20062006年年 悬索桥根式锚碇基础新技术研究悬索桥根式锚碇基础新技术研究 20082008年年 大跨径悬索桥新型根式基础关键技术、先进工艺和装备大跨径悬索桥新型根式基础关键技术、先进工艺和装备 20092009年年 根式钻孔灌注桩基础研究根式钻孔灌注桩基础研究 20102010年年 模块式现浇根式基础研究模块式现浇根式

46、基础研究 2011 2011年年 根式基础技术规程根式基础技术规程2012-20132012-2013年年根式基础及根式锚碇水平承载力及长期稳定性研究根式基础及根式锚碇水平承载力及长期稳定性研究u已鉴定的科研成果已鉴定的科研成果(前四项）前四项）鉴定为原创性成果，鉴定为原创性成果，达到国际领先或先进水平。达到国际领先或先进水平。90六、总结六、总结l 20072007年年1010月，安徽省交通厅组织鉴定委员会对月，安徽省交通厅组织鉴定委员会对“根式基础研究根式基础研究”成果鉴定，由多名院士成果鉴定，由多名院士及设计大师组成的鉴定委员会一致认为根式基础研究具有原创性意义的成果，研究成果达及设计大

47、师组成的鉴定委员会一致认为根式基础研究具有原创性意义的成果，研究成果达到国际领先水平，有很好的发展和推广前景到国际领先水平，有很好的发展和推广前景l 20082008年年6 6月，安徽省交通运输厅、科技厅组织鉴定委员会对月，安徽省交通运输厅、科技厅组织鉴定委员会对“悬索桥新型根式锚碇新技术悬索桥新型根式锚碇新技术研究研究”进行鉴定，由院士及设计大师组成的鉴定委员会鉴定委员会一致认为该研究提出了进行鉴定，由院士及设计大师组成的鉴定委员会鉴定委员会一致认为该研究提出了悬索桥一种新的锚碇基础形式，有效地发挥了土体的受力特性，提高基础承载力，研究成悬索桥一种新的锚碇基础形式，有效地发挥了土体的受力特性

48、，提高基础承载力，研究成果达到国际先进水平。果达到国际先进水平。l 20112011年召开年召开大跨径悬索桥新型根式基础关键技术、先进工艺和装备大跨径悬索桥新型根式基础关键技术、先进工艺和装备验收鉴定会，由院士及验收鉴定会，由院士及设计大师组织的鉴定委员会鉴定，认为研究成果达到国际领先水平。设计大师组织的鉴定委员会鉴定，认为研究成果达到国际领先水平。91六、总结六、总结六、总结六、总结 l 经过施工工艺、试验、理论分析及设计方法的研究，形成了一套较包括施工工艺、计算理论、设计方法以及设备研发等完整的根式基础研究成果,根式根式基础技术规程目前正在编审中。基础技术规程目前正在编审中。l 在中外核心期刊发表12篇论文(ASCE,Civil Engineering)，获得2 2项发明专利和项发明专利和6 6项实用新型专利。项实用新型专利。92