港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用

1、港珠澳大橋 工程介紹設(shè)計所所長設(shè)計所所長概 述1主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2建 橋 條 件3設(shè) 計 理 念4預(yù) 制 墩 臺5鋼主梁整體制造及架設(shè)技術(shù)6鋼主塔預(yù)制及架設(shè)技術(shù)7港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用1 概 述港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用珠海澳門 工程總長約50公里，是世界上規(guī)模最大的跨海工程。建成通車之后，“香港上班、珠海居住”將成為可能。1 概述香港港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用珠海、澳門口岸深水區(qū) 鋼箱梁珠海側(cè)接線淺水區(qū) 組合梁青州航道橋九洲航道橋江海直達(dá)船航道橋沉管隧道1 概述港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用東人工島西人工島沉管隧道香港側(cè)接線香港口岸1 概述港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用

2、2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用(1) 公路等級：高速公路；(2) 設(shè)計速度：海中橋梁設(shè)計速度為100km/h；(3) 行車道數(shù)：雙向六車道；(4) 設(shè)計壽命：120 年；(5) 建筑限界：路面總寬度：33.10m；(6) 設(shè)計規(guī)范：同時滿足三地規(guī)范要求；(7) 設(shè)計荷載：將現(xiàn)行交通運輸部頒公路橋梁設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）第4.3.1 條規(guī)定的汽車荷載中規(guī)定的汽車荷載（公路級）提高25%用于本項目設(shè)計計算。按香港United Kingdom Highways Agencys Departmental StandardBD 37/01規(guī)定的汽車荷載進(jìn)行計算復(fù)核；2

3、.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用(8) 設(shè)計最高通航水位：3.52m3.52m（19851985 國家高程基準(zhǔn)）；(9) 設(shè)計最高水位：3.82m3.82m（19851985 國家高程基準(zhǔn)）；(10) 設(shè)計通航凈空：橋區(qū)通航孔設(shè)置以及通航孔凈空尺度要求見下表所示；其中，海事部門要求青州航道橋橋跨凈寬（扣除承臺及防撞設(shè)施）不小于410m。2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通航孔所在航道通航孔所在航道通航噸級通航噸級( () )通航孔個數(shù)通航孔個數(shù)凈空高度凈空高度(m)(m)凈空寬度凈空寬度(m)(m)備備 注注青州航道青州航道10000100001 142.042.03183

4、18單孔雙向單孔雙向九洲航道九洲航道10000100001 140.040.0210210單孔雙向單孔雙向江海直達(dá)船航道江海直達(dá)船航道500050002 224.524.5173173單孔單向單孔單向各小船航道各小船航道500500- -20.020.08585利用邊孔利用邊孔各通航孔凈空尺度表(11) 地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：地震基本烈度為VII 度；(12) 設(shè)計洪水頻率：1/300。2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用3 建橋條件 港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用橋址區(qū)建橋條件復(fù)雜，歸納起來主要有以下幾點：3 建橋條件1）風(fēng)況復(fù)雜，臺風(fēng)登陸頻繁，橋址區(qū)設(shè)計基本風(fēng)速高達(dá)48.7m/s2）

5、橋位處航道眾多、航行密度大、對航行安全要求高3）工程建筑高度（含施工期）需滿足香港及澳門機(jī)場航空限制港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用3 建橋條件1）風(fēng)況復(fù)雜，臺風(fēng)登陸頻繁，橋址區(qū)設(shè)計基本風(fēng)速高達(dá)48.7m/s2）橋位處航道眾多、航行密度大、對航行安全要求高3）工程建筑高度（含施工期）需滿足香港及澳門機(jī)場航空限制4）橋軸線穿越珠江口中華白海豚保護(hù)區(qū)，環(huán)保要求嚴(yán)格中中華華白海豚自白海豚自然保然保護(hù)區(qū)護(hù)區(qū)試試驗驗區(qū)區(qū)緩緩沖沖區(qū)區(qū)核核心心區(qū)區(qū)珠珠海海澳澳門門香港香港機(jī)機(jī)場場大大嶼嶼山山粵港分粵港分界界線線珠珠江江口口橋軸線與中華白海豚保護(hù)區(qū)關(guān)系圖橋軸線與中華白海豚保護(hù)區(qū)關(guān)系圖橋址區(qū)建橋條件復(fù)雜，歸納起

6、來主要有以下幾點：5）工程處于珠江三角洲重要的泄洪納潮通道，減小阻水率以滿足防洪要求港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用4 設(shè)計理念港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用4 設(shè)計理念4.設(shè)計理念n 港珠澳大橋項目的建設(shè)目標(biāo)是：采用一流管理、一流理念、現(xiàn)代化技術(shù)，將港珠澳大橋建設(shè)成為世界一流品質(zhì)的跨海通道和地標(biāo)性建筑，為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)n 建設(shè)理念： 需求引導(dǎo)設(shè)計港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用4 設(shè)計理念4.設(shè)計理念n 設(shè)計使用年限：120年n 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高：同時滿足三地技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)n 工程規(guī)模浩大n 建橋條件復(fù)雜橋梁構(gòu)件預(yù)制化是核心內(nèi)容n建設(shè)方針：大型化、工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、裝配化 港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)

7、應(yīng)用4 設(shè)計理念4.設(shè)計理念本項目橋梁工程全長22.9公里，非通航孔橋占87.6%，是本項目建設(shè)工期、工程質(zhì)量、工程投資的控制因素。為全面實現(xiàn)大橋總體建設(shè)目標(biāo)，非通航孔橋建設(shè)廣泛應(yīng)用了預(yù)制化技術(shù)，基礎(chǔ)采用墩臺預(yù)制吊裝施工，上部結(jié)構(gòu)均采用整孔預(yù)制、架設(shè)。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺 港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.1 預(yù)制墩身技術(shù)應(yīng)用回顧 東海大橋模式底節(jié)墩身預(yù)制，現(xiàn)澆接高不足：未能實現(xiàn)最大限度減小海上現(xiàn)澆作業(yè)的目標(biāo) 杭州灣跨海大橋模式在控制吊高及吊重的基礎(chǔ)上，整體預(yù)制不足：港珠澳平均墩高較高，無法實現(xiàn)全部墩身預(yù)制目標(biāo)。上述工程均采用一次吊裝，沒有多節(jié)段安裝的先例

8、，無法解決高墩預(yù)制安裝。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺東海大橋和杭州灣跨海大橋預(yù)制墩身與承臺連接方式：均采用現(xiàn)澆濕接頭的連接方式，節(jié)段之間不設(shè)接頭。不足：現(xiàn)澆接頭放在墩身和承臺之間，受力比較復(fù)雜，接頭區(qū)域出現(xiàn)裂紋病害；承臺和較高的墩身均需現(xiàn)澆，質(zhì)量無法保證。上述問題需要進(jìn)一步研究解決。杭州灣濕接頭方案5.1 預(yù)制墩身技術(shù)應(yīng)用回顧港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.2 港珠澳大橋預(yù)制墩臺技術(shù)的突破杭州灣跨海大橋施工方案的確定，基于當(dāng)時施工裝備和施工能力；港珠澳大橋建設(shè)者秉承“需求引導(dǎo)設(shè)計”的理念，考慮到機(jī)具設(shè)備能力的大幅提升，提出了墩身、承臺采用大節(jié)段預(yù)制安裝方案，最大

9、程度減少海上施工，從技術(shù)上突破吊裝重量、接頭施工的限制。5.2.1 設(shè)計理念的突破港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺 預(yù)制承臺技術(shù)在國內(nèi)首次采用預(yù)制技術(shù)施工埋置式承臺，設(shè)計過程中開展了埋置式墩臺專題研究及現(xiàn)場足尺試驗，對于相關(guān)技術(shù)難點和關(guān)鍵技術(shù)予以驗證。實踐表明，該方案具有施工便捷、迅速，混凝土質(zhì)量優(yōu)良，結(jié)構(gòu)整體性好等優(yōu)點。承臺預(yù)制5.2.2 技術(shù)上的突破港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺 預(yù)制墩身技術(shù)非通航孔橋墩身全部采用預(yù)制方案，摒棄了過往依據(jù)施工機(jī)具設(shè)備能力確定預(yù)制墩身范圍的思路，對于提高工程質(zhì)量具有積極意義；為降低阻水比，港珠澳大橋下部結(jié)構(gòu)采用整墩布置，預(yù)制墩身規(guī)模

10、大大超過以往，墩身采用多段預(yù)制、接高成為必然選擇。墩身預(yù)制5.2.2 技術(shù)上的突破港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺 預(yù)制墩身與承臺的連接杭州灣大橋采用濕接頭連接，由于接頭區(qū)受力復(fù)雜，容易開裂。港珠澳大橋采用底節(jié)墩身與承臺整體預(yù)制，避免在兩者交界面形成施工縫，從而改善接頭受力，提高了結(jié)構(gòu)耐久性。5.2.2 技術(shù)上的突破港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3 港珠澳大橋埋床法預(yù)制墩臺施工技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.1 大圓筒干法安裝方案該方案源于港珠澳隧道人工島成島方案：港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.1 大圓筒干法安裝方案缺

11、點優(yōu)點港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.2 分離式膠囊柔性止水方案港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺止水原理：分離式止水膠囊由環(huán)形托盤、內(nèi)側(cè)止水膠囊、頂面GINA止水帶以及張拉收緊裝置組成。預(yù)制墩臺調(diào)整到位后，通過收緊張拉裝置，壓合GINA止水帶，實現(xiàn)環(huán)形托盤與承臺間的水平向止水，之后向設(shè)置于環(huán)形托盤與鋼管樁間的止水膠囊充氣，實現(xiàn)鋼管樁與承臺間的豎向止水。5.3.2 分離式膠囊柔性止水方案港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.2 分離式膠囊柔性止水方案缺點優(yōu)點港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.3 無內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)雙壁鎖口鋼套箱圍堰方案港珠

12、澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.3 無內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)雙壁鎖口鋼套箱圍堰方案施工照片特點：技術(shù)成熟，風(fēng)險小，適用于水深不大、基巖埋深較淺的區(qū)域港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.3.4 小結(jié)實踐表明，三種方案各有特點，從預(yù)制承臺的設(shè)計思路上來講，分離式分離式止水膠囊方案止水膠囊方案構(gòu)造簡單，與預(yù)制承臺設(shè)計理念更為接近，針對其施工工序繁瑣和止水風(fēng)險等，可進(jìn)一步研究，以優(yōu)化構(gòu)造設(shè)計，完善止水措施，實現(xiàn)設(shè)計理念和施工工藝的完美融合，以促進(jìn)預(yù)制承臺技術(shù)推廣應(yīng)用。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.4 預(yù)制墩身接高技術(shù)5.4.1 干接方案深水區(qū)非通航孔橋預(yù)制墩身之間在國

13、內(nèi)率先采用干接縫形式進(jìn)行連接，避免了現(xiàn)場澆筑混凝土，不僅簡化了現(xiàn)場作業(yè)工序，縮短施工周期，而且有利于確保結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)耐久性。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.4.1 干接方案采用強(qiáng)度高、錨固回縮小的大直徑高強(qiáng)螺紋鋼筋，滾壓連續(xù)全螺紋可有效降低錨具的回縮，提高錨固性能。錨固體系包括四個部分：張拉錨固系統(tǒng)、固定端錨固系統(tǒng)、鋼筋接長系統(tǒng)、波紋管連接密封系統(tǒng)。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺采用強(qiáng)度高、錨固回縮小的大直徑高強(qiáng)螺紋鋼筋，滾壓連續(xù)全螺紋可有效降低錨具的回縮，提高錨固性能。錨固體系包括四個部分：張拉錨固系統(tǒng)、固定端錨固系統(tǒng)、鋼筋接長系統(tǒng)、波紋管連接密封

14、系統(tǒng)。5.4.1 干接方案港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.4.2 濕接方案港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺墩身的大節(jié)段預(yù)制安裝要滿足安裝精度，勢必大幅提高承臺的安裝精度，這對于惡劣海況條件下施工是極大的挑戰(zhàn)。采用濕接頭連接方式，具有以下優(yōu)點：1）便于在現(xiàn)澆混凝土范圍內(nèi)，調(diào)整上節(jié)預(yù)制墩身的安裝精度，從而消除安裝誤差，這對于高度較大的預(yù)制墩身安裝精度控制具有重要意義。2）避免采用預(yù)應(yīng)力體系，回避預(yù)應(yīng)力體系失效或遭腐蝕帶來的耐久性風(fēng)險，且結(jié)構(gòu)動力性能較優(yōu)。5.4.2 濕接方案港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用5 預(yù)制墩臺5.4.3 小結(jié) 設(shè)計者基于不同的視角對連接方式采取了

15、不同的方案，兩種連接方式在本項目均取得了很好的應(yīng)用，也同樣存在一定的不足，仍需根據(jù)工程實踐經(jīng)驗進(jìn)一步總結(jié)完善，兩者間的比選尚需在運營期更長的時間內(nèi)予以驗證。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁整體制造及架設(shè)技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)設(shè)計階段開展的專題研究 鋼箱梁：鋼箱連續(xù)梁合理構(gòu)造系統(tǒng)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究 鋼箱連續(xù)梁制造及安裝關(guān)鍵技術(shù)研究 連續(xù)鋼箱梁橋面鋪裝方案加速加載試驗研究 鋼箱梁防腐及維護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究組合梁：組合連續(xù)箱梁合理構(gòu)造系統(tǒng)和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)研究 組合

16、連續(xù)箱梁制造及安裝關(guān)鍵技術(shù)及運營階段性能研究港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.1 車間化生產(chǎn)板單元生產(chǎn)車間鋼塔加工車間鋼板下料車間鋼塔制作車間鋼主梁制作車間港珠澳大橋鋼結(jié)構(gòu)制作從板單元制作、小節(jié)段拼裝、整孔大節(jié)段組裝、鋼塔制作及組拼、鋼結(jié)構(gòu)整體涂裝等所有工序均在車間內(nèi)完成，制作環(huán)境的改善對鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量及耐久性的提升奠定了堅實的基礎(chǔ)。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.2 板單元制作的機(jī)械化和自動化板單元自動除銹設(shè)備焊接邊及坡口加工數(shù)控切割機(jī)下料板單元精確定位組裝港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.2 板單元制作的機(jī)械化和自

17、動化隔板焊接機(jī)器人系統(tǒng)門式多電極焊機(jī)焊接板單元港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.3 鋼主梁節(jié)段制作技術(shù)6.3.1 焊接數(shù)字化群控技術(shù)采用焊接數(shù)字化群控技術(shù)，對焊接過程的電流、電壓及焊接速度有效控制。能實現(xiàn)對施焊電流、電壓、施焊速度等參數(shù)實現(xiàn)在線監(jiān)控，確保焊接質(zhì)量的可控性、可追溯性?？刂剖译娏鞅O(jiān)控界面電壓監(jiān)控界面港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.3.2 自動化焊接技術(shù)軌道式機(jī)器人無盲區(qū)小車首次采用立位軌道式焊接機(jī)器人實現(xiàn)腹板對接焊自動化作業(yè)、無盲區(qū)焊接小車實現(xiàn)腹板與底板焊接自動化作業(yè)。無損檢測結(jié)果表明，焊縫質(zhì)量優(yōu)良率大幅提高，焊縫外觀質(zhì)量完美，

18、減少了焊縫修磨工作，結(jié)構(gòu)耐久性和抗疲勞性能提高。港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.3.3 無損傷制造工藝為避免上述制造過程中對鋼結(jié)構(gòu)母材的損傷，港珠澳大橋大力推行無損傷制造工藝，即通過對工藝裝備和工法的進(jìn)一步研發(fā)，改變傳統(tǒng)做法，從而避免鋼主梁制作過程中人為操作對母材的損傷。無馬對接、壓重控制焊接變形無損吊運、翻身技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.4 鋼主梁大節(jié)段整體制作技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.5 整孔架設(shè)技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.5 整孔架設(shè)技術(shù)港珠澳大橋橋梁工

19、程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用6 鋼主梁制作及架設(shè)技術(shù)6.5 整孔架設(shè)技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用7 主塔制作及安裝技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用7 主塔制作及架設(shè)技術(shù)7 主塔制作及安裝技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用7 主塔制作及安裝技術(shù)7 主塔制作及架設(shè)技術(shù)7.1鋼塔節(jié)段無馬組焊技術(shù)對幾何精度要求極高的鋼塔節(jié)段，采取了內(nèi)外無馬約束方案。鋼塔節(jié)段焊接變形約束情況以前鋼塔節(jié)段焊接變形約束情況港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用7 主塔制作及架設(shè)技術(shù)對鋼塔節(jié)段外側(cè)的四條棱角深坡口焊縫，采取了小車CO2氣保焊或埋弧焊接；對隔板與腹板的立位角焊縫，盡可能地采用了立位CO2氣保焊小車焊接。隔板與腹板立位焊縫焊接棱角深坡口焊接焊接及成形效果7 主塔制作及安裝技術(shù)港珠澳大橋橋梁工程預(yù)制化技術(shù)應(yīng)用7 主塔制作及架設(shè)技術(shù)7.2 鋼塔節(jié)段端面加工技術(shù) 為了保證鋼塔柱線形要求，對鋼塔節(jié)段采用了“高精度的激光跟蹤測量系統(tǒng)（簡稱API）劃線及檢測+數(shù)控調(diào)整系統(tǒng)找正定位+大型端面銑床”成套端面加工技術(shù)。API測量劃線、最終檢測鋼塔節(jié)段端面加工7 主塔制作及