《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）——第二部分桥梁《复杂海域大跨度栈桥建造技术与标准研究》​

本期项目简介

完成单位: 中铁大桥局集团第五工程有限公司、 中铁大桥局集团有限公司、 中铁大桥局集团第四工程有限公司、 中铁大桥局集团第六工程有限公司

主要完成人: 叶绍其、 张红心、 肖世波、潘胜平、 刘传志、 刘科、 陈洪军、 何万虎、 吴汉湘、 沈大才、 徐启利、 朱雷、 孙国光、 吴强、 顿琳、 刘毅

项目简介

　　(一)项目背景

　　跨海桥梁具有跨线长、整体规模大、施工环境恶劣等特点,施工组织难度大,因此栈桥成为主要的施工组织保障,被广泛应用于工程建设中,为主体结构施工承担材料、人员、机械设备运输通道。

　　目前国内外栈桥多停留于应用层面,对其结构形式、设计荷载、关键施工工艺仍缺乏系统性研究。传统栈桥特点为通常采用贝雷梁,可实现跨度12~15m;目前浅(无)覆盖层尚无规范可计算钢管桩入岩深度及入岩标准;目前国内外尚无使用小导管架辅助栈桥施工的技术;栈桥基础桩径较小,桩间间距小,抵抗水平能力较弱,无法满足海洋环境水平力较大的受力要求;连接系施工方法通常采用桁片散装现场组焊。

　　(二)技术概况

　　该项目以平潭海峡公铁两用大桥为背景和依托,针对复杂海域恶劣的施工环境,覆盖层浅薄、岩面倾斜、裸露等导致栈桥设计与施工难度大的问题,结合海况、地质等条件和工程实际情况,通过理论分析、数值模拟及试验研究,建立了复杂海域大跨度栈桥设计标准,提出了钢管桩入岩锚固深度计算方法及一整套钢管桩入岩判定标准,研发了小导管架结构、具有伸缩调节功能的整体桁片式连接系、大跨度大桥玉#桁梁等,形成了整套栈桥快速施工技术。

　　(三)适用范围

　　适用于跨海桥梁的建设。

　　(四)获奖情况

　　获湖北省公路学会科技进步一等奖、中国交通运输协会2020年度科学技术二等奖。

项目创新点

　　本项目依据极限状态法建立栈桥的设计标准,研究新的栈桥结构形式,以适应恶劣海况对栈桥基础产生的巨大波浪力和水流力;针对复杂的施工海况条件和地质条件,研究栈桥钢桩插打、连接系安装等快速法施工工艺。主要技术创新点有:

　　(1)建立了复杂海域大跨度栈桥设计标准,填补了水深、流急、风大、浪高复杂地质条件下栈桥设计标准的空白。

　　(2)提出了钢管桩入岩锚固深度计算方法,建立了一整套钢管桩入岩判定标准,形成了浅(无)覆盖层区插打钢管桩入岩判定标准和入岩锚固深度的技术标准。

　　(3)研发了小导管架结构、具有伸缩调节功能的整体桁片式连接系、大跨度大桥玉#桁梁整体安装工法,形成了整套栈桥快速施工技术。

同类项目比较

　　本项目主要研究了复杂海域栈桥设计及施工技术,通过理论计算、数值模拟、现场试验以及施工动态分析相结合的方式,对复杂海域环境下栈桥的设计和施工进行了深入的研究,取得的主要创新性成果及与同类技术对比见表1。

应用案例

　　该成果在平潭海峡公铁两用大桥成功实施,推广应用到珠海金海公路大桥,改善了海上恶劣的施工条件,栈桥从建设以来经受了多次台风考验,实践证明该成果对跨海桥梁的栈桥施工具有重要指导意义,产生了良好的经济与社会效益,市场前景广阔。

　　平潭海峡公铁两用大桥全长16郾34km,桥址处气象、海况恶劣,地质条件复杂,结合工程特点全线设置施工栈桥,将长乐岸与人屿岛、长屿岛、小练岛及大练岛等四个岛屿连接起来,仅在通航孔处断开,形成了一条水上施工便道。全线栈桥总长7491郾8m,桥面宽8m,钢管桩+贝雷梁、导管架+支撑桩+大桥玉#桁梁两种结构形式(见图4)。

　　珠海金海公路大桥全长22郾80km,桥址台风、暴雨频繁,地质条件复杂,结合工程特点全线布置施工栈桥,仅在通航孔处断开,形成贯通水上施工通道。全线栈桥总长2032m,桥面宽8m,钢管桩+贝雷梁结构,见图5。

社会效益与经济效益

　　采用自主研发的大桥玉#桁梁作为栈桥上部结构,其最大跨度从15m跨越至36m,节约了钢管桩基础的用量,减少了海上打桩作业。栈桥施工后,与采用独立式海中施工平台相比,提高了工作效率,节约船机费约10765郾86万元。该技术成果已成功运用于平潭海峡公铁两用大桥的栈桥施工,实践证明该技术各项关键技术实施效果良好,为大桥的顺利实施奠定了良好的技术基础,并已成功推广到珠海金海公路大桥的建设中。

　　跨海桥梁具有规模大、长联、多孔,依据海洋地势布设,施工条件恶劣,气象水文多变,船机设备有效作业时间短等特点,该技术成果在此方面具有广阔的技术前景,对后续琼州海峡通道、渤海海峡通道及台湾海峡通道等类似跨海桥梁的建设具有重要借鉴意义。