维普资讯 http://www.cqvip.com 润扬大桥悬索桥基础结构的技术创新 吉林 ５１ 文章编号：１００３—４７２２（２ｏ０３）０４—００５１—０３ 润扬大桥悬索桥基础结构的技术创新 吉 林 （江苏省长江公路大桥建设指挥部，江苏镇江２１２００２） 摘要：润扬长江公路大桥作为我国长江上第一座由悬索桥和斜拉桥组合而成的特大型桥 梁，工程规模大、技术含量高。在悬索桥基础施工中，应用了排桩冻结法、深基坑千吨钢套箱的整体 吊装等施工、测试技术，并在全桥全面推广使用了低碱水泥。 关键词：悬索桥；桥梁基础；地下连续墙；信息化施工技术；自平衡测桩法 中圈分类号：Ｕ４４５．４；Ｕ４４６ 文献标识码：Ａ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｉｎｎ０ｖａｔｉ０ｎｓ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｒｕｎｙａｎｇ Ｂｒｉｄｇｅ Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ Ｓｐａｎｓ ＪＪ Ｌ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｍｍａｎｄｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ ２１２００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｅｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｍａｊｏｒ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｂｏｔｈ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｐａｎｓ ａｎｄ ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ ｓｐａｎｓ ｏｖｅｒ ｔｈｅ ｍｉｇｈｔｙ Ｃｈａｎ￣ｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，Ｒｕｎｙａｎｇ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｉｖｅｒ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ａ ｐｒｏｊｅｃｔ ｔｈａｔ ｉｓ ｌａｒｇｅ ｉｎ ｓｃａｌｅ ａｎｄ ｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｎ— ｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｓｐａｎｓ，ｔｈｅ ｐｉｌｅ ｂｅｎｔ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｌｉｆｔｉｎｇ，ｉｎ— ｓｔａｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ １ ０００一ｔｏｎ ｓｔｅｅｌ ｂｏｘｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｉｎ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｐｉｔ ａｒｅ ｕｓｅｄ，ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗ－ａｌｋａｌｉ ｃｅｍｅｎｔ ｉｓ ｗｉｄｅｌｙ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｒｉｄｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｂｒｉｄｇｅ；ｂｒｉｄｇｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｗａｌｌ；ｉｎｆｏｒｍｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃ— ｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；ｐｉｌｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｅｌｆ—ｂａｌａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｌ工程概况 力混凝土连续箱梁桥。大桥全线采用６车道高速公 润扬长江公路大桥工程全长３５．６６ ｋｍ，分为北 路标准，桥面净宽３２．５ ｍ，设计车速１００ ｋｍ／ｈ。 岸接线工程、主桥工程、南岸接线工程和南接线延伸 段４个部分，工程总投资约５３亿元人民币，建设工 ２基础结构技术创新成果 期５年，已于２０００年１０月开工，计划２００５年１０月 ２．１北锚基础地下连续墙工程 前建成通车。其中，跨江主桥工程全长７．４ ｋｍ，由 润扬大桥悬索桥北锚碇基础位于长江中间的世 北引桥、北汉主桥、世业洲高架桥、南汉主桥、南引桥 业洲尾部，距长江大堤仅７０ ｍ，锚区内断裂带、破碎 ５个部分组成。长江在桥位处被江中心小岛分隔成 带分布广泛，基岩风化程度极不均匀，局部裂隙发 南北两汉，南汉为长江的主河槽，采用主跨１ ４９０ ｍ 育，基岩面局部起伏大。以淤泥质亚粘土和粉细砂 的单跨双铰钢箱梁悬索桥（图１），跨度为目前中国 为主的覆盖层厚度约５０ ｍ，地下水位高，且与长江 第一、世界第三；北汉主桥采用（１７６＋４０６＋１７６）ｍ 的水力联系密切。在此复杂的地质水文条件下，北 的三跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥。引桥均采用预应 锚碇要承受主缆传递的约６８ ＭＮ的拉力，基础结构 收稿日期：２ＯＯ３—０２—２０ 作者简介：吉林（１９６２一），男，高级工程师，１９８４年毕业于同济大学桥梁工程专业，工学学士，１９８７年毕业于同济大学结构工程专业，工学 硕士，１９９２年赴Ｅｌ研修。 维普资讯 http://www.cqvip.com ５２ 桥梁建设 ２００３年第４期 单位：ｍ 图１ 南汊悬索桥总体布置 形式的选取是关键。通过带案招标，由专家评审选 取了有利于永久结构受力的基础形式一矩形地下连 续墙支护结构（图２） 。该基础平面尺寸６９ ｍＸ ５０ ｍ，基础底标高一４５ ｍ，开挖深度最大达５０ ｍ，支承 在弱、微风化岩顶面。作为挡土及防渗结构的地下 连续墙墙体厚仅１．２ ｍ，平均深度５３ ｍ，最大深度 达５６ ｍ，嵌入弱风化、微风化岩中。如此规模的超 深基坑较为罕见。 单位：ｃｍ 图２北锚基坑结构立面 ２．２排桩冻结法的首次采用 鉴于悬索桥南锚锚区地质水文条件复杂，该项 工程在施工招标阶段采取“带案招标”的方式。经过 专家组对众多投标方案一沉井、地下连续墙、冻结、 地下连续墙加冻结、排桩加冻结等方案的反复论证， 最终确定采用冻结排桩基坑围护方案进行基坑施 工。冻结排桩法施工方案基本思路是以人工制冷冻 结含水地层，形成冻结帷幕墙体作为基坑的封水结 构，以排桩及内支撑系统抵抗水土压力。排桩冻结 法是一种全新的基坑施工工法，应用于桥梁基础工 程在国内属于首次，尚未检索到国外使用该工法进 行敞开式、大面积、深基坑施工的实例。 南锚基础（图３）平面外包尺寸为７０．５ ｍＸ ５２．５ ｍ，四周为钻孔灌注桩，嵌入基岩中约６ １ＴＩ。基础支 承在强风化岩顶面，深２９ ｍ。基础共有排桩１４０ 根，分布在基坑四周，排桩外侧布设冻结孔、注浆孔、 卸压孔。排桩桩径１．５ ｍ，桩长３５ ｍ，桩底标高为 ３２．０ ｍ。注浆孔共７４个，总体注浆量为１ ３７３．４ ｍ。冻结孔１４４个，冻结壁设计厚度１．３ ｍ。卸压 孔共２８８个。基坑采用从上至下逐段挖土、逐段施 工内支撑的混凝土结构。基坑开挖完成并浇筑底板 后，在开挖完成的内部空间用混凝土进行填充。 图３南锚基坑平面布置 ２．３深基坑信息化施工技术 润扬大桥悬索桥南北锚碇基坑均属超大深基 坑，鉴于国内尚无类似设计和施工经验，在开挖过程 中，全面采用了信息化施工方法，对结构的内力、位 移、变形及水土压力、温度变化等情况进行全面系统 的监测监控，并运用正演分析和反演分析，对基坑施 工及时提出有效的指导性意见，为施工中科学地决 策提供了有力的支持，保证了基坑施工的快速安全。 其中，北锚基坑的信息化施工成效尤其显著，不仅成 功保障了工程进度，并使北锚基坑开挖比计划工期 提前了近２个月。 北锚基坑信息化施工体系由信息采集、信息处 理、信息反馈三部分组成。信息采集是通过监测系 统实现的。北锚基坑共埋设测点１ ８００多个，在基 坑开挖过程中，对地下连续墙垂直沉降、平面位移、 纵向变形、墙体钢筋应力、内支撑轴力、立柱桩内力、 坑内坑外地下水位、坑外孔隙水压力、坑外地基沉 降、长江大堤及附近建筑物变形等进行了监测。将 监测数据输入计算机运用专门的软件进行信息处 维普资讯 http://www.cqvip.com 润扬大桥悬索桥基础结构的技术创新 吉林 理，提交给科研单位进行分析研究。北锚基坑施工 的分析研究工作包括：空间模型的计算反演分析；神 经网络反分析预测；结构（包括封水）安全的复核计 算。根据信息处理和预测结果，对基坑施工及时提 出有效的指导性意见，并对基坑施工工艺和顺序及 时进行动态调整。北锚基坑的信息化施工技术使基 坑施工始终处于受控状态，及时发现问题，及时处理 问题，掌握工程进展的主动权，做到了施工技术的科 学化、信息化、标准化和规范化。 ２．４索塔基础大直径钻孔桩足尺承载力试验 悬索桥南、北索塔基础均采用３２根直径２．８ ｍ 的钻孔灌注桩，设计的单桩最大极限承载力高达１１０ ＭＮ，如采用传统堆载或锚桩试验方案，费用高、风险 大、时间长。另外，北汉斜拉桥索塔桩基础均在深水 中，采用常规静载试验方法也面临着巨大的技术困难 和经费开支。因此，建设单位采用先进的桩承载力自 平衡试桩法，对桩基础进行试桩试验以确定单桩承载 力、分层岩土摩擦力、端阻力、桩基沉降、桩弹性压缩、 岩土塑性变形，找出优化的桩端持力层、桩长、桩径， 为设计人员优化桩基设计提供必要的依据。 自平衡测桩法是在桩尖附近安设荷载箱，沿垂 直方向加载，即可同时测得荷载箱上、下部各自承载 力。自平衡测桩法的主要装置是一种经特别设计可 用于加载的荷载箱。它主要由活塞、顶盖、底盖及箱 壁四部分组成。顶、底盖的外径略小于桩的外径，在 顶、底盖上布置位移棒。将荷载箱与钢筋笼焊接成 体放入桩体后，即可浇捣混凝土成桩。试验时，在 地面上通过油泵加压，随着压力增加，荷载箱将同时 向上、向下发生变位，促使桩侧阻力及桩端阻力的发 挥。荷载箱中的压力可用压力表测得，荷载箱的向 上、向下位移可用位移传感器测得。因此，可根据读 数绘出相应的“向上的力与位移曲线”及“向下的力 与位移曲线”，根据２条Ｑ～Ｓ曲线及相应的Ｓ— ｌ 、Ｓ—ｌｇＱ曲线，可分别求得荷载箱上段桩及下段 桩的极限承载力，将上段桩极限承载力经一定处理 后与下段桩极限承载力相加即为桩极限承载力。 在悬索桥南塔承载力试验时， ２．８ ｍ工程试桩 测试承载力高达１２０ ＭＮ。 ２．５干吨钢套箱的整体吊装 润扬长江公路大桥悬索桥北塔采用群桩承台基 础。哑铃形承台平面尺寸为２１．６ ｍ×２１．６ ｍ，两承 台间用１２ ｍ×１９．８３７ ｍ系梁连成整体，承台与系 梁高度均为６ ｍ，其顶标高为＋５．３ ｍ，底标高为 ５３ ０．７ ｍ。由于北塔位于江边水中，承台施工条件 受到限制；同时，承台在枯水季节会露出水面，其外 观质量十分重要，因此选用钢套箱作为浇筑承台的 挡水建筑物和模板。 ‘ 钢套箱平面亦呈哑铃形，内空净尺寸与承台系 梁尺寸一致，为双壁钢结构，内外壁间距１ ｍ，能自 浮，结构主要由底板、套箱壁体、吊耳、拉压杆、支撑 系统及联通器等部分组成。钢套箱与护筒及辅助桩 之间用拉压杆连接，以承受钢套箱自重、封底混凝土 重量、承台与系梁混凝土重量及水流压力、浮托力。 钢套箱长６５ ｍ，宽２３．６ ｍ，高９ ｍ，重达１ ０００ ｔ，构件分块制作，在驳船胎架上拼装成整体，由 １ ３００ ｔ起重船一次性整体吊装，堪称“长江第一 吊”。这是国内桥梁基础施工的一次大胆创新，既提 高了承台施工的内在质量和外观质量，又大大节省 了施工时间。 ２．６全面推广使用低碱水泥 根据交通部公路工程国内招标文件范本（１９９９ 年版）的规定，不使用碱活性集料时，可以不对混凝 土中的总碱量进行控制。范本对水泥碱含量也没有 明确要求。为了确保润扬大桥工程质量，提高混凝 土品质，改善混凝土耐久性，同时也考虑到混凝土集 料料源的不均一性及供应的复杂性，特别是在恰逢 长江封砂、砂价暴涨、砂源复杂的情况下，建设单位 借鉴国内外工程的经验，咨询国内知名混凝土专家， 慎重决策，把保证工程长期耐久性作为最重要的目 标，决定在不使用具有碱活性集料的同时，控制水泥 碱含量，在润扬大桥混凝土结构物工程中全面使用 低碱水泥，并尽量控制混凝土总碱含量不超过３．０ ｋｇ／ｍ。。低碱水泥在润扬大桥的全面使用，在国内 特大型桥梁工程建设中是第一次。 ３结语 润扬长江公路大桥作为我国长江上第一座由悬 索桥和斜拉桥组合而成的特大型桥梁，是我国目前 规模最大、技术含量很高的现代化公路大桥。自大 桥开工以来，建设单位积极依靠科技进步和技术创 新，保证了大桥的基础工程的施工质量，控制了工程 造价和工期。 参 考 文 献： ［１］吴胜东，吉林，阮静．润扬大桥悬索桥北锚碇基础 方案比选［Ｊ］．桥梁建设，２００３，（２）：４４—４６．
