深水裸岩大直径桥桩施工技术研究与应用

摘要

针对国内外跨深水湖泊、库区或海域大型桥梁建设中浮式平台施工技术的应用现状，本文以受交通条件限制无大型浮吊和驳船的湖库区深水裸岩大桥桩基为研究对象，对深水倾斜裸岩嵌岩桩施工的两个主要技术难题进行研究探讨：一是浮式施工平台和起吊设备的选用和综合设计；二是大直径钢护筒的准确定位和埋设。
　　 首先，创新性地提出采用多用途浮箱替代常规中—60浮箱进行浮式钻孔平台搭建技术，并对其上大吨位门吊进行综合设计，实现了施工工艺简单、建设材料投入少、运营成本低以及结构安全稳定等特点。
　　 然后，在借鉴现有工程经验和参考现有理论基础上，以有限元理论为基础，对钻孔平台和单根钢护筒建立了数学模型，并进行了荷载和边界约束条件分析。同时，以浮箱平台受力平衡原理为基础，提出了浮式平台的刚性近似公式验算方法，在考虑平台对称锚泊条件下，建立了浮式平台水弹性动力学模型，为进一步分析最不利条件下浮箱平台的稳定性奠定了理论基础。
　　 最后，提出了钢护筒裸岩“栽设”埋设技术，先在平台上用冲击钻在基岩上冲孔，冲孔至钢护筒底设计标高，形成定位孔，多后逐节接长钢护筒整体沉放到位，最后在外侧四周浇注水下混凝土形成嵌岩钢管桩，确保了钢护筒嵌岩埋设的平面位置和竖直度，提高了钢护筒水下施工的稳定性，为完善深水区裸岩面上钢护筒埋设施工工艺及推广提供了经验和依据。
　　 本文的研究成果已成功应用于小金山大桥的施工建设中，取得了良好的经济效益、社会效益和环境效益。

目录

文摘

英文文摘

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致谢

1绪论

1.1前言

1.2国内外研究现状

1.2.1桥梁深水基础研究现状

1.2.2深水桩基础施工平台搭建技术研究现状

1.2.3深水桩基础钻孔灌注桩技术研究现状

1.3目前研究中存在的问题

1.4研究内容和目标

1.5研究方法和思路

2浮式平台综合优化布置

2.1引言

2.2多用途浮箱

2.2.1多用途浮箱概念

2.2.2箱体结构与技术性能

2.3起吊系统结构布置和评价

2.3.1起吊系统结构多方案布置

2.3.2起吊系统结构方案综合评价

2.4钻孔平台结构布置

2.5浮式平台关键技术施工工艺

2.5.1浮箱验收

2.5.2浮体组拼

2.5.3起吊系统和下钢护筒操作平台拼装

2.5.4锚碇系统设置

2.5.5浮式平台精确定位

2.5.6浮式平台试吊

2.5.7浮式平台的周转使用

2.6本章小结

3浮式平台结构分析基本理论

3.1引言

3.2钢护筒强度失效理论

3.2.1钢护筒强度失效形式

3.2.2钢护筒屈服准则

3.3有限元理论

3.3.1弹性地基梁有限元计算原理

3.3.2平板壳体有限元计算理论

3.3.3空间梁单元有限元计算理论

3.4钢护筒钻孔平台结构分析

3.4.1单根钢护筒稳定性分析

3.4.2钢护筒钻孔平台受力验算

3.5本章小结

4浮式平台稳定性预测分析

4.1引言

4.2刚性近似公式稳定性验算

4.2浮箱平台水弹性稳定性分析

4.2.1多用途浮箱体锚泊水弹性力学特性分析

4.2.2浮箱平台偏载结构弯扭特性研究

4.2.3浮箱平台水弹性运动方程

4.2.4风载荷

4.2.5流载荷

4.2.6一阶波浪力

4.3本章小结

5钢护筒“栽设”施工技术研究

5.1引言

5.2钢护筒“栽设”施工技术

5.2.1钢管混凝土桩“栽桩”施工工艺

5.2.2钢护筒“栽设”施工工艺原理

5.2.3钢护筒定位孔冲击成形

5.2.4钢护筒接长、沉放

5.2.5钢护筒水下固定、联接

5.2.6钢护筒“栽设”技术特点

5.3钢护筒竖直度和平面位置控制

5.3.1钢护筒现场加工质量控制

5.3.2钢护筒预拼、运输控制

5.3.3钢护筒对接顺直度控制

5.3.4钢护筒导向架辅助下沉

5.3.5钢护筒沉放安全注意事项

5.4本章小结

6工程应用--以小金山大桥深水大直径桩基础施工为例

6.1工程概况

6.2多用途浮式平台综合设计

6.2.1多用途浮式平台结构组成

6.2.2起吊系统结构布置

6.2.3钻孔平台设计

6.2.4锚碇系统设计

6.3门吊、钻孔平台结构受力验算

6.3.1门吊结构受力验算

6.3.2钻孔平台结构受力验算

6.3.3浮式平台稳定、抗倾覆及入水深度验算

6.4钢护筒“栽设”施工

6.4.1钢护筒沉放前冲孔

6.4.2钢护筒接长、沉放

6.4.3钢护筒水下固定、联接

6.4.4钢护筒竖直度和平面位置控制

6.5技术经济效益

6.6本章小结

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

作者简历