杭州灣跨海大橋帶來的技術(shù)貢獻(xiàn)
2017-05-15
一、大橋規(guī)模概況
杭州灣跨海大橋是一座橫跨中國杭州灣海域的跨海大橋,它北起浙江嘉興海鹽鄭家埭,南至寧波慈溪水路灣,全長36公里,是目前世界上最長的跨海大橋。大橋從審批,規(guī)劃經(jīng)歷10年,從興建施工到完工歷時(shí)5年,為確保大橋壽命,在國內(nèi)第一次明確提出了設(shè)計(jì)使用壽命大于等于100年的耐久性要求。
在設(shè)計(jì)階段自然條件中對(duì)需其的氣象特征,地形地貌,水文特征,工程地質(zhì),水文地質(zhì)進(jìn)行分析,主要工程特點(diǎn),工程規(guī)模浩大,自然條件較差水文、氣象條件復(fù)雜,潮大流急,有效作業(yè)時(shí)間短,年均180天左右。工程地質(zhì)條件較差,施工條件差,制約因素多,建設(shè)工期緊,結(jié)構(gòu)耐久性和景觀要求高。
二、測(cè)繪高新領(lǐng)域的應(yīng)用
1.采用ATR 三角高程測(cè)量
跨海高程控制測(cè)量是現(xiàn)代大型橋梁工程測(cè)量的難點(diǎn),結(jié)合杭州灣跨海大橋施工高程測(cè)量控制網(wǎng)的建立,以ATR 技術(shù)為硬件基礎(chǔ),經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,采用ATR 三角高程測(cè)量,在多項(xiàng)精度指標(biāo)上均達(dá)到了國家三等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。測(cè)量目前可以采用GPS 高程、跨河水準(zhǔn)、三角高程測(cè)量等方法。由于受到多種難以克服因素的影響,GPS 測(cè)量轉(zhuǎn)換得到的正常高程,精度還難以穩(wěn)定達(dá)到mm 級(jí),不能滿足高精度施工測(cè)量的要求。而跨河水準(zhǔn)和三角高程測(cè)量方法都存在著遠(yuǎn)距離觀測(cè)照準(zhǔn)誤差大、大氣垂直折光影響嚴(yán)重等困難,雖然跨河水準(zhǔn)采取多種措施可以達(dá)到國家等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求,但其觀測(cè)成本高、效率低,而ATR (Auto2matic Target Recognition 自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別) 技術(shù)的出ATR技術(shù)在杭州灣跨海大橋跨海三角高程測(cè)量中的應(yīng)用出現(xiàn),為三角高程提高測(cè)量效率和精度提供了硬件基礎(chǔ)。
2.GPS打樁定位系統(tǒng)在杭州灣跨海大橋施工中的應(yīng)用
海上打樁, 是大橋海上段建設(shè)的頭道關(guān)鍵工序。然而, 自2002年6月26日東海大橋打下第1根樁起,到當(dāng)年底僅打了351根樁。按照這種速度, 東海大橋要打完全部8000多根樁, 按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)通車, 簡直是不可能的。分析認(rèn)為, 打樁速度慢的原因在于定位測(cè)量困難。為了解決打樁定位測(cè)量難題, 把GPS技術(shù)與常規(guī)定位技術(shù)相結(jié)合, 為每根樁精準(zhǔn)定位。海上定位測(cè)量新技術(shù)的應(yīng)用, 特別是GPS技術(shù)的引入, 大大加快了打樁的速度, 由原來每天只能完成4、5根, 提升到每天最多能完成50根, 在2003年一年就完成了4700多根,為東海大橋按期建成打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
利用GPS打樁系統(tǒng)進(jìn)行打樁定位, 只要把樁位的三維坐標(biāo)和斜率等要素輸入控制系統(tǒng)里, 打樁船會(huì)自動(dòng)地來控制樁的位置。該方法具有速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)打樁定位現(xiàn)場(chǎng)再現(xiàn), 在項(xiàng)目部或公司就可以對(duì)GPS的定位操作進(jìn)行同步監(jiān)控, 并且將有關(guān)的各種數(shù)據(jù)即時(shí)傳送, 在岸上就可以掌握沉樁情況, 對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行檢查復(fù)核, 防止由于參數(shù)錯(cuò)誤而釀成大錯(cuò), 同時(shí)對(duì)沉樁偏位進(jìn)行監(jiān)控, 為技術(shù)管理和施工管理帶來了便利。
隨著無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用, 不僅僅能對(duì)GPS定位進(jìn)行監(jiān)控, 并且還能夠把公司或項(xiàng)目部想要獲得的各種有關(guān)的數(shù)據(jù)從船上即時(shí)傳送到公司或項(xiàng)目部, 把船上要的相關(guān)數(shù)據(jù)即時(shí)地傳送到船上, 為設(shè)備、物資、技術(shù)、施工、航行、安全、人員等各項(xiàng)管理帶來更大的便利, 提高工作效率, 減輕工作強(qiáng)度。實(shí)踐證明, 海上GPS打樁系統(tǒng)在橋梁等水上工程施工中具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
三、大直徑超長鋼管樁
杭州灣跨海大橋海上引橋大部分采用鋼管樁基礎(chǔ), 鋼管樁總計(jì)5 474 根, 鋼管樁分兩類, 直徑分別為1 500 mm 和1 600 mm, 樁長71~ 88 m。88 m長樁是我國迄今為止最長的鋼管樁。大橋鋼管樁為變壁厚結(jié)構(gòu), 上段壁厚22 mm,下段壁厚20 mm, 材質(zhì)均為Q345C。按通常工藝:首先預(yù)制上、下節(jié)不同厚度的鋼管, 然后用環(huán)形焊縫對(duì)接成整樁。對(duì)于超長樁焊拼, 為滿足樁的縱軸彎曲矢高要求, 減少溫度和自重引起的誤差, 需要占用很大的室內(nèi)場(chǎng)地和設(shè)置龐大的組裝對(duì)口機(jī)架胎具。
采用常規(guī)工藝不但生產(chǎn)效率低、周期長, 而且需要增加制樁的成本。采用螺旋成型和螺旋成型角計(jì)算方法,高速埋弧焊工藝。大直徑、超長鋼管樁采用螺旋焊縫管、一次成型的制管技術(shù), 經(jīng)過工程實(shí)踐, 證明是可行和合理的, 對(duì)提前完成杭州灣跨海大橋沉樁施工發(fā)揮了關(guān)鍵作用。鋼管樁生產(chǎn)流程合理, 制樁設(shè)備和生產(chǎn)工藝先進(jìn), 生產(chǎn)效率高, 生產(chǎn)能力能夠滿足沉樁要求。其制樁技術(shù), 對(duì)我國超長、超大鋼管樁制造具有借鑒意義。
四、海水造漿技術(shù)及應(yīng)用
我國的沿海地區(qū)地處海洋環(huán)境, 在海上進(jìn)行鉆孔樁施工時(shí), 如采用淡水拌制泥漿可能會(huì)受到海水的污染, 影響泥漿的性能, 而且在外海施工, 淡水供應(yīng)非常困難, 如能直接采用海水拌制泥漿, 可大大降低工程的難度和成本。因此, 海水泥漿配制及其對(duì)鉆孔樁混凝土耐久性影響等課題具有重要的研究價(jià)值和工程價(jià)值。目前我國正處于大興基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的時(shí)期,在海灣港興建的大型橋梁或碼頭越來越多。海水造漿技術(shù)在沿海地區(qū)大直徑樁基施工中無疑具有很廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。
五、結(jié)語
綜上,本文主要對(duì)杭州灣跨海大橋施建過程中使用過的ATR三角高程測(cè)量,GPS打樁定位系統(tǒng)在杭州灣跨海大橋施工中的應(yīng)用, 大直徑超長鋼管樁, 海水造漿技術(shù)及應(yīng)用等方面進(jìn)行了敘述,對(duì)于今后遇到同樣的問題給予了思考的方向,其在今后大型工程施設(shè)有很好的研究和借鑒價(jià)值。
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