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5年，為確保大橋壽命，在國內(nèi)第一次明確提出了設(shè)計使用壽命大于等于100年的耐久性要求。
在設(shè)計階段自然條件中對需其的氣象特征，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，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、測繪高新領(lǐng)域的應(yīng)用
1.采用ATR 三角高程測量
跨海高程控制測量是現(xiàn)代大型橋梁工程測量的難點,結(jié)合杭州灣跨海大橋施工高程測量控制網(wǎng)的建立,以ATR 技術(shù)為硬件基礎(chǔ),經(jīng)實測數(shù)據(jù)分析,采用ATR 三角高程測量,在多項精度指標(biāo)上均達(dá)到了國家三等水準(zhǔn)測量的要求。測量目前可以采用GPS 高程、跨河水準(zhǔn)、三角高程測量等方法。由于受到多種難以克服因素的影響,GPS 測量轉(zhuǎn)換得到的正常高程,精度還難以穩(wěn)定達(dá)到mm 級,不能滿足高精度施工測量的要求。而跨河水準(zhǔn)和三角高程測量方法都存在著遠(yuǎn)距離觀測照準(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)到國家等級水準(zhǔn)測量的精度要求,但其觀測成本高、效率低,而ATR (Auto2matic Target Recognition 自動目標(biāo)識別) 技術(shù)的出ATR技術(shù)在杭州灣跨海大橋跨海三角高程測量中的應(yīng)用出現(xiàn),為三角高程提高測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, 按計劃實現(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量困難。為了解決打樁定位測量難題, 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, 打樁船會自動地來控制樁的位置。該方法具有速度快、精度高等優(yōu)點。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對打樁定位現(xiàn)場再現(xiàn), 在項目部或公司就可以對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)即時傳送, 在岸上就可以掌握沉樁情況, 對各項參數(shù)進(jìn)行檢查復(fù)核, 防止由于參數(shù)錯誤而釀成大錯, 同時對沉樁偏位進(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GPS定位進(jìn)行監(jiān)控, 并且還能夠把公司或項目部想要獲得的各種有關(guān)的數(shù)據(jù)從船上即時傳送到公司或項目部, 把船上要的相關(guān)數(shù)據(jù)即時地傳送到船上, 為設(shè)備、物資、技術(shù)、施工、航行、安全、人員等各項管理帶來更大的便利, 提高工作效率, 減輕工作強(qiáng)度。實踐證明, 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)形焊縫對接成整樁。對于超長樁焊拼, 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)場地和設(shè)置龐大的組裝對口機(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)過工程實踐, 證明是可行和合理的, 對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, 如采用淡水拌制泥漿可能會受到海水的污染, 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鉆孔樁混凝土耐久性影響等課題具有重要的研究價值和工程價值。目前我國正處于大興基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的時期，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)用前景和推廣價值。
五、結(jié)語
綜上，本文主要對杭州灣跨海大橋施建過程中使用過的ATR三角高程測量，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值。
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