张西兰
铁四院（湖北）工程监理咨询有限公司 湖北武汉 430063
摘要：特大桥双壁钢围堰施工安全风险高，圆形大直径钢围堰施工技术复杂，对方案设计、现场质量安全控制要求高。文章以宁安铁路安庆长江大桥主桥墩圆形大直径双壁钢围堰为工程背景，按照围堰施工主要步序，首先对采用的围堰整体气囊断缆下河法中涉及的支撑滑道结构设置、下河坡道、气囊设置等施工技术进行了分析，然后对围堰定位系统、接高、定位、着床等施工技术进行了研究，最后总结了每道施工步序的技术要点，可为类似桥梁围堰工程施工提供参考。
关键词：双壁钢围堰；圆形；施工技术
1.工程概况
南京至安庆铁路安庆长江大桥主桥采用双塔三索面钢桁梁斜拉桥，主跨580m。3号、4号为主桥的两个主塔墩，基础均采用圆形双壁钢围堰、先围堰后平台方案施工。本文以3号主塔墩围堰为研究对象，其墩位位于主河槽中，其基础设计上采用37根φ3.0m/φ3.4m变径钻孔嵌岩桩基础，梅花形布置，桩间距7.6m，承台为圆形，厚度8m。
2.底节围堰下河
主塔墩钢围堰底节高20.08m，围堰内径52m，围堰外径56m，壁厚2m，含底隔舱及6个随围堰一起下河钢护筒，重量共计2348t，重量过大，不宜采用整体起吊方案，因此选用底节围堰采用整体气囊断缆法下河方案，以满足特大型、超大重量围堰下河要求。
2.1支承滑道结构
围堰为圆形结构，整体气囊断缆下河法需相互平行的上滑道，而圆形围堰壁上没有设置，如采用此方法下河，需解决下河所需的两条平行上滑道结构问题。
本桥主墩桩基中心距7.6m，采用梅花形布置，见图1所示。从图中看出，桩基呈正六边形排列，相邻排桩间的净宽带相互平行，每两排桩中心间距净宽均为3.182m。根据计算，自外侧数起第二排、第三排桩之间的净宽带长度和围堰直径相差不大，这两条狭长净宽带将围堰分成的三个区域面积大致相同，相互之间的中心间距为19.746m。施工方案利用第二排、第三排桩之间的净宽带，在其中设计井壁结构的隔墙，两端与围堰内壁连接，做为围堰气囊法下河所需的平行上滑道。根据所能利用的净宽度，设计能够承担围堰重量、满足其受力要求的隔墙结构，以及隔墙下方传力活动托架，做为围堰下河的上滑道，见图1所示。该隔墙也可考虑做为围堰封底时的分隔舱使用，具有双重功能。
图1 围堰支承上滑道结构平面图
2.2 下河工况分析及气囊设置
（1）下河工况分析
整体气囊断缆法下河技术原理是在具有平行边围堰的长边下方布设能够滚动前行的圆柱状气囊支承围堰，围堰依靠坡道形成的重力分力在气囊承托下自行快速向前移动滑入水中自浮，瞬间完成围堰下河。
经多方调查比选，围堰组拼、下河处场地紧邻水边，有不小于10%的自然坡度，水边入水口水深满足围堰下河后吃水深度，河岸地面条件较好，能满足气囊支承承载力需要。
（2）气囊设置计算
本桥方案选用Φ1.8m×8m型号的下河气囊，单个气囊的承载力技术参数见表1所示，气囊有效长度7m。根据计算，围堰下河共布置Φ1.8×8.0m的气囊共36只，每条滑道下放18只，其中受压高度0.2m的气囊10只，气囊总承重1400吨；受压高度0.45m的气囊14只，气囊总承重1715吨；受压高度0.95m的气囊12只，气囊总承重903吨；总承重4018吨，取气囊载荷安全系数1.5，4018吨/1.5＞围堰自重2348吨，满足要求。
2.3 底节围堰下河施工技术要点
（1）根据圆形围堰的实际情况，在围堰合适位置设置能够承受底节围堰重量的劲性隔墙，以及隔墙下方传力活动托架。
（2）对整体气囊断缆法下河法理论计算，围堰整体气囊法下河应选择合适的场地，考虑场地大小、自然坡度、岸边水深情况、进场道路、电力供应等因素，合理设置气囊型号及数量。
（3）围堰浮运线路沿途航道水深应满足吃水深度要求，确定下水时间。
（4）浮运用拖轮马力及配置应综合考虑动力储备。
（5）下河坡道地面地基承载力应足够，若地基承载力不足时，需对地面滑道采取加固压实处理。下水滑道应有适当坡度，确保围堰有启动初速度入水，水口处水深能满足围堰入水后其尾端自浮。
3.围堰定位系统
由于本桥围堰尺寸巨大，如再加上导向船宽度，后期施工作业时吊机的吊重、吊高、吊距等参数难以满足，且航道水域占用影响船舶通行，因此本桥围堰采用无导向船的前后定位船锚碇系统的定位方案。
定位系统由前定位船、后定位船、连接前后定位船与围堰间的前后拉缆、前定位船锚碇系统（主锚、边锚）、后定位船锚碇系统（尾锚、边锚）、围堰边锚及其收锚平台、围堰拉缆固定座及其边锚转向马口固定座等部分组成。
围堰定位系统施工技术要点：
（1）定位方法要考虑覆盖层厚度、水深，以及后期施工中吊机作业参数要求进行合理选择。
（2）锚型、锚碇数量要根据锚碇计算受力大小以及河床覆盖层情况进行合理选择。在锚碇中宜采用长锚绳，锚绳布置长短锚绳不宜混用于同侧受力系统，避免产生锚碇能力强弱不等而致受力时弱锚产生移动，强锚受力过于集中而被拉断等隐患。
（3）锚绳宜采用钢丝绳与锚链连接使用，使用锚链可减小锚绳总长度，锚链在河床上会有拖地长度，以确保锚抓地牢固，防止被拉起。使用钢丝绳便于用卷扬机收放锚绳，钢丝绳长度需大于收起长度。
（4）定位船宜为平板铁驳，便于在舱面布置卷扬机、马口、固定座等锚绳的收放设施，供作业人员进行操作。定位船长度、宽度需能满足收方设施的布置空间要求，尺寸与锚绳数量相关。
（5）根据地形地貌情况并综合今后施工船舶进出需要，可选择采用地锚或钢筋砼锚。
4.围堰接高
围堰采用墩位逐块散拼吊装的方案接高，接高完成一节，下沉一节，待顶节接高完成后再进行着床。这种接高方法是将底节围堰下水浮运至墩位，初步定位后，将在工厂加工好的围堰块件单元船运至墩旁，然后用墩边的起吊设备逐块对称拼装在底节围堰顶上，当各块与底节的水平焊缝和新拼相邻块件的竖向焊缝完成并作密水试验合格后，依次在中节围堰顶面接高顶节，直至全部完成。
本桥围堰全高42.88m，高度方向分3节，平面上划分为32个块段。中节高8.6m，顶节14.2m。平面上底节分为40块，中节和顶节分32块。在异地加工制造，水运至桥位组拼，长度不受运输条件限制，接高采用2台150t浮吊完成，接高时对称进行。
围堰接高施工技术要点：
（1）接高方法要综合考虑浮运过程中围堰吃水深度、浮运阻力、节段高度重量、吊机起重能力等因素，选择最为合适的接高方案。
（2）围堰高度方向上分节高度和平面分块数量主要由加工制造、运输条件、起吊重量等因素决定，也和围堰壁结构以及底节下河方法有关，需综合考虑确定。
（3）如条件许可，尽量减少分节数量和分块数量，以提高围堰加工精度，减少现场拼缝焊接工作量，加快施工速度。
（4）各节围堰接高过程中需将上一节围堰按事先设计要求灌水下沉一定深度，露出水面一定高度，以便上节围堰能够顺利组拼接高，接高完成重量全部加上后，下面一节围堰的顶面仍能高出水面约1m，确保先入水的围堰不会沉没而导致接高失败。灌水数量、预留露出水面高度，均需要事先计算好。
5.围堰定位着床
围堰各节接高完成后，开始进行定位着床工作，定位、着床分步进行。
初定位是在围堰接高工作完成后，通过调整前后拉缆、边锚拉缆，使围堰中心位置和垂直度控制在较小的偏差范围之内，逐步掌握下沉中围堰中心的变化规律，为精确定位时准确锁定偏差值和方向，避免着床过程时锚绳做大的调整。围堰初定位的目标是通过均匀灌水压舱，使围堰底口刃脚距河床面1m左右时，围堰中心平面位置偏差在50cm左右。
精确定位是全面调缆、收紧、测量，将围堰底口中心位置、扭角、垂直度调整至偏差值的范围内。由于围堰设有底隔舱，因此对围堰扭角有要求，且3号墩桩位护筒采取分组成群整体下放方法就位，相互之间连接结构占用了不少净空，所以3号墩精确定位的偏差要求极为严格。围堰精确定位后观测1至2天时间，测量位置有无变化，如变化较大，应查明原因，再进行调整到位。
围堰精确定位完成，经观测符合预定要求后，快速灌水压舱，使围堰刃脚快速切入河床。复测围堰位置，确认无误后继续灌水，使围堰刃脚嵌入河床稳定深度。如复测位置不符合要求，将围堰浮起再次精确定位后，重新着床，直至合格。
根据设计勘测资料，本桥墩位处河床岩面高低不平，南高北低，最大高差达2m。河床高低不平，会造成围堰着床加载后发生倾斜，所以必须要将围堰刃脚着床的河床范围进行处理，使其平整，以利于围堰着床刃脚绝大部分能与河床接触，使围堰隔舱在后续灌水加载、封底平台搭设增加荷载时能够自身保持稳定，不致倾斜，确保着床后位置准确。河床处理采用吸泥机配合高压射水方法进行，高压射水可切削和破坏胶结较好的风化岩层。着床稳定后，继续将围堰内松散覆盖层及淤泥彻底清理，使封底混凝土能与岩面良好结合，并封闭其与外界连通的通道。
围堰定位着床施工技术要点：
（1）初定位时，应测量河床高程变化情况，必要时应对河床进行清理整平。
（2）精定位时，根据围堰内结构形式、护筒下放形式、上下游河床高差等因素影响，设置围堰底口中心位置、扭角、垂直度内控制，以及预偏值。
（3）围堰在汛期高水位期间定位着床的难度较大，可通过采取重锚定位技术实现定位精度要求。
（4）汛期施工对需吸泥下沉的围堰，可利用障碍物人为造成河床自然冲刷的方法，以减少围堰在河床中的下沉深度。
6.结束语
围堰下沉到位后，先进行桩位钢护筒吊装施工，然后封底，封底完成再进行钻孔桩施工，最后围堰抽水，施工承台、塔柱。
本桥围堰施工由于特殊地质、水文条件、汛期施工等特点，使得围堰施工的技术难度增加，对应增加了施工中的安全质量控制风险，对施工技术方案的选用、制定以及过程控制方面的要求极高，相关内容可以为类似工程在施工技术控制方面提供参考。
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作者简介：
张西兰，1965年1月，男，高级工程师，1986年7月毕业于西南交通大学桥梁工程专业，工学学士学位。
论文作者:张西兰
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/16
标签：围堰论文; 下河论文; 气囊论文; 着床论文; 河床论文; 滑道论文; 施工技术论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;