【DOC】芜湖长江大桥主塔墩双壁钢围堰施工技术

芜湖长江大桥主塔墩双壁钢围堰施工技术芜湖长江大桥主塔墩双壁钢围堰施工技术- 6 -1概述芜湖长江大桥是一座公、铁两用的特大型钢桁结合梁桥。公路在上层，设四车道，桥面宽21.5m；铁路在下层，设双线，桁宽12.5m。桥位处主航道靠芜湖侧，布置180 +312+180 m 3跨斜拉索加劲连续钢桁粱。10#、11#墩为斜拉桥主塔墩。1.1工程概况10#、11#墩基础采用3.0m钻孔桩30.5m/27.7m双壁钢围堰低桩承台型式。10#墩双壁钢围堰总高52m，共分10节，总重896.6t（含4%焊缝重）。第一节（底节）高6m，第二至第六节各高5.6m，第七、第八节各高4 m，第九节4.8m，第十节高5.2m。11#墩双壁钢围堰总高43.2m，共分9节，总重762.3t（含4%焊缝重）。第一至第五节各高5.2m，第六、第七节各高4 m，第八节5m，第九节高4.2m。1.2地质情况：10#墩河床面标高为-16.90m (黄海高程，下同)，岩面标高为-42.40m，覆盖层为粗砂、中砂、粉细砂，岩层为角岩。粗砂层：灰黄及黄色、饱和、松散，成份以石英、长石为主，透镜体状，厚约2m。 中砂层：灰黄色、饱和、松散，成份以石英、长石为主，层状或透镜体状，厚约4m。 细砂层：灰色为主，少量黄色、饱和、中密，成份以石英、长石、云母为主，粒较匀，局部含腐植物，层状分布，厚约20m。 角岩：灰黑色，角岩结构，块状构造，岩质坚硬。11#墩河床面标高为-20.1-25.3m (黄海高程，下同)，覆盖层为砾砂、中砂，岩层为角岩。砾砂层：灰黄色为主，少部分灰色，饱和、松散，分选性较差，成份以石英、长石为主，厚约4.59.6m。中砂层：灰黄色、饱和、松散，分选性中等， 成份以石英、长石为主，厚约2.14.7m。角岩：灰黑色，粒状变晶结构，岩质坚硬，普遍较破碎。1.3水文情况510月间施工设防水位+10.50m，相当于1983年实测最高水位，相应流量为77200m3/s，流速为2.5m/s。114月间施工设防水位+6.0m，相应流量为30000m3/s，流速为1.6m/s。冲刷：一般冲刷线10#墩按冲刷至标高-24.4m考虑，11#墩按冲刷至标高-29.3m考虑；局部冲刷10#墩按标高-42.4m考虑，11#墩按标高-33.0m考虑。2主要施工方法2.1钢围堰定位钢围堰定位采用锚碇系统+导向船方案2.1.1锚碇的主要组成根据桥址区域流向图，桥址处呈单向流态，总流向偏角64924.5。拟定双壁钢围堰锚碇系统由导向船及拉缆、边锚；前后定位船及其主锚、尾锚、边锚和下兜缆组成。10#墩锚碇系统布置示意图见图1。2.1.2锚碇系统计算 （1）计算原则按钢围堰下沉至即将着床状态（仍为悬浮体系）锚碇系统受力最大进行计算。边锚、尾锚按主锚受力的50%进行计算。（2） 计算结果表1 主锚总拉力计算数据汇总表序号项 目10#11#1钢围堰水阻力R11444.61164.042钢围堰风阻力R282.9678.083导向船组水阻力R316.6416.644导向船组风阻力R4218.31218.315定位船水阻力R510.8310.836定位船风阻力R630.2630.267临时工作船水、风阻力R7227.30227.308主锚总拉力R2030.91745.462.1.3锚碇系统施工主要施工步骤(1)前定位船抛锚定位。(2)后定位船临时定位。用拖轮将后定位船顶推至前定位船尾部并与其临时系结，过拉缆到后定位船与临时滑车组系结，然后用拖轮协助将后定位船溜放到墩位处，抛设边锚、尾锚。(3)导向船组及围堰由江边起重码头浮运到墩位处，过缆、锚碇好导向船组，后定位船溜放到下游设计位置。(4)抛设剩余锚，调整收紧各锚绳、拉缆，使锚碇系统处于稳定状态。2.2钢围堰制造、浮运10#墩钢围堰设计高度52m，围堰外径30.5m，内径27.7m。围堰平面均分为12个隔舱。2.2.1钢围堰制造钢围堰的制造是在工厂用卧式胎架分节分块制造的，能保证各分块的加工精度，组拼方便，减少仰焊加快施工进度。组拼工序：外壁板加劲角钢水平撑横隔板内壁加劲角钢内壁板脱模翻身焊接。2.2.2底节钢围堰下河根据芜湖桥所处的地理位置及工期情况，利用附近造船厂钢结构加工能力强和具有船舶下水滑道的优势与造船厂合作。10#、11#墩钢围堰底节分别2个船厂制造，每个船厂根据各自的机械设备情况，对底节钢围堰采用了2种不同的下水方法。由于制造10#墩双壁钢围堰的船厂下水滑道宽度只有28m，而该墩围堰外径为305m，为使滑道不必拓宽，确定采用水下合龙技术。具体方法是：在船台上先将围堰拼装成两个半圆分二次从滑道下水。两个半圆围堰下水后，在滑道水口附近，用预先焊好的定位栓将两个半圆合龙。合龙后，首先焊接水面以上的两条合龙焊缝之后滑道小平车下水，将围堰搁在平车上，向上拉小平车，使水下的焊缝露出水面焊好水下合龙焊缝后，再溜放小平车使围堰下水。为使围堰刃脚与岩面吻合，将11#墩围堰设计成高低刃脚，最大高差3m。为使其整体下水，特别改建一座宽32m的简易滑道改建的滑道为一表面较为平整的坡道(坡度为1:14)。用升降平车平移围堰至滑道顶端，将围堰落在下设有滚动气囊的浮箱上。共设14个气囊(上、下游各7个)，气囊为41.7m7m工作高度0.5m，工作压力0.021.15MPa，每只气囊容许承重1500KN，在前端用卷扬机牵引围堰向下移动，同时不断向前挪移气囊，利用围堰后侧的地垅控制围堰下移速度。当围堰接近水边时，改用拖轮牵引，入水后围堰靠浮箱的浮力浮于水面上，继续用拖轮将围堰向江中心牵引，至水深约7m处水域向浮箱内注水，使之沉没，于是围堰自浮于水上。2.2.3底节钢围堰浮运底节钢围堰从船厂滑道下水自浮后，利用拖轮顺水拖至起重码头，此处导向船组已预先布置完毕，两组联结梁拼装好，只留上游侧平联不拼。通过导向船上绞关的牵引和拖轮的辅助，将底节钢围堰喂入导向船组。然后安装柔性连接和上游侧平联。(见图2)浮运动力配备：采用一艘500hp主拖、两艘300hp帮拖联合作业，总动力约1100hp。在墩位处，前后定位船已分别抛锚定位，前定位船设在墩中心上游200 m处，后定位船临时设在墩中心偏下游3m处前后定位船之间通过拉缆连接。浮运步骤：(1)主拖及帮拖就位，解除导向船临时锚碇； (2)在港监和河道部门的维护下，由拖轮拖曳导向船组和钢围堰沿预定航线开始浮运；(3)当导向船头接近前定位船尾，撤走一艘帮拖，从前定位船上过拉缆至导向船；(见图3) 图3.(4)在拖轮的辅助下缓慢溜放导向船组，使之靠至后定位船，过拉缆，并逐根收紧；(5)将其它锚绳过至相应位置，用拖轮控制溜放后定位船至设计位置。 (6)抛设剩余边锚、尾锚。 (7)调整收紧各锚绳，使导向船组在桥中线上游3m处的桥墩中线上泊定（见图4）。图4.2.3钢围堰下沉2.3.1钢围堰下沉计算表2.10#墩钢围堰下沉沉降系数表项 目围堰高度（m）围堰重量（m）吃水深度（m）入土深度（m）井壁砼（t）井箱压重水（t）体系总重（t）沉降系数第13节定位下沉17.2280.612.20094.910581433.50第4节接高下沉22.8363.817.80094.916922150.30第5节接高下沉28.4447.023.40094.923252867.10第6节接高下沉34.0530.229.00094.929593583.90第7节接高下沉38.0627.232.23094.932753997.00第8节接高灌注井壁砼下沉42.0720.5-4.03379.032597433.01.31第9节接高灌注井壁砼下沉46.8818.1-9.07065.2287510832.91.20第10节接高灌注井壁砼下沉52.0896.6-14.310756.8204813776.11.032.3.2钢围堰在水中下沉 围堰在着床之前，呈悬浮状态，此阶段的围堰下沉较容易，围堰接高检查合格后，只要向井壁内灌水，克服水的浮力，并调整好拉缆受力，围堰即可平衡下沉。在向井壁内灌水时，应遵循对称加载的原则，对称的隔舱，同时灌水，且流量一致，以防沉井倾斜。在向隔舱灌水时相邻隔舱的水头差不大于6.5m。 2.3.3钢围堰精确定位、着床钢围堰精确定位和着床工作是一项受诸多项因素影响和制约的细致工作，如水位、流速的变化、河床冲刷的范围和深度以及冲刷后形成的河床面的高差状况，还有气象条件以及围堰的位置，刃尖标高的变化等。对这些相关因素，在钢围堰着落河床前必须充分掌握其实测数据，经综合分析后拿出相应对策，使围堰顺利着落到设计位置。(1)围堰的精确定位的方法在钢围堰刃脚距河床面0.5m左右即可进行精确定位和着床准备。根据水位变化情况逐步对称调整主锚、尾锚、边锚锚绳和前后定位船与导向船间拉缆，将导向船组平面位置定位于墩位中线偏下游20cm处。调整导向船与钢围堰间柔性连接，并予以收紧，保证导向船组与钢围堰间位置相对固定。调整井箱各隔舱内水位及钢围堰与前后定位船的兜缆，使围堰水平。根据测量的河床最新资料，确定最佳着床时间和着床对策，如上、下游高差过大，可在围堰上游一定范围内抛投50120 mm 的卵石，填高上游侧河床，以利于围堰着床平稳，必要时局部吸泥或射水。利用三台经纬仪精确交会出围堰中心，并微调钢围堰。(2)围堰精确定位标准：围堰倾斜度不大于1/100。按围堰顶、底面中心与设计中心在平面纵横向的位移（包括因倾斜而产生的位移），均不得大于围堰高度的1/100。着床定位时以偏下游的位置为准。(3)围堰着床围堰精确定位后即可实施着床。由于围堰在着床过程中须迅速使之下沉并嵌入河床约5m后达到稳定深度，再行接高下一节，所以此时围堰出水高度大于9m .围堰采用在井箱内迅速注水加重的方法下沉，每个隔舱布置一台水泵，同步均匀注水，使围堰刃脚尽快落到河床上。围堰刃脚局部着床后，暂停向井箱内注水，开动12台吸泥机局部吸泥，将刃脚处河床大致扫平。之后，围堰内注水至江面以上5.7m。吸泥时，首先使用吸泥机在泥面高的一侧吸泥，并逐步调平围堰顶面，边下沉边测量，待围堰调平，倾斜率小于1%后，在井孔内再均衡吸泥，降低围堰内泥面高程，使之下沉。围堰下沉过程中，应不断调整前后兜缆和柔性拉缆，以保证倾斜度和下沉顺利。围堰进入覆盖层4m 后，刃脚处泥面不再深吸，使泥面稍高于刃尖，围堰中心可用420吸泥机深吸23m。2.3.4围堰在覆盖层中下沉围堰在覆盖层中下沉采取吸泥下沉的方法。 围堰在覆盖层中下沉的阻力来自两个方面，一是刃尖下土的正面阻力，二是围堰外壁与土层间的摩阻力。围堰在覆盖层中下沉就是消除或减少刃尖下的正面阻力，靠围堰的自重克服外壁的摩阻力而下沉。围堰着床后，结束了悬浮状态，进入覆盖层下沉施工，初期易产生倾斜和位移，以调平、纠偏为主，根据围堰内实测河床面的情况进行吸泥。边测量边吸泥、调平、下沉。当围堰倾斜率小于1%时，可在钢围堰内用两台吸泥机均衡吸泥，降低河床面高程，这时围堰中心处泥面可低于刃尖3m，刃尖处泥面应与刃尖基本持平。在下沉过程中，要不断调整围堰的倾斜和位移。在纠正倾斜和位移前，应先摸清情况，分析原因，然后采取相应的措施。当围堰倾斜达到2%时要以调整倾斜为主，不能以下沉为主。在围堰着床初期尤为重要。当围堰入土超过10m，围堰倾斜率超过1%时，要以纠正倾斜为主，纠偏时要研究对平面位移可能产生的影响。为了避免沉井产生倾斜和位移，围堰外四周河床高差不宜过大。如发现此种情况应立即采取抛石防护及整平河床等措施，并应将吸泥机向河床较低处出泥。保证对围堰内的补水，保持围堰内外水头平衡或围堰内水头高于围堰外。2.4钢围堰的清基与封底当钢围堰刃脚距岩面最近点约1米左右时即进入清基阶段，清基采用2台吸泥机按方格网座标划分的区域逐块进行吸泥，并辅助以高压射水，直至将基岩面以上的泥砂清理干净，然后由潜水员下水逐块逐片检查基岩面以上泥砂情况及围堰刃脚斜面外露的高度是否达到清基标准，最后在方格网座标点测出基岩面各点标高，绘出等高线图。清基合格后，即可进行围堰封底前的淮备工作。安装护筒固定架、钻孔钢护简、施工平台等。围堰内钢护筒群是按设计位置整体吊装就位的。为防止在灌注封底混凝土时护简变形或位移，护筒间及护筒固定架与围堰间均设置了支撑，并采取措施将护筒与基岩间缝隙尽量堵住，以防混凝土进入护筒内。因封底面积较大：10#墩刃脚处528.6 m2，刃脚以上400.6 m2；11#墩刃脚处550 m2，刃脚以上422 m2。混凝土量：10#墩为3332.7m3，11#墩为4912m3。如果采用全面积一次灌注，则混凝土实际产量不能小于120m3h。根据现有的混凝上生产及输送能力，无法满足要求，因此采用在围堰内设隔墙的办法，将封底分成内、外圈分别连续灌注。实践证明，此措施能完全满足围堰封底的技术要求。封底混凝土采用垂直导管法灌注。3结语10#墩钢围堰于1997年1月浮运， 8月封底，历时8个月；11#墩钢围堰于1998年10月浮运，次年5月封底，历时7个月。施工进展均较顺利。大型双壁钢围堰在深水基础施工中的应用愈来愈广泛，尤其在芜湖长江大桥10#墩双壁钢围堰需承受的水头差43m的情况下，仍有力地保证了深水基础施工的顺利进行。另外锚碇系统是钢围堰定位的重要设施，对围堰施工的成败起着关键作用。随着钢围堰的下沉，钢围堰与导向船组容易因水的涡流激振产生横向摆动，因此在锚碇设计和施工中必须充分考虑边锚的受力。在导向船组就位，锚全部抛完后，要及时逐步地绞紧所有的锚缆，并使之受力均匀。日常要根据水位的涨落等情况及时调整锚缆的长度，使锚碇系统始终处于良好的受力状态。