二七長江大橋 3號墩鋼圍堰定位與下沉技術

盧小偉 張自榮

0 引言

有底雙壁吊箱圍堰是近 10年來在原雙壁鋼吊箱基礎上發(fā)展起來的一種深水基礎圍堰施工技術。因其具有施工速度快、無需沉入河床底、混凝土及鋼材使用量較少、經濟性好等優(yōu)點,在大跨度橋梁深水基礎中逐步得到廣泛應用。大型吊箱圍堰一般兼作承臺外模,為確保承臺的平面偏位在允許范圍內,對大型吊箱圍堰的定位與下沉提出了較高的要求,加上吊箱圍堰均處于水深流急的水域,受水流影響極大,定位下沉施工難度大。常見的大型有底雙壁鋼吊箱圍堰定位主要有定位樁法、定位船法及定位墩法等,其中定位墩法因施工可控性好、定位精度高、下沉調整方便等優(yōu)點,應用較為普遍。本文結合武漢二七長江大橋 3號主塔墩吊箱圍堰定位下沉施工,介紹定位墩法在大型有底雙壁鋼吊箱圍堰定位與下沉施工中的應用。

1 工程概況

1.1 項目概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環(huán)線東北段的重要組成部分和控制工程,橋位距上游的武漢長江二橋約 3.2 km,距下游天興洲長江大橋約6.7 km,橋址區(qū)處于平坦狀平原區(qū),高程+19.0m～+24.0m。正橋工程全長2 922m,其中主橋為三塔五跨(90m+160m+2× 616m+160m+90m)鋼—混結合梁斜拉橋,建成后為世界上最大跨度的三塔斜拉橋。主橋基礎全部采用“鉆孔灌注樁+整體式高樁承臺”形式。

1.2 地質與水位

3號主塔墩處河床表層為透水細砂、中砂及粉質粘土層,一般沖刷線高程為+4.43m,局部沖刷高程-19.94m(勘察設計資料);基巖為擠壓破碎粉砂質泥巖,基巖頂面高程約-18.0m～-19.0m。

歷年最高水位為+27.62 m,最低水位為+7.98m。逐月平均水位統(tǒng)計表見表 1。

汛期最大流速為2.0m/s。

1.3 3號主塔墩雙壁鋼吊箱圍堰方案設計

3號主塔墩位于長江中深水區(qū),基礎設計為 22根直徑 2.8m的鉆孔灌注樁,樁長 76m,為摩擦樁;承臺為整體式承臺,其尺寸為52.5m×30.75m×6m,四周設置半徑為4.5m的圓弧角。根據自身的施工技術經驗、設備及其他因素,施工單位采用了有底雙壁鋼吊箱圍堰方案,兼起鉆孔樁施工平臺及承臺、塔座施工的臨時擋水圍堰。鋼吊箱外輪廓尺寸為 56.7m×34.95m,雙壁寬度為 2.0m,各倉間相對封閉,留連通孔便于調節(jié)注水量;圍堰總高26.0m,分3節(jié),底節(jié)鋼吊箱高16.0m,重2 568.8 t,采用陸上整體預制、氣囊滑道下水、整體浮運到位的施工工藝;中節(jié)及頂節(jié)各 5m,根據施工期水位情況進行現場分塊安裝。底節(jié)鋼吊箱采用在上、下游設置臨時定位墩的方案進行定位,底節(jié)圍堰浮運至墩位附近處后,靠泊于臨時定位船,通過上、下游定位墩牽引進入定位墩系統(tǒng)內初定位,注水下沉至內外水位持平后,水下切割底板預留樁基鋼護筒孔,然后通過設置在上、下游定位墩上的多臺卷揚機進行平面偏位調整,結合在雙壁倉注水調平,實現精確定位。定位墩方案布置圖見圖1。

表1 漢口水文站逐月平均水位統(tǒng)計表

2 鋼吊箱定位與下沉

3號主塔墩鋼吊箱定位下沉總體方案為:定位系統(tǒng)準備→鋼吊箱浮運、系纜、接吊箱→上游定位墩拖拉,吊箱移位,初調→注水下沉→切割底板護筒孔→精確定位、調平→插打定位鋼護筒、固結。

2.1 定位系統(tǒng)準備

定位系統(tǒng)包括設置在鋼吊箱上游 70 m(凈距,下同)和下游1.5m處的兩個定位墩及卷揚牽引系統(tǒng)、臨時定位船、鋼吊箱拋錨定位系統(tǒng)等。上、下游定位墩各設 10 t卷揚機 2臺、5 t卷揚機10臺,每臺卷揚機配 1套滑車組,形成牽引系統(tǒng);臨時定位船采用150 t浮吊;鋼吊箱拋錨定位系統(tǒng)為 30 t海軍錨,錨鏈 18m,上游6個、下游2個,均交叉對稱布置,使用前需對錨鏈進行試拉。

鋼吊箱上下游側分別布置上拉纜和邊錨纜拉纜點,分上下兩層布置,下層為鋼吊箱圍堰浮運到位時的拉纜點,上層為鋼吊箱圍堰注水下沉后拉纜點,拉纜點位置處鋼吊箱壁體局部加強處理。

2.2 鋼吊箱浮運到位、系纜

鋼吊箱通過拖輪編組方式浮運至現場,通過拖輪組共同作用將鋼吊箱上游漢口側靠臨時定位船,分別系臨時定位船上的 3根系泊纜及上游定位墩上游側拉纜、下游定位墩的下游側拉纜,同時鋼吊箱拋錨定位系統(tǒng)錨鏈自臨時定位船上轉移至鋼吊箱相應系纜點,完成鋼吊箱移接及系纜工作。

2.3 上游定位墩拖拉,吊箱移位,初調

上述纜繩系好后,浮運拖輪逐步停止,觀察鋼吊箱的穩(wěn)定性及各系纜受力情況,確定安全后拖輪逐步退開,然后利用上游定位墩卷揚系統(tǒng)對鋼吊箱進行拖拉,移位至設計位置并初步調整吊箱。

在鋼吊箱調位過程中逐步將上、下游定位墩上的剩余拉纜移至鋼吊箱上,逐一對應進行系纜。完成定位墩系纜后,臨時定位船解纜、退開。

2.4 注水下沉、切割底板護筒孔

鋼吊箱初定位完成后,進行注水下沉。下沉方法采取向鋼吊箱 12個雙壁隔艙和底隔艙對稱注水下沉至設計標高,要求對稱、均勻、注水下沉。

在鋼吊箱基本下沉到設計標高后,潛水員水下切割 22個樁基鋼護筒的底板開孔,至內外水位平衡,此時靠雙壁隔艙和底板隔艙自浮(排水面積共計710m2,吃水深度3.5m,底板隔艙有1.0m干舷),為防止出現漏水導致底板隔艙淹水,施工過程中將底板隔艙頂口用鋼板封閉,以確保提供有效浮力。

2.5 鋼吊箱精確定位、調平

鋼吊箱注水下沉至內外水位貫通持平后,實測鋼吊箱平面扭轉、偏位及垂直度偏差,通過收放調整主拉纜和邊錨纜來調整吊箱平面扭轉偏差、縱橫橋向位置通過調整下拉纜并輔助雙壁內注水調整吊箱垂直度,使鋼吊箱平面位置、標高、垂直度及拉纜索力均符合設計要求,實現精確定位。軸坐標平面誤差要求控制在±70mm之內,同時對擺動情況進行測量和控制。

由于鋼吊箱制作存在誤差,其平面軸線位置、平面尺寸、垂直度和頂面平面度均存在偏差。鋼吊箱浮運定位前,先根據鋼吊箱的實際制作尺寸,確定 22根鉆孔樁在鋼吊箱底板的中心位置,并繪制相應關系圖。在鋼吊箱頂布置 8個測量控制點,并實測其與鋼吊箱軸線位置、高程及垂直度的相對關系。在鋼吊箱入水后,其定位平面軸線位置和垂直度主要依據其頂部 8個測量點對制作誤差修正后的參數進行控制、調整。

調整邊錨纜(交叉纜)來實現鋼吊箱橋軸向的平面位置;調整定位墩的主拉纜來實現鋼吊箱橫橋軸向的平面位置;以下拉纜的調整為主,以隔艙內水頭差的局部、少量調整為輔來實現鋼吊箱橫橋軸向和橋軸向的垂直度。

2.6 插打定位鋼護筒、固結

3號主塔墩鋼吊箱圍堰下沉、定位完畢后,鋼吊箱精確定位調平合格后,進行定位鋼護筒的插打,在定位鋼護筒插打過程中,調整鋼吊箱上、下口對應位置的導向裝置,控制鋼護筒與鋼吊箱的相對位置。定位鋼護筒插打完畢后,復測鋼吊箱平面位置和扭轉偏角,并進行微調,修正定位鋼護筒施工期間鋼吊箱出現的偏差,微調完畢后,在鋼護筒相應位置焊接固定牛腿,將鋼吊箱與定位鋼護筒進行固結,固結完畢后,插打剩余鋼護筒,并形成施工平臺,進行鉆孔樁施工作業(yè)。

3 結語

武漢二七長江大橋 3號主塔墩鋼圍堰采用上、下游定位墩方案,通過周密的施工組織實施及現場精確的測量控制,施工過程較為順利,定位及下沉精度較高,平面位置偏差 5 cm、傾斜度偏差為0.032%(縱向)及 0.008%(橫向)、扭角偏差58″,均符合設計及規(guī)范要求。

大型有底雙壁鋼吊箱圍堰結構龐大,施工區(qū)域水深流急,定位下沉施工控制難度大,定位墩方案可作為一種切實可行的施工方案,并能夠滿足相應的精度要求。

[1] 肖文福,陳金海.鄂黃長江公路大橋主 6號索塔墩承臺基礎鋼吊箱設計與施工[A].中國公路學會橋梁和結構工程學會 2001年橋梁學術研討會論文集[C].2001.

[2] 劉自明.橋梁深水基礎[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 張自榮,薛 進.寬闊水域特大橋基礎施工監(jiān)理技術[M].成都:西南交通大學出版社,2009.

[4] 干昌洪,何 偉.深水墩鋼板樁圍堰設計與施工技術[J].山西建筑,2010,36(5):304-305.