利用浮平臺夾持下沉法施工鋼套箱圍堰

鄒利軍

(鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東齊河 251100)

1 鋼套箱圍堰下沉工藝概述

鋼套箱圍堰作為承臺施工的一種臨時阻水設(shè)施，主要用于深水、河床覆蓋層較薄、地基基本承載力較高等地質(zhì)水文條件下的承臺“先堰后樁”干作法施工。它具有施工深水基礎(chǔ)不受水位限制，對不良水位地質(zhì)條件適應(yīng)能力強，施工過程中結(jié)構(gòu)安全，施工周期短等特點，隨著施工技術(shù)的逐漸完善，在國內(nèi)外的大型深水基礎(chǔ)施工中得到了廣泛應(yīng)用。目前，底節(jié)鋼套箱圍堰的下沉工藝按照下沉位置的不同，主要分為固定下沉和浮運下沉2種。固定下沉工藝分為墩位處固定平臺下沉法和墩位處浮龍門下沉法;浮運下沉工藝分為套箱自浮浮運下沉法和浮平臺夾持下沉法。下面主要對浮平臺夾持下沉法進(jìn)行詳細(xì)介紹，并通過工程實例來進(jìn)行安全性、經(jīng)濟性分析。

2 浮平臺夾持下沉法

2.1 概述

浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種施工方法，它的施工原理是:充分利用套箱圍堰自浮力，盡量減少器材設(shè)備投入量，增加器材周轉(zhuǎn)使用次數(shù)，降低成本;采用拼組和下沉同步平行作業(yè)，提高工效。浮平臺夾持下沉法的關(guān)鍵工序有:利用固定平臺和提升系統(tǒng)進(jìn)行鋼套箱圍堰拼組、下水;通過浮平臺夾持鋼套箱圍堰進(jìn)行浮運;運用錨碇設(shè)備進(jìn)行套箱圍堰精確定位，通過注水和卡位裝置進(jìn)行套箱圍堰穩(wěn)定性和垂直度的動態(tài)調(diào)整;水上吊裝設(shè)備在浮平臺上進(jìn)行鋼套箱圍堰拼裝接高和注水下沉。

2.2 適用范圍

浮平臺夾持下沉法具有器材設(shè)備投入量小，周轉(zhuǎn)利用率高，機動性能好，拼組、下沉可平行作業(yè)等優(yōu)點，因此非常適合河流水位受季節(jié)性和潮汐影響變化頻繁，水位漲落差大，水流流速小等地質(zhì)水文條件;以及施工場地狹小，施工受限，鋼套箱圍堰數(shù)量多、工期緊迫、型鋼材料匱乏等情況下的鋼套箱圍堰拼組、下沉施工。

2.3 施工流程

浮平臺夾持下沉法的主要施工流程:首先在固定拼組平臺上進(jìn)行底節(jié)鋼套箱圍堰拼組;然后利用提升系統(tǒng)進(jìn)行底節(jié)套箱注水下沉;然后浮平臺夾持鋼套箱圍堰浮運至墩位處，并利用錨碇設(shè)備進(jìn)行精確定位;最后利用水上起吊設(shè)備在浮平臺上進(jìn)行其他節(jié)段的拼組接高和注水下沉。施工流程見圖1。

圖1 施工流程

2.4 關(guān)鍵工序施工

2.4.1 底節(jié)鋼套箱圍堰下水

目前，底節(jié)鋼套箱圍堰下水主要通過固定平臺上的提升系統(tǒng)來實現(xiàn)。提升系統(tǒng)主要由樁頂承力主梁、千斤頂和螺紋鋼筋組成，一般結(jié)構(gòu)組成見圖2、圖3。

圖2 提升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 提升系統(tǒng)施工

提升系統(tǒng)下放鋼套箱圍堰的工作原理為:通過螺紋鋼筋螺帽松開、擰緊和千斤頂?shù)捻斏⒒芈?，進(jìn)行豎向力系的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)套箱放落、下水。

提升系統(tǒng)的主要操作步驟:松開螺紋鋼筋下部螺帽→千斤頂回落→擰緊螺紋鋼筋下部螺帽→松開螺紋鋼筋上部螺帽→千斤頂頂升→擰緊螺紋鋼筋上部螺帽。

底節(jié)鋼套箱圍堰下放至水中后，首先進(jìn)行垂直度和焊接質(zhì)量全面檢查，然后進(jìn)行隔艙注水，拆除吊掛系統(tǒng)和固定平臺，實現(xiàn)底節(jié)鋼套箱圍堰下水、自浮。

2.4.2 鋼套箱圍堰拼組接高

鋼套箱圍堰拼組接高的主要施工方法是:鋼套箱圍堰注水下沉到一定干弦高度，利用卡位裝置進(jìn)行套箱與浮平臺間的固接。在浮平臺上搭設(shè)簡易焊接作業(yè)平臺，以底節(jié)鋼套箱圍堰頂部為測量基準(zhǔn)面，進(jìn)行上層鋼套箱圍堰結(jié)構(gòu)尺寸的測量控制，利用水上起吊設(shè)備進(jìn)行套箱的拼裝接高。浮平臺夾持下沉法施工過程中，為確保鋼套箱圍堰整體穩(wěn)定和垂直度，要特別注意拼組順序的選擇和隔艙注、排水的動態(tài)調(diào)節(jié)功能。鋼套箱圍堰拼組接高分區(qū)見圖4。

鋼套箱圍堰拼組接高順序為:按照隔艙進(jìn)行拼組區(qū)域的劃分，然后進(jìn)行對稱拼組接高。比如首先進(jìn)行Ⅰ區(qū)分塊套箱拼組接高，同時在對稱的Ⅴ區(qū)隔艙內(nèi)進(jìn)行注水平衡;進(jìn)行Ⅴ區(qū)拼組接高時，應(yīng)邊接高邊排水，確保鋼套箱圍堰整體穩(wěn)定性。

2.5 經(jīng)濟性、安全性分析

2.5.1 安全性分析

圖4 鋼套箱圍堰拼組接高分區(qū)

浮平臺夾持下沉法的安全性主要表現(xiàn)在:(1)浮運過程中，通過卡位裝置來固定鋼套箱圍堰，確保了運輸安全。(2)下沉過程中，通過對稱拼組、隔艙注水和排水的動態(tài)調(diào)節(jié)功能以及卡位裝置的固定作用，確保了鋼套箱圍堰下沉安全。

2.5.2 經(jīng)濟性分析

浮平臺既是鋼套箱圍堰運輸工具，同時也是鋼套箱圍堰下沉定位和接高作業(yè)平臺，器材設(shè)備投入量小，周轉(zhuǎn)使用率高，大大降低了材料成本;同時，鋼套箱圍堰底節(jié)拼組和下沉接高可平行作業(yè)，提高了工效，節(jié)約了時間成本。因此，浮平臺夾持下沉法具有良好的經(jīng)濟效益。

3 杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩雙壁鋼套箱圍堰下沉實例

3.1 地質(zhì)水文概況

杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋線路法線與水流方向夾角為12°，流速V1%=3.0 m/s。186號 ～192號橋墩鉆孔樁穿過地層依次為粉土、細(xì)圓礫土(Q4al)，泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、含礫砂巖強風(fēng)化、弱風(fēng)化，河床高差較小。

3.2 雙壁鋼套箱圍堰結(jié)構(gòu)

杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩采用雙壁鋼套箱圍堰干作法施工。鋼套箱圍堰采用圓形，外徑22.5 m，內(nèi)徑20.5 m，高15 m，共分3 節(jié)。底節(jié)高 4.5 m，質(zhì)量約75.59 t;中節(jié)5.0 m，質(zhì)量約63.18 t;頂節(jié) 5.5 m，質(zhì)量約 63.83 t。

3.3 總體下沉方案

根據(jù)地質(zhì)和水流流速的實際情況，本著縮短工期和降低成本的原則，擬定采用浮平臺夾持下沉鋼套箱圍堰，即在岸邊搭設(shè)拼組固定平臺，利用固定平臺上的提升系統(tǒng)進(jìn)行底節(jié)鋼套箱圍堰下水自浮，然后利用浮平臺夾持鋼套箱圍堰進(jìn)行浮運、定位，最后在墩位處利用水上浮吊進(jìn)行套箱接高下沉。

3.4 底節(jié)鋼套箱圍堰拼組、下水

3.4.1 搭設(shè)固定拼組平臺，拼組底節(jié)鋼套箱圍堰

在岸邊插打32根鋼管樁，樁頂焊接2I25型鋼作為承力橫梁，橫梁上鋪設(shè)木板作為拼組平臺。首先在拼組平臺上標(biāo)注出圍堰刃腳定位線，然后利用浮吊在拼組平臺上依次逐塊拼組。底節(jié)鋼套箱圍堰拼組示意見圖5。

圖5 底節(jié)鋼套箱圍堰拼組示意

3.4.2 底節(jié)鋼套箱圍堰下水及浮運

鋼套箱圍堰拼組完成后，利用固定平臺上的提升系統(tǒng)進(jìn)行底節(jié)套箱下水，并注水自浮，保留一定干弦高度。拆除拼裝平臺提升系統(tǒng)，拔除鋼套箱圍堰外側(cè)鋼管樁，在鋼套箱圍堰與浮平臺之間安裝卡位裝置，使圍堰穩(wěn)定垂直自浮。利用994型機動舟頂推浮平臺，運輸鋼套箱圍堰至墩位處。鋼套箱浮運見圖6。

圖6 浮平臺夾持浮運

3.4.3 底節(jié)鋼套箱圍堰精確定位

通過調(diào)整浮平臺四角的電動錨機，牽引固定在混凝土錨上的鋼絲繩，配合測量儀器進(jìn)行鋼套箱圍堰精確就位，最后利用卡位裝置將套箱穩(wěn)固于墩位中心。鋼套箱精確定位示意見圖7。

圖7 底節(jié)鋼套箱圍堰精確定位示意

3.4.4 其他節(jié)段鋼套箱圍堰拼組接高

鋼套箱圍堰錨碇牢固后，利用20t水上浮吊進(jìn)行其他節(jié)段鋼套箱圍堰的拼裝接高。拼組接高時通過對稱拼組和隔艙注、排水方式來進(jìn)行套箱穩(wěn)定性和垂直度的動態(tài)調(diào)整。以此循環(huán)作業(yè)，直至完成鋼套箱圍堰下沉施工。鋼套箱拼組接高見圖8。

3.5 經(jīng)濟效益

浮平臺夾持下沉法在牌頭浦陽江特大橋主墩鋼套箱圍堰施工過程中，取得了非常好的經(jīng)濟效益，器材設(shè)備的租賃費用降低特別明顯。浮平臺和水上浮吊的租賃費用每月約為10萬元，而浮龍門每月的租賃費用至少在20萬元以上，采用浮平臺夾持下沉法進(jìn)行鋼套箱圍堰施工，節(jié)約成本高達(dá)50%以上，經(jīng)濟效益良好。

4 結(jié)語

浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種下沉方法，它具有材料投入少，周轉(zhuǎn)使用率高，安全性、經(jīng)濟性能良好的優(yōu)點。但在實際施工過程中，表現(xiàn)出來的下沉定位受流速影響較大，定位精度調(diào)節(jié)能力差，不適合大噸位鋼套箱圍堰施工，卡位裝置需進(jìn)一步優(yōu)化等問題亟待解決。

［1］劉自明.橋梁深水基礎(chǔ)［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］殷萬壽.深水基礎(chǔ)工程［M］.北京:中國鐵道出版社，2003.

［3］魏賢華.水中裸露基巖中大直徑雙壁鋼套箱圍堰施工技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2009(3).

［4］陳建軍.沙田贛江特大橋雙壁鋼套箱圍堰設(shè)計與施工［J］.鐵道建筑技術(shù)，2009(6).