雙壁鋼吊箱圍堰制造并下水工藝探討

陳國(guó)剛

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

雙壁鋼吊箱圍堰制造并下水工藝探討

陳國(guó)剛

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063）

深水環(huán)境下橋梁基礎(chǔ)的施工有多種形式，最主要的是鋼圍堰法。以武漢二七長(zhǎng)江大橋的施工為依據(jù)，詳細(xì)介紹了雙壁鋼吊箱圍堰的制造工藝以及制造完成后下水浮運(yùn)的具體方案。圍堰制造采用分塊制造，依次組拼的原則，下料、拼裝、焊接每一步都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢查驗(yàn)收，確保工程質(zhì)量。鋼吊箱圍堰制造及下水工藝復(fù)雜，精度要求高，難度大。

鋼吊箱;圍堰;制造;下水;工藝

隨著交通的繁忙，在長(zhǎng)江、黃河等深水環(huán)境下建造大型橋梁已經(jīng)成為常態(tài)。如何在深水中更快更好的進(jìn)行橋梁基礎(chǔ)施工，是擺在所有橋梁建設(shè)者面前的重大課題。1997年建成通車(chē)的九江長(zhǎng)江大橋，創(chuàng)造性的使用了雙壁鋼圍堰進(jìn)行基礎(chǔ)施工，并取得了成功。2003年完成的重慶長(zhǎng)壽長(zhǎng)江大橋，進(jìn)一步的使用了平臺(tái)圍堰一體化的雙壁鋼吊箱圍堰。經(jīng)過(guò)十多年的完善，雙壁鋼圍堰在國(guó)內(nèi)多座橋梁施工中使用，已日趨成熟。雙壁鋼吊箱圍堰具有結(jié)構(gòu)剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)，施工簡(jiǎn)便，低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。目前在建的武漢二七長(zhǎng)江大橋（后文簡(jiǎn)稱(chēng)二七橋）基礎(chǔ)施工時(shí)亦采用了雙壁鋼吊箱圍堰。筆者以二七橋?yàn)橐€(xiàn)介紹雙壁鋼吊箱圍堰技術(shù)［1］。

1 工程概況

二七橋上游距武漢長(zhǎng)江二橋3.2 km，下游距天興洲大橋6.8 km，主跨布置為:90 m+160 m+616 m+616 m+160 m+90 m=173 2 m的三塔結(jié)合梁斜拉橋。

4號(hào)主塔墩基礎(chǔ)為18根樁徑3.4 m的90 m長(zhǎng)鉆孔樁，行列式布置，橫橋向6排，縱橋向3排。基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼吊箱圍堰。圍堰既是基礎(chǔ)施工的擋水結(jié)構(gòu)，又可兼作施工平臺(tái)的承重結(jié)構(gòu)。

由于橋址處場(chǎng)地有限，鋼吊箱選擇在橋位下游約15 km的武湖加工制造拼裝，分兩節(jié)制造安裝。底節(jié)采用氣囊法下河，浮運(yùn)到墩位，并精確定位。第二節(jié)則是制作成單元塊，船運(yùn)至橋址組拼成整體。

2 圍堰制造

2.1 圍堰結(jié)構(gòu)

鋼吊箱長(zhǎng)度為56.7 m，寬度為35.55 m，壁厚為2.0 m，鋼吊箱分2節(jié)制造安裝，底節(jié)高度16.681 m，重約1 800 t（不包括托板），底節(jié)鋼吊箱由龍骨底板、外側(cè)板、隔艙、吊桿、內(nèi)支撐桁架及上下導(dǎo)環(huán)組成。底板龍骨為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，頂面布置肋板，吊箱外壁板和主隔倉(cāng)板采用雙壁結(jié)構(gòu)，頂層內(nèi)支撐兼起鋼護(hù)筒導(dǎo)向架和鉆孔平臺(tái)的作用，底節(jié)鋼吊箱在橋位下游約15 km的武湖興發(fā)船廠空地加工制造拼裝，氣囊法下河，浮運(yùn)到墩位，并通過(guò)前后定位船+錨碇系統(tǒng)精確定位。圍堰結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 圍堰結(jié)構(gòu)Fig.1 Cofferdam structure

2.2 分片加工

圍堰制造采用分塊制造，依次組拼的原則。即采用分節(jié)制作成單元塊，然后組拼成整體［2］。經(jīng)過(guò)各種因素綜合考慮，底節(jié)鋼吊箱在高度方向不分塊，沿周長(zhǎng)方向分成若干小單元塊，分段寬度為3～4 m，單塊重量20 t左右。

2.2.1 準(zhǔn)備工作

1）檢驗(yàn)。開(kāi)始加工前應(yīng)核實(shí)場(chǎng)地的工作臺(tái)尺寸、平整度等均要滿(mǎn)足要求，施工人員應(yīng)熟悉并校核全部圖紙，繪制工藝分解圖等，采用適當(dāng)?shù)暮附庸に嚭秃附訁?shù)。施工前，必須按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)原材料的性能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行抽樣復(fù)檢，合格后方可進(jìn)行生產(chǎn)［3］。

2）下料。壁板采用自動(dòng)切割機(jī)下料，型鋼用氣割下料，下料時(shí)要考慮焊接收縮余量。需對(duì)邊緣加工的零件，單邊預(yù)留3～5 mm的加工余量。氧割的零件邊緣應(yīng)去處割渣，表面粗糙度不低于，切割表面不允許有崩坑，塌角半徑R≤0.5 mm。型鋼下料端部應(yīng)齊整，傾斜度≤1%，毛刺飛邊打磨光順［4］。

由于鋼圍堰外形尺寸較大，各構(gòu)件大部分需要接長(zhǎng)，為保證結(jié)構(gòu)輪廓，鋼圍堰內(nèi)、外壁板對(duì)接邊邊緣加工光潔度及尺寸要求應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)［5］。

3）鋼材校正。吊箱使用的鋼板和型鋼，由于在軋制時(shí)壓延不均，軋制后冷卻收縮不均，以及運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中各種因素的影響，常常產(chǎn)生波浪變形，局部凹凸和各種扭曲變形。這些變形將影響切割及其它加工工序的正常進(jìn)行，降低加工精度;而且在焊接時(shí)還產(chǎn)生附加應(yīng)力，使構(gòu)件失穩(wěn)而影響構(gòu)件的強(qiáng)度。因此，在號(hào)料前需對(duì)變形的鋼板、型鋼進(jìn)行矯正處理，消除這些變形。鋼板用平板機(jī)校平，型鋼進(jìn)行調(diào)直［6］。

2.2.2 加工制作

1）龍骨底板的制作:加工車(chē)間制造主要是按照?qǐng)D紙單元件尺寸進(jìn)行配料，并對(duì)單元件進(jìn)行編號(hào)，根據(jù)單元件編號(hào)拼裝現(xiàn)場(chǎng)直接組拼。底板按圖紙的分塊制作，共分為10種，103小塊，編號(hào)后直接在龍骨上組拼焊接。

2）吊桿的制作:圍堰共需吊桿15套，每套吊桿分為一個(gè)單元塊，吊桿應(yīng)在專(zhuān)用平臺(tái)上組裝，專(zhuān)用平臺(tái)應(yīng)保持平整，且設(shè)有限位板的設(shè)施，以保證吊桿架幾何尺寸。

3）壁板的制作:壁板單元件由內(nèi)、外壁板、隔倉(cāng)板及水平桁架及豎肋等部件組焊成型。胎架的精度應(yīng)力求一致，以保證不同胎架組焊出來(lái)的產(chǎn)品其尺寸具有一致性。壁板的制造采用分塊制造的方法，以面板的尺寸為分塊線(xiàn)。

4）內(nèi)支撐的制作:考慮運(yùn)輸和吊裝能力，把內(nèi)支撐分片，根據(jù)壁板拼裝后的實(shí)際尺寸下料，制造過(guò)程中不焊接注腳板。為保證外型尺寸的準(zhǔn)確性及控制焊接質(zhì)量和變形，借助胎架組拼及施焊，胎架應(yīng)具有足夠剛度，以防止單元構(gòu)件在組焊過(guò)程中變形。

5）底隔倉(cāng)的制作

底隔倉(cāng)在制造車(chē)間按圖紙分塊制造完成后，直接與底板和吊架進(jìn)行焊接。

2.3 吊箱拼裝

單元件組裝順序?yàn)?胎架平臺(tái)制作→拼板及框架制作→鋪設(shè)外圍壁板→安裝外圍壁縱骨→安裝水平結(jié)構(gòu)→安裝內(nèi)隔艙板→安裝內(nèi)圍壁縱骨及結(jié)構(gòu)→鋪設(shè)內(nèi)圍壁板→焊接內(nèi)部構(gòu)件

2.3.1 拼裝準(zhǔn)備

1）拼裝場(chǎng)地坡度調(diào)整。鋼吊箱拼裝場(chǎng)至水中陡坎間的坡道距離約40 m，根據(jù)氣囊的承載特性及受力情況，要保證通過(guò)氣囊的最大工作高度不小于0.2 m，坡度調(diào)節(jié)必須分段進(jìn)行，坡度由1∶35逐漸調(diào)整為1∶20。對(duì)不符合地基要求的部分要進(jìn)行回填壓實(shí)，并進(jìn)行檢查驗(yàn)收。

2）擺放鋼凳。鋼凳是由型鋼焊接而成的框架結(jié)構(gòu)，底面貼一鋼板。鋼凳的作用在于支撐鋼吊箱以布置氣囊，并且增加與地面的接觸面積，保證地面在承壓時(shí)不會(huì)因?yàn)榈孛娴某休d力太低而導(dǎo)致下沉。在圍堰的底部按坡度鋪設(shè)鋼凳，給氣囊留有一定的空間布放。鋼凳排放時(shí)要有測(cè)量人員定位。

3）布置托板。由于底板下面是龍骨，為避免割傷氣囊，鋪放氣囊位置在鋼凳的頂面鋪設(shè)一層20 mm厚的鋼板作為托板。為防止托板邊緣割傷氣囊，在托板外側(cè)邊緣焊接鋼管保護(hù)（只焊接在圍堰托板外側(cè)部分）。托板的寬度尺寸為13 m，在圍堰寬度方向的布置為兩側(cè)滑道位置布置，每側(cè)出底板50 mm布置，兩端出底板600 mm布置，托板與龍骨采用臨時(shí)卡馬固定。

2.3.2 正式拼裝

1）龍骨的拼裝?；牢恢谬埞侵苯釉阡摰噬戏?0 mm的鋼板上按編號(hào)拼裝，滑道外的在鋼凳上墊放鋼板抄平后按編號(hào)拼裝。首先要由測(cè)量人員準(zhǔn)確定出龍骨的定位線(xiàn)，然后直接拼裝焊接，要確保龍骨的相對(duì)尺寸，以防影響樁位。

2）底板的拼裝。將制作好的底板單元塊按編號(hào)在已拼裝好的龍骨上邊拼裝，根據(jù)圖紙底板的分塊和相對(duì)位置依次鋪放底板。底板與龍骨間按圖紙要求焊接。為增強(qiáng)下水時(shí)底板的強(qiáng)度，根據(jù)情況在滑道區(qū)位置的底板孔沿順氣囊滾動(dòng)的方向加一道型鋼。

3）吊桿的拼裝。底板安裝好后，由測(cè)量人員在龍骨底板上放出吊桿的注腳位置，開(kāi)始安裝吊桿單元塊，用注腳板將龍骨底板與吊桿焊牢。吊桿安裝到位后，每個(gè)吊桿單元塊水平方向必須用角鋼進(jìn)行連接成整體，以保證穩(wěn)定。吊桿的拼裝過(guò)程中必須由測(cè)量人員嚴(yán)格控制吊桿的頂面坡度與龍骨底板坡度保持一致。

4）底隔倉(cāng)的拼裝。吊架安裝完成后開(kāi)始安裝底隔倉(cāng)，將制造好的底隔倉(cāng)單元塊按圖紙位置直接在底板和吊架間焊接。

5）內(nèi)支架的拼裝。為保證圍堰的相對(duì)尺寸，內(nèi)支架由中間往兩側(cè)拼裝，先將中間單元塊就位到吊架上，經(jīng)測(cè)量人員定位好后，將內(nèi)支架與吊桿焊接連成整體，然后將縱向連接拼裝到位，使內(nèi)支架連接成整體。待壁板拼裝完畢后，根據(jù)實(shí)際尺寸再拼裝兩端單元塊。為方便后期調(diào)整，內(nèi)支架注腳先點(diǎn)焊。

6）側(cè)板的拼裝。由測(cè)量人員定出圍堰側(cè)板的外邊線(xiàn)和平面尺寸控制點(diǎn)（主要包括4個(gè)拐角點(diǎn)、直線(xiàn)段與圓弧段的分界點(diǎn)、4邊的中點(diǎn)和單元塊接縫點(diǎn)）位置，根據(jù)側(cè)板的位置線(xiàn)，先拼裝靠長(zhǎng)度方向的側(cè)板，最后拼裝寬度方向側(cè)板，控制側(cè)板接縫位置平順和拐角段的相對(duì)位置。

2.4 焊接工藝

2.4.1 焊接準(zhǔn)備工作

1）人員。參與焊接工作的操作人員，必須持有電焊工操作資格證書(shū)。焊接人員所從事的焊接位置，不得高于資格證書(shū)中所規(guī)定的位置。

2）鋪設(shè)焊接平臺(tái)。圍堰的側(cè)壁基本為直線(xiàn)段，為保證在拼裝時(shí)的尺寸誤差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，需鋪設(shè)焊接平臺(tái)。在平臺(tái)上焊接側(cè)板，能夠保證焊接時(shí)的變形和平整度。焊接時(shí)的平面必須是一個(gè)剛性的固定結(jié)構(gòu)來(lái)減少尺寸的誤差。

3）焊接程序:① 焊接外壁板的拼板對(duì)接縫;②焊接縱、橫艙壁與水平板的角接縫;③ 縱、橫構(gòu)架的十字焊縫;④縱、橫構(gòu)架與外壁板的角接縫。

2.4.2 焊接工藝

1）壁板對(duì)接焊。焊接方法為手工電弧焊和自動(dòng)埋弧焊。平板結(jié)構(gòu)，如內(nèi)外壁板、隔艙板等采用自動(dòng)埋弧焊。

手弧焊采用E4303焊條，BX3-300交流電焊機(jī)。薄板對(duì)接采用手工電弧焊，焊接電流160～200 A，組拼間隙0～1 mm，對(duì)接錯(cuò)邊允許偏差1.0 mm，焊接速度 330 mm/min［7］。

埋弧焊采用H 08 A焊絲，HJ 431焊劑，MZ-1000埋弧焊機(jī)，配MZ-1000型自動(dòng)小車(chē)，采用直流反極性。

2）水平桁架焊接。焊接方法采用手工電弧焊（工藝參數(shù)同上）。

焊接工藝要點(diǎn):水平桁架組拼合格后，置放于一定剛性的焊接平臺(tái)內(nèi)，平臺(tái)平面設(shè)固內(nèi)、外環(huán)擋板，并根據(jù)試制水平桁架焊接變形情況設(shè)置反形。焊接時(shí)安排雙倍數(shù)的電焊工，采用相同的焊接工藝參數(shù)，分別在內(nèi)、外環(huán)板處施水平斜撐與環(huán)板的角焊縫，其順序由中間往兩端進(jìn)行。

3）單元塊焊接。焊接方法為手工電弧焊和藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊。手弧焊工藝參數(shù)同上。CO2氣體保護(hù)焊采用 E71T-1Φ1.2 mm焊條，NBC-500CO2氣體保護(hù)焊電焊機(jī)。焊接電流160～220 A，電壓22～24 V，焊接速度450～550 mm/min，氣體流速15 L/min。

4）裝配焊接。分別吊裝單元塊在底節(jié)圍堰上就位，并按拼裝線(xiàn)在底部焊定位擋塊，上部鉛垂到位后，在臨時(shí)吊點(diǎn)處設(shè)纜風(fēng)進(jìn)行調(diào)整并固定。在單元間內(nèi)、外壁板內(nèi)側(cè)加裝鋼墊板，并采用手工焊定位。

外壁板分塊鋪設(shè)在鋼性胎架上，分塊之間采用手工定位焊。在胎架中組拼水平桁架、豎肋及內(nèi)壁板，并采取剛性固定措施。在胎架上分別采用手工焊、CO2氣體保護(hù)焊先施焊外壁板與豎肋的立、平角焊縫、外壁板與內(nèi)壁板的雙面角焊縫。將單元塊整體翻身，置放于弧形焊接胎架上，并采取剛性固定措施。分別采用CO2氣體保護(hù)焊、手工焊施內(nèi)壁板、豎肋與內(nèi)壁板的平、立角焊縫。內(nèi)、外壁板、豎肋與壁板焊接時(shí)，均安排雙倍數(shù)電焊工采用相同的焊接規(guī)范由中間往兩端進(jìn)行。插入隔艙板，用用手工焊、CO2焊分別施隔艙板與壁板立角焊縫、隔艙板與壁板的平角焊縫。采用CO2焊隔艙肋板立角焊縫。組拼隔艙邊水平撐并施手工立焊。

工地焊接應(yīng)滿(mǎn)足風(fēng)力小于5級(jí)，溫度大于或等于5oC，濕度小于或等于80%，雨天不能工地焊接。超出以上環(huán)境要求者，應(yīng)采取措施，確保能保證焊縫質(zhì)量時(shí)方可進(jìn)行施焊。當(dāng)圍堰單元內(nèi)采用CO2焊接時(shí)，一定要有通風(fēng)防護(hù)安全設(shè)施，操作者要佩戴通氧氣的防護(hù)面罩。

2.4.3 焊接注意要點(diǎn)

1）焊圓弧外壁板、直線(xiàn)外壁板的對(duì)接焊縫，當(dāng)板縫錯(cuò)開(kāi)時(shí)，應(yīng)先焊橫向縫（端接），后焊縱向縫（邊接縫）當(dāng)采用平列對(duì)接時(shí)，先焊縱向縫，后焊橫向縫。

2）錯(cuò)開(kāi)板縫對(duì)接縫，其焊接方法大多采用氣體保護(hù)焊，其具體工藝措施如下:① 拼板要求平整，板裝配間隙要小，焊縫表面無(wú)銹蝕、油漬，以防止焊縫氣孔產(chǎn)生;②表面處理方法:鋼絲刷清刷;角磨機(jī)配圓盤(pán)鋼絲刷打磨;③平焊對(duì)接一般采用左向焊法，箱板平焊一般不作橫向擺動(dòng);④當(dāng)進(jìn)行厚板焊接其焊縫較寬時(shí)，可采用多道焊法，亦可作適當(dāng)橫向擺動(dòng)。

3）構(gòu)件中同時(shí)存在對(duì)接與角接焊縫時(shí)。應(yīng)先焊對(duì)接縫，后焊角接縫。

4）縱橫構(gòu)架間的十字接頭，必須待構(gòu)架安裝完畢后方可施焊。

5）橫焊為保證施工進(jìn)度，調(diào)節(jié)焊接工作量，在吊箱未整體成型前，構(gòu)架與殼板的焊接，一定要待壁板安裝完畢后，方可焊接。

6）根據(jù)分爿制作整體安裝工藝的要求，其分爿部分構(gòu)架與板的焊接，其邊緣應(yīng)留300～400 mm暫不焊，待整體裝配后再行焊接。

7）所有骨架的十字焊，構(gòu)件的角焊縫采取逐格焊接法，遵循由中往左、右，由中往前、后，由下至上，由里及外的施焊程序。長(zhǎng)焊縫采取退焊法及分中逐步退焊法，具有對(duì)稱(chēng)軸的工作，應(yīng)盡量采取雙人對(duì)稱(chēng)焊，以控制焊件變形量。

8）對(duì)接焊縫，手工焊時(shí)，材料厚度小于等于4 mm，半自動(dòng)焊時(shí)材料厚度小于等于6 mm，可不開(kāi)坡口，超過(guò)上述規(guī)定，應(yīng)根據(jù)不同焊接方法，結(jié)合實(shí)際，采取碳弧氣刨刨槽封底，其刨槽尺寸符合 GB/T985—88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊坡口的基本形式與尺寸》要求。

9）吊箱的各部位的焊接，其電流大、小應(yīng)嚴(yán)格控制，不得使用同一種電流進(jìn)行全位置焊接。

2.5 結(jié)構(gòu)驗(yàn)收

鋼吊箱分片制成1件后，應(yīng)測(cè)量單元產(chǎn)品全部尺寸，經(jīng)檢查無(wú)誤，再制作第2件。兩件單元產(chǎn)品經(jīng)試拼裝合格后，方可批量生產(chǎn)。

施工人員應(yīng)對(duì)胎架定期進(jìn)行檢查，丈量主要尺寸，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。

鋼吊箱分片出廠前應(yīng)嚴(yán)格保證吊箱各部焊縫的焊接質(zhì)量，對(duì)關(guān)鍵受力焊縫應(yīng)做探傷檢驗(yàn)，并對(duì)鋼吊箱外殼焊縫作煤油滲透性試驗(yàn)。觀察內(nèi)外壁板焊接部位是否致密，以確保鋼吊箱在浮運(yùn)、定位、及下沉各階段具有自浮能力。

2.5.1 焊接外觀檢驗(yàn)

焊縫尺寸及表面檢驗(yàn)根據(jù)JB 3223—83《焊縫質(zhì)量管理規(guī)程》焊縫表面質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。檢驗(yàn)前，焊縫表面及兩側(cè)10 mm內(nèi)必須清除所有熔渣、飛濺及其它污物。檢驗(yàn)主要根據(jù)肉眼及KL型焊縫檢驗(yàn)尺進(jìn)行，焊縫外形光順均勻，焊道與焊道、焊道與基本金屬之間應(yīng)平緩過(guò)度，不得有截面突變。焊接外觀質(zhì)量檢查驗(yàn)收按表1進(jìn)行。

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2.5.2 水密性試驗(yàn)

1）焊縫外部檢查后方可進(jìn)行水密性試驗(yàn)。環(huán)境氣溫應(yīng)高于5℃，否則必須采取措施。

2）試驗(yàn)前應(yīng)在各試驗(yàn)水艙下適當(dāng)增加墩位，保證吊箱在試水時(shí)不變形。對(duì)未作水壓水密性試驗(yàn)的焊縫，考慮到現(xiàn)場(chǎng)的條件和工期的要求，采用煤油滲透試驗(yàn)方式檢查焊縫抗?jié)B性。

3）試驗(yàn)前，檢驗(yàn)部分不允許油漆和搪水泥，需要試驗(yàn)的箱體表面和焊縫必須打掃清潔，并且對(duì)進(jìn)行檢視的一面除要求打掃清潔，對(duì)采用煤油滲透試驗(yàn)的，尚需對(duì)檢視面刷一層石灰漿（涼干），以便觀察。

4）試驗(yàn)中，如發(fā)現(xiàn)有水流或滲水（滲油）現(xiàn)象時(shí)，需進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)后必須重新試驗(yàn)。

2.5.3 結(jié)構(gòu)尺寸驗(yàn)收

鋼吊箱組拼完成后，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸檢驗(yàn)。結(jié)構(gòu)尺寸檢查驗(yàn)收按表2進(jìn)行［8］。尤其是對(duì)底節(jié)護(hù)筒定位結(jié)構(gòu)尺寸驗(yàn)收，以確保水上護(hù)筒插打準(zhǔn)確性。驗(yàn)收結(jié)果必須詳記錄，作為鋼吊箱接高、護(hù)筒上口定位架安裝參考資料。

表2 鋼圍堰結(jié)構(gòu)尺寸允許偏差Tab.2 Permissible dimension variation of cofferdams

3 底節(jié)鋼吊箱下水

3.1 下水總體方案

吊箱制作場(chǎng)及附近場(chǎng)地均為灘地，地基承載力較低，無(wú)現(xiàn)成的下水坡道，考慮結(jié)構(gòu)本身的安全性，采用鋪設(shè)t=20 mm鋼板來(lái)作為鋼圍堰與氣囊間的襯墊，采用氣囊支承、滾動(dòng)前移整體縱向下水，即利用氣囊托起吊箱，依靠鋼吊箱自重分力下滑的方法使鋼吊箱前行，至水邊松掉后面控制拉纜加速下滑沖入水，整體自浮，最后用拖輪及臨時(shí)錨碇控制鋼吊箱。鋼吊箱下水工藝流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 鋼吊箱下水工藝流程Fig.2 Process of launching

3.2 下水前的準(zhǔn)備工作

3.2.1 吃水深度計(jì)算

底節(jié)鋼吊箱全高16 m，雙壁及隔艙可提供浮力面積約為835m2，下水自浮穩(wěn)定后，此時(shí)吃水深度為3.35 m左右，加上底龍骨高度0.681 m，入水深度為4.0 m 左右。

3.2.2 下水設(shè)備

設(shè)備主要有高壓氣囊50～70條，充氣設(shè)備與之配套;10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)2臺(tái)，80 t滑輪組2對(duì)，20 t單門(mén)滑車(chē)3～5臺(tái)，其它鋼絲繩、卸扣配套。

為保證吊箱在滑道能夠向前移動(dòng)，并能控制吊箱下滑的速度和大致方向，需要在吊箱上設(shè)置前后拉纜，后面控制拉纜下滑速度的拉纜設(shè)計(jì)拉力為2×80 t，大于吊箱自重的最大下滑分力（不考慮摩擦阻力）T=2 800÷20=140 t。當(dāng)?shù)跸淙胨∑鸷?，吊箱下?6 mm鋼墊板需由地錨配卷?yè)P(yáng)機(jī)用氣囊法拉起回收。

后拉纜控制采用地錨，地錨布置于鋼吊箱后側(cè)，距鋼吊箱后端30 m。地錨為埋置式鋼筋混凝土錨，共設(shè)2個(gè)，每個(gè)地錨設(shè)計(jì)水平拉力為80 t，尺寸為:長(zhǎng)4.5 m，寬 4.5 m，深 3 m，頂與地面平齊，預(yù)埋鋼板錨環(huán)。拉纜通過(guò)80 t滑車(chē)組（10 t卷?yè)P(yáng)機(jī)、四門(mén)走八滑車(chē)組）與地錨相連。鋼吊箱底龍骨上設(shè)置牽引固定點(diǎn)。

3.2.3 氣囊安裝布置

1）氣囊的受力計(jì)算

單個(gè)氣囊承載力技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 單個(gè)氣囊承載力技術(shù)參數(shù)Tab.3 Parameters of bearing capacity on single airbag

2）氣囊用量的計(jì)算

氣囊的工作高度H取為0.6 m，下水的整體重量G=2 800 t，取氣囊個(gè)數(shù)n=46，則:氣囊的安全系數(shù)K為:

由此可見(jiàn)，氣囊有2.10倍的富裕量，主要是考慮到箱體底部結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度的不均衡，通過(guò)更多的氣囊來(lái)分配箱體的重量，使局部的受力減小。

由以上計(jì)算可知，選用46個(gè)氣囊是安全可靠的。氣囊按間距2.5 m布置。

3）氣囊布置及充氣

吊箱拼裝完后，在吊箱下的支承點(diǎn)間布置氣囊，在直線(xiàn)段及部分圓弧段按每2.5 m間距布置一個(gè)氣囊，對(duì)于與臨時(shí)支點(diǎn)位置沖突的氣囊，待臨時(shí)支點(diǎn)拆除后布置，吊箱下兩側(cè)氣囊對(duì)稱(chēng)布置［8］。

氣囊在充氣前，必須先布置好地錨及卷?yè)P(yáng)機(jī)等裝置，將吊箱錨固牢靠，使其在被頂起后不向前滾動(dòng)。氣囊充氣的順序應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng)、分散，相鄰的氣囊分成兩批次充氣，當(dāng)?shù)跸湎碌臍饽页錃庵恋跸浔惶鹬?.8 m高左右后，此時(shí)，吊箱脫離支承點(diǎn)約20 cm，拆除鋼墊板下的鋼凳支承。一個(gè)吊箱下共有179個(gè)鋼凳。支承點(diǎn)需清理干凈，并作地面平整，以不影響后序的氣囊滾動(dòng)。

3.3 吊箱下水

鋼圍堰底節(jié)制作拼裝完成后，經(jīng)檢查合格并簽證后，對(duì)圍堰滑移范圍內(nèi)的場(chǎng)地進(jìn)行清理，保證無(wú)雜物（尤其是可能戳破氣囊的尖銳物），掛好地錨鋼絲繩后，開(kāi)始圍堰下水。

3.3.1 起 滑

氣囊下河的所有準(zhǔn)備工作就緒，具體下河日期要綜合考慮當(dāng)時(shí)的天氣、風(fēng)力及水位情況，應(yīng)在風(fēng)力較小、無(wú)雨水的天氣下進(jìn)行，并盡量選擇高潮位時(shí)段。

當(dāng)氣囊完全托起鋼吊箱，下滑道清理完成后，慢慢放松后拉纜，必要時(shí)在前端不斷補(bǔ)充氣囊，直至前面氣囊到達(dá)水邊。

3.3.2 下滑入水

鋼吊箱控制下滑至水邊，切斷后拉纜，讓鋼吊箱自由加速下滑，利用其慣性入水并向江中滑行一段距離，使鋼吊箱后端水深滿(mǎn)足自浮吃水深度要求。

3.3.3 穩(wěn)定漂浮

鋼吊箱整體入水后，會(huì)在慣性、風(fēng)力、水流作用下繼續(xù)漂浮，同時(shí)底板內(nèi)進(jìn)水，鋼吊箱入水深度增大，達(dá)到穩(wěn)定入水深度，為控制鋼吊箱不至繼續(xù)漂浮，待命的拖輪及時(shí)靠近并拴綁，控制鋼吊箱使其穩(wěn)定。

3.3.4 托板回收

托板一端預(yù)留起吊鋼絲繩和浮漂，在托板沉到河床后將其與地錨及卷?yè)P(yáng)機(jī)相連，托至近岸后，利用氣囊法拖拉上岸。

3.3.5 應(yīng)急預(yù)案

本項(xiàng)目鋼吊箱自重大，結(jié)構(gòu)不同于船只，氣囊法下河會(huì)存在許多不確定因素，就可能出現(xiàn)的一些問(wèn)題及應(yīng)急措施計(jì)劃如下:

1）鋼吊箱開(kāi)始不滑移

鋼吊箱在1∶35的拼裝坡度若開(kāi)始不能下滑，可通過(guò)調(diào)節(jié)氣囊壓力，來(lái)調(diào)整氣囊的工作高度，從而改變鋼吊箱的下傾坡度，必要時(shí)，則準(zhǔn)備采用裝載機(jī)或拖輪掛鋼絲繩牽引，直至鋼吊箱開(kāi)始下滑。

當(dāng)鋼吊箱被氣囊抬起后清理支承墩時(shí)，應(yīng)必須完全清理，不得有遺漏，地表之上的雜物等全部清退，專(zhuān)人檢查，同時(shí)不能有尖銳物遺留，以免戳穿氣囊。在邊坡?lián)Q填及平整時(shí)，亦應(yīng)注意類(lèi)似情況。

2）鋼吊箱下水速度過(guò)快，沖滑太遠(yuǎn)

在鋼吊箱下水前，設(shè)置柔性保險(xiǎn)長(zhǎng)纜繩，系結(jié)在水邊準(zhǔn)備的鐵錨上，保險(xiǎn)纜繩長(zhǎng)度按照鋼吊箱安全距離確定，蛇行盤(pán)在水邊空地上，利用鐵錨控制鋼吊箱。并配備大馬力拖輪附近待命。

3）鋼吊箱側(cè)板漏水

鋼吊箱側(cè)板密封焊接質(zhì)量不合格，或者鋼吊箱在移動(dòng)、下水過(guò)程中結(jié)構(gòu)局部受力過(guò)大，造成局部焊縫裂開(kāi)，導(dǎo)致側(cè)板進(jìn)水，應(yīng)備用水泵及時(shí)抽水，并補(bǔ)焊小隔艙或采用專(zhuān)用堵漏材料進(jìn)行堵水。

4 結(jié)語(yǔ)

底節(jié)圍堰安全的下水后，就可以通過(guò)拖輪浮運(yùn)至橋址進(jìn)行定位。頂節(jié)圍堰制造后采用分塊浮運(yùn)至橋址再進(jìn)行拼裝接高的方法。

（References）:

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［9］ 崔林釗，劉曉晗，方詩(shī)圣.合淮阜高速公路淮河特大橋深水基礎(chǔ)鋼圍堰設(shè)計(jì)與施工［J］.工程與建設(shè)，2007，21（2）:165-167.

CUI Lin-zhao，LIU Xiao-han，F(xiàn)ANG Shi-sheng.Design and construction for steel cofferdam of deep-water foundation over Huaihe grand bridge in He-Huai-Fu expressway［J］.Engineering and Construction，2007，21（2）:165-167.

Process Discussion of the Manufacture and Launching of Double-wall Steel Suspension Cofferdams

CHEN Guo-gang
（China Railway SIYUAN Survey and Design Group Co.，Ltd.，Wuhan 430063，Hubei，China）

In deepwater，the construction of bridge foundation has various methods and the steel cofferdams is the most important.On the basis of Wuhan Erqi Yangtze River Bridge，the process of the manufacture of the double-wall steel suspension cofferdams and the specific discussion of launching after manufacture were introduced in detail.Based on block manufacture，cofferdams manufacture was followed by assembly.To ensuring project quality，cutting，splicing and welding were inspected strictly.The process of manufacture and launching was complicated and highly required accuracy.

steel suspension cofferdam;manufacture;launching;process

U445.55+6

A

1674-0696（2011）05-0925-06

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.009

2011-04-11;

2011-05-13

陳國(guó)剛（1981-），男，河北隆化人，工程師，主要從事土木工程施工管理方面的工作。E-mail:tsycgg@163.com。