水上特大型鋼沉井整節(jié)段拼裝和接高施工技術(shù)

王立忠

(中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司，江蘇南京 210015)

1 工程概況

銅陵公鐵兩用長江大橋橋跨布置為(90+240+630+240+90)m的五跨連續(xù)鋼桁梁斜拉橋。斜拉橋主塔墩基礎(chǔ)為3#和4#主墩，其中3#主墩采用圓端形沉井基礎(chǔ)［1］，下端平面尺寸62.4 m×38.4 m，頂端平面尺寸64 m×40m，沉井總高度68 m，上部為18 m高鋼筋混凝土沉井，下部為50m高鋼沉井。鋼沉井沿高度方向分6節(jié)，從下往上每節(jié)高(9.5+4×7.5+10.5)m。平面上分為16個塊單元，鋼沉井總重5 381.76 t，最大單節(jié)吊裝重量為1 050 t。鋼沉井結(jié)構(gòu)詳見圖1。

2 水文地質(zhì)情況

橋位所在河道屬于感潮河段，水位受長江徑流與潮汐雙重影響，主要受長江徑流控制。10年一遇洪水水位為11.55m，流速2.5m/s;20年一遇洪水水位12.01 m，流速2.66 m/s。施工期間最高水位為11.3 m，最大水深超過40m，最大流速2.8 m/s。

3#主墩墩位覆蓋層厚約42 m，自上而下依次為厚約8.2 m的粉砂層、厚約13.7 m的細(xì)圓礫土層(局部為礫砂)、5.6 m的粉質(zhì)黏土層(局部夾雜)、14.1 m的細(xì)圓礫土層。基巖為強風(fēng)化砂質(zhì)泥巖和微風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。

3 3#主墩鋼沉井制造與拼裝施工技術(shù)難點

全橋施工工期緊，3#主墩鋼沉井制造、接高耗費時間對全橋施工進(jìn)度具有重要影響;3#墩鋼沉井平面尺寸大，制造精度控制要求高;分節(jié)重量大，吊裝難度大。墩位處水深、流急，鋼沉井施工條件復(fù)雜，施工難度大。

4 鋼沉井整節(jié)段工廠制造和運輸

4.1 鋼沉井制造總體規(guī)劃

每節(jié)鋼沉井平面分為16個塊單元，詳見圖2。鋼沉井節(jié)段制造場地位于南通某造船廠鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)，片單元制造及塊單元組拼均在廠區(qū)內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)加工車間及鋼結(jié)構(gòu)加工平臺進(jìn)行。塊單元分塊重量在50～70 t之間，制造完成后由150 t平板運輸車運輸至碼頭區(qū)。碼頭區(qū)組拼平臺可一次組拼兩個鋼沉井節(jié)段，完成后由1 200 t浮吊整體起吊裝船運輸至橋址。

4.2 鋼沉井節(jié)段制造

鋼沉井工廠制造主要分為3個階段:桁片單元件制作、驗收;塊單元制作、驗收、水密性試驗;鋼沉井節(jié)段整體組拼、焊接、驗收、水密性試驗。

桁片單元根據(jù)設(shè)計圖進(jìn)行放樣，零件加工考慮采用精密切割、仿形切割、數(shù)控自動切割、等離子切割等方法，焊接在專用鋼結(jié)構(gòu)加工平臺上進(jìn)行。

塊單元采用以鋼沉井井壁外殼板為基面，在正切胎架上臥造的方法組焊加工。

鋼沉井塊段組拼場地在碼頭區(qū)組拼平臺，組拼原則為先中間后四周，先隔墻塊段后井壁塊段的方式進(jìn)行［2］。首先安裝定位及支撐胎架，然后吊裝鋼沉井中心塊段，進(jìn)行縱橫向及高度方向定位調(diào)整，以后以此塊段作為定位基準(zhǔn)段，再向四周拼裝其它塊段［3］。

鋼沉井塊段組拼所采取主要技術(shù)措施如下:

1)鋼沉井塊段組拼采用支柱式全模板胎架，支柱采用型鋼桁架，模板采用鋼板，根據(jù)沉井外形尺寸設(shè)置，并精確放出胎架地輔線，以保證塊段定位及拼裝準(zhǔn)確。

圖1 鋼沉井結(jié)構(gòu)(單位:cm，標(biāo)高:m)

圖2 沉井平面單元劃分(單位:cm)

2)定位塊段吊上胎架基本就位后，用不少于4根扁鋼花籃螺絲將塊段與地面鎖定，微調(diào)后使塊段上的井壁外殼、橋中心線與胎架地輔線吻合。

3)拼接塊段吊裝就位后，胎架上微調(diào)使其井壁外殼板盡量與胎架地輔線吻合，隔墻中心線與相關(guān)地輔線平行。將塊段初步定位固定，測出其平行間距，并據(jù)此決定兩分段接縫處的余量，劃出余量切割線，切割余量，開好焊接坡口并打磨后，解除對塊段的約束，對此分段進(jìn)行二次定位，將塊段接縫交付焊接［4］。

4)塊段拼裝完成后，根據(jù)胎架地輔線，用激光經(jīng)緯儀在頂面桁架上和井壁外殼板上劃出橋梁中心線和半圓直徑線，為后續(xù)施工現(xiàn)場整節(jié)段接高拼裝提供精確定位依據(jù)。

4.3 鋼沉井節(jié)段整體起裝裝船

1)吊裝設(shè)備

鋼沉井節(jié)段組拼完成后，進(jìn)行整節(jié)段起吊裝船作業(yè)，組拼場地位于工廠碼頭區(qū)，采用吊重參數(shù)均滿足起重和1 200 t浮吊作為鋼沉井吊裝設(shè)備的場地要求。

2)吊耳設(shè)計

鋼沉井節(jié)段最大重量1 050 t，起吊吊點設(shè)置在井壁中間兩道隔墻上，每道隔墻上布置4個，共8個，沿沉井中心線對稱布置。單個吊耳按受力175 t設(shè)計。吊耳布置在隔墻井壁隔艙板一側(cè)，并充分利用隔艙板剛度。吊耳板焊接在隔墻井壁壁板上，沿斜吊角度設(shè)置，為防止壁板發(fā)生變形，在壁板外側(cè)貼板加強，并采用設(shè)置對撐φ600鋼管支撐的方式抵消因斜吊產(chǎn)生的水平力。

3)起吊作業(yè)

鋼沉井節(jié)段運輸駁船進(jìn)入預(yù)定位置后，浮吊在碼頭前水域拋錨定位，定位完成后，調(diào)整船位至吊裝半徑以內(nèi)，松鉤將鋼索具連接鋼沉井的各吊耳，調(diào)整垂直度起鉤，調(diào)整全船的錨位慢慢松鉤至吊裝要求。鋼沉井節(jié)段起吊離位100mm時，在主鉤上進(jìn)行二次剎車。無異常情況后，浮吊進(jìn)行起升作業(yè)將鋼沉井吊起至預(yù)定高度，剎車使其靜止懸掛。鋼沉井吊離原地的時候，剎車應(yīng)保證鋼沉井的水平以及平衡。調(diào)整后的浮吊船位應(yīng)與駁船呈“T”字形形態(tài)。定位完成后浮吊進(jìn)行前后移動操作，使浮吊平穩(wěn)地移至鋼沉井需擺放位置，前后調(diào)整錨纜使處于懸掛狀態(tài)的鋼沉井對準(zhǔn)運輸駁船擺放，然后進(jìn)行綁扎固定。

4.4 鋼沉井整節(jié)段運輸

1)運輸設(shè)備

根據(jù)鋼沉井節(jié)段尺寸及噸位，采用一艘海駁配兩艘2 000 hp拖輪及一艘960 hp拖輪進(jìn)行運輸。海駁船體長98 m、寬32 m、深7.5m，滿載吃水5.2 m，載重噸位為12 800 t。

2)航運線路

鋼沉井整節(jié)段運輸需從南通沿長江航線上行至銅陵橋址，總航程約450 km，沿途需經(jīng)過江陰、鎮(zhèn)江、南京、馬鞍山和荻港等地區(qū)。

3)鋼沉井整節(jié)段運輸主要技術(shù)措施

鋼沉井與駁船甲板以及兩節(jié)鋼沉井之間設(shè)置墊墩，并通過設(shè)置鋼絲纜風(fēng)繩和松緊螺栓與甲板緊固以保證運輸過程安全。開航前，應(yīng)對船舶狀態(tài)和設(shè)備進(jìn)行全面檢查，對船舶裝載后的航行穩(wěn)定性進(jìn)行計算。航行中要保持聯(lián)系暢通，航行頻道要不間斷守聽。充分利用船只裝有的設(shè)備，在夜間或霧中航行，必須開啟雷達(dá)電子海圖、AIS等設(shè)備。

5 鋼沉井整節(jié)段起吊拼裝和接高

5.1 第一節(jié)鋼沉井起吊

第一、第二節(jié)鋼沉井運輸至工地后，準(zhǔn)備第一節(jié)鋼沉井整體起吊作業(yè)。吊裝前穿掛遠(yuǎn)近共8個吊點的吊裝鋼絲繩，檢查吊船各相關(guān)設(shè)備完好情況。在鋼沉井吊裝時，1 200 t浮吊在橫水流方向，運輸船南側(cè)進(jìn)行起吊作業(yè)。準(zhǔn)備工作就位后吊船對位，鋼絲繩掛鉤，緩慢起吊，整體將鋼沉井吊離運輸船。浮吊提吊鋼沉井至設(shè)計位置下放，使鋼沉井入水自浮，拖輪幫靠穩(wěn)定后解除吊裝鋼絲繩，準(zhǔn)備定位。

5.2 第一節(jié)鋼沉井錨碇定位

第一節(jié)鋼沉井下水前先進(jìn)行鋼沉井錨碇系統(tǒng)施工，入水后由拖輪幫靠穩(wěn)定住鋼沉井，然后將拉纜及邊錨錨繩由臨時工作船移至鋼沉井相應(yīng)固定座上，絞錨定位鋼沉井，鋼沉井定位于墩位處［5］。

5.3 第二至第六節(jié)鋼沉井整體接高

第一節(jié)鋼沉井臨時錨碇定位完成后，后續(xù)節(jié)段鋼沉井由1 200 t浮吊整體吊離運輸船進(jìn)行定位接高。

1)接高測量

接高全程進(jìn)行測量控制，重點是沉井各節(jié)段共線度的控制，保證沉井接頭不出現(xiàn)折角和錯臺。通過在每節(jié)沉井壁上標(biāo)示的共線鐵板來控制，用紅外線激光標(biāo)點儀檢查鐵板是否共線，用檢定鋼尺測量尺寸復(fù)核。每節(jié)拼裝好后做好竣工檢查，做好記錄并繪制每節(jié)軸線偏差圖，在頂節(jié)標(biāo)定軸線點時參考下面各節(jié)的軸線偏差圖。每節(jié)拼裝完成后，需在沉井壁上引測結(jié)構(gòu)水平線。

2)沉井調(diào)平

接高施工前需對已定位鋼沉井進(jìn)行調(diào)平。采用部分隔艙壓水的方法進(jìn)行調(diào)平，在達(dá)到調(diào)平目的的同時還可以降低沉井重心，減少晃動，方便后續(xù)對位接高。

3)接高對位

接高時先將節(jié)段上帶有的定位銷與限位板初步對位，然后根據(jù)定位基準(zhǔn)線，對上下節(jié)段的橋中心線以及水平200mm對合線進(jìn)行微調(diào)，完全吻合后，固定吊裝節(jié)段。同時對鋼沉井的中心線及標(biāo)高進(jìn)行測量，經(jīng)檢驗合格后進(jìn)行接縫定位焊接。上下沉井單元接高錯邊量要求＜2 mm。為調(diào)整鋼沉井節(jié)段與節(jié)段之間隔艙板對接時的偏差，在每一節(jié)段的隔艙板上口加裝焊120mm寬的面板。

4)環(huán)縫焊接

鋼沉井精確對位后進(jìn)行環(huán)縫施焊，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊接。CO2氣體保護(hù)焊滿足防風(fēng)、防雨條件，焊絲和焊條采用CX-71，焊條直徑φ1.2，CO2氣體純度＞99.5%。電壓控制在27～28 V，電流210～270 A，焊接速度30～33 m/h，氣體流量10～15 L/min。焊接需連續(xù)完成，過程中不中斷。焊接時嚴(yán)格按設(shè)計圖施焊并配備足夠的施焊人員及設(shè)備。焊縫完成外觀檢驗合格后，用真空法檢驗現(xiàn)場焊縫的水密性。焊縫檢驗合格后方可吊裝接高下一節(jié)段。

鋼沉井接高時在下節(jié)鋼沉井頂口以下1.00m處設(shè)置1.25m高簡易挑架，方便焊接設(shè)備擺放及人員通行。直線段挑架沿沉井外輪廓每1.90m布置一道，圓弧段每0.80～0.90m布置一道。

5)止擺措施

為減小接高過程中的沉井?dāng)[幅，第二節(jié)沉井接高完成后增設(shè)4根拉纜、4根邊錨，第四節(jié)沉井接高完成后增設(shè)4根拉纜，并將邊錨錨繩上倒至第四節(jié)，第六節(jié)沉井接高完成后將部分拉纜及邊錨錨繩上倒［6］。

第三至六節(jié)段鋼沉井分兩個批次運抵工地后均由1 200 t浮吊按照上述方法整體接高(見圖3)。鋼沉井接高完成后進(jìn)行精確定位，井壁內(nèi)對稱、均勻、快速注水使鋼沉井迅速著床。

圖3 鋼沉井整節(jié)段接高吊裝示意(單位:cm)

6 結(jié)語

銅陵公鐵兩用長江大橋3#墩鋼沉井制造與拼裝施工采用工廠整節(jié)段制造整拼接高技術(shù)方案，從第一節(jié)鋼沉井起吊下水到第六節(jié)鋼沉井接高完成僅用了2個月時間。該方案的優(yōu)點是:鋼沉井所有鋼構(gòu)件從制造到整節(jié)段的組拼全部在工廠內(nèi)完成，充分利用工廠固有資源，解決了沒有現(xiàn)場制造、組拼場地，機具設(shè)備配備以及電力供應(yīng)不足，制造精度低的難題，簡化了工序，有效地減少了現(xiàn)場安裝的工作量，節(jié)約了工期和成本，確保了安全和質(zhì)量。工廠整節(jié)段制造整拼接高方案在銅陵長江大橋3#墩鋼沉井施工中的成功應(yīng)用，豐富了鋼沉井整節(jié)段制造接高的理論，提高了實踐水平。該施工技術(shù)可為我國特大型橋梁深水基礎(chǔ)施工提供一些借鑒。

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