深水流急區(qū)雙壁鋼圍堰施工測量技術

彭 柱 羅光財 鄭袁林

(1.中建五局，湖南 長沙 410000)

深水流急區(qū)雙壁鋼圍堰施工測量技術

彭 柱 羅光財1鄭袁林1

(1.中建五局，湖南 長沙 410000)

基于對在建工程武隆烏江大橋主墩雙壁鋼圍堰方案的分析，就深水流急區(qū)域橋梁深水基礎雙壁鋼圍堰施工測量技術進行了探討，闡述了首節(jié)鋼圍堰拼裝定位測量、初步定位及接高測量等技術，以供參考。

雙壁鋼圍堰，測量，定位，橋梁

近二十年來，因墩位處深水急流區(qū)、地質(zhì)條件復雜，大型橋梁、特大型橋梁的主墩基礎工程大規(guī)模地采用雙壁鋼圍堰,作為水深流急區(qū)域橋梁復合式基礎的擋水外圍結構[1-4]。雙壁鋼圍堰，尤其是千噸級雙壁鋼圍堰，盡管采用了錨碇系統(tǒng)固定，由于結構龐大，同時還需在水上進行分片拼裝接高，圍堰的精確定位受水位、流速的變化、河床面的高差狀況、氣象條件、圍堰的位置以及刃尖標高的變化等諸多項因素影響和制約，因此，給施工測量提出了更高的要求。如何有效地解決雙壁鋼圍堰浮動下接高測量、施工定位、精確著床等施工測量問題，對實現(xiàn)設計思想、保證結構理想受力和確保工程質(zhì)量至關重要[5]。本文以武隆縣土坎烏江大橋為載體，對深水流急區(qū)域中千級噸雙壁鋼圍堰的施工測量技術進行探討。

1 工程概況及雙壁鋼圍堰方案

在建武隆縣土坎烏江大橋，橋梁跨徑組合為2×25 m連續(xù)箱梁+(96+180+96)m連續(xù)剛構+3×30 m連續(xù)箱梁，橋梁總長度為523.5 m，橋位橫跨烏江，橋位處江面寬約165 m，其中橋梁3號、4號主墩位于河流主干道內(nèi)，承臺頂面設計標高分別為167.308 m和165.205 m，承臺底標高為163.308 m和161.205 m，墩位處河床標高159.205 m，設計勘察期水位標高為164.87 m，實測常水位標高為165.5 m，河床地質(zhì)為砂土層、卵石層。

主墩基礎施工設計采用雙壁自浮式鋼圍堰，鋼圍堰外徑19 m，內(nèi)徑17 m，壁厚1.0 m，3號圍堰高19 m，4號圍堰高21 m，頂面高程分別為179.308 m，179.205 m，刃腳段圍堰夾壁內(nèi)澆筑水下C25混凝土。鋼圍堰豎向分為4個節(jié)段，鋼圍堰結構布置如圖1所示，鋼圍堰總重量約1 468 t。

2 首節(jié)鋼圍堰拼裝定位測量

圍堰均分成12塊，單塊角度45°，如圖1所示，為保證拼裝時上部重量平衡，不致于使拼裝產(chǎn)生較大傾斜，采用對角對稱拼裝，拼裝順序以1，2→7，8→5，6→11，12→3，10→4，9 的順序布置。為保證鋼圍堰幾何外形的正確性，控制圍堰的平面尺寸、圓度和垂直度，在首節(jié)圍堰拼裝前，根據(jù)圍堰尺寸在拼裝平臺上測量放出圍堰的中心和每塊圍堰的平面位置，在中心和每塊圍堰的四個角點位置處用紅油漆標明。在吊裝圍堰單塊到位后首先進行支墊，再進行臨時支撐設置。每塊圍堰設置8個臨時支撐點，每側4個，通過手拉葫蘆固定在拼裝平臺上，如圖2所示。

鋼圍堰垂直度通過直角三角形原理來進行調(diào)整，首先在拼裝平臺上定出圍堰底口圓心，圓心到圍堰內(nèi)壁底口的水平距離a為定值(a=19 m),圍堰高度b為定值(b=6 m)，a，b為直角邊，則圍堰內(nèi)壁頂點到圓心的距離c也為定值(c=√a2+b2),即c=19.925 m，原理圖見圖3。通過葫蘆調(diào)整圍堰內(nèi)壁頂口到圓心的距離，從而實現(xiàn)對圍堰垂直度的調(diào)整(見圖3)。

最后通過拉頂口直徑來校核圍堰拼裝質(zhì)量。按照設計要求圍堰頂面中心偏位(順橋向和橫橋向)不大于±20 mm，圍堰平面尺寸誤差不大于±30 mm；同平面直徑差不大于±20 mm，傾斜度不大于H/1 000，高度誤差不大于±10 mm，節(jié)間錯臺不大于2 mm。

3 首節(jié)鋼圍堰的初步定位及接高測量

在岸上完成首節(jié)鋼圍堰的拼裝后，通過滑軌和拖船托浮圍堰進入橋墩位置，經(jīng)過初步定位后，再進行2層邊接高退思補過加重(注水)下沉。

3.1 初步定位測量

為控制鋼圍堰的平面位置及垂直度，首先對首節(jié)鋼圍堰頂面進行精確分中，在其頂確定A，B，C，D四個對稱特征點，如圖4所示，通過測定四點坐標來掌握鋼圍堰的實際位置及姿態(tài)?？紤]到鋼圍堰時刻處于浮動的狀態(tài)，在岸上兩個通視情況良好的控制點各架設1臺高精度全站儀，利用極坐標法[5]同時測定對稱軸上兩點(A，B或C，D)的三維坐標。由A，B，C，D四個對稱特征點實測三維坐標，可知鋼圍堰對稱中心O(XO，YO)的實際平面位置為：

(1)

扭角(AB偏離橋軸線的夾角)為:

(2)

南北方向的垂直度為:

(3)

上下游方向的垂直度為:

(4)

根據(jù)鋼圍堰的實時測量結果來對錨碇系統(tǒng)進行調(diào)整(見圖5),使鋼圍堰對稱中心逐步就位到橋墩的設計中心,并根據(jù)XC與XD或和YA與YB的差值來調(diào)整鋼圍堰的扭角使其小于±10′,同時通過控制鋼圍堰的各隔艙內(nèi)注水量來調(diào)節(jié)鋼圍堰的垂直度。各項調(diào)整是相輔相成的，必須通過反復進行，最終才能達到允許范圍內(nèi)，控制指標為平面位置偏差不大于±20 cm，扭角不大于±20′，垂直度不大于H/1 000。為確保測量無誤，應在不同的控制點架設全站儀或交替測量對稱特征點，進行觀測比較及檢驗。

3.2 鋼圍堰水上拼裝接高

鋼圍堰每節(jié)段分塊在鋼圍堰制作工廠加工完成并經(jīng)檢驗合格后，運至墩位處安裝。接高段和首節(jié)段的設計指標要求是一樣的，但由于對于處于水上浮動狀態(tài)的鋼圍堰，在接高過程中，每項指標都控制是難經(jīng)實施的，在接高過程中，只要控制住傾斜度，其他指標就可控制住了。

在土坎烏江大橋鋼圍堰接高過程中，在底層對接圍堰的頂口內(nèi)外壁之間焊設限位卡，一側用直立型鋼，另一側為傾斜狀，便于起吊就位。分塊圍堰對稱就位后，用長鋼卷尺量頂口距離是否滿足17 m內(nèi)徑尺寸，并采取三角斜邊量距法[5，6]，進行垂直度調(diào)整。用3 m長水平尺靠接縫處內(nèi)外壁，檢查接塊的垂直度。鋼圍堰水上接高到第2節(jié)，圍堰高度10 m，即可進行圍堰著床和注水下沉。

4 鋼圍堰精確定位

1)鋼圍堰上口軸線對稱點尋找。在接后的鋼圍堰頂口再次準確找出對稱特征點A，B，C，D(見圖4)。

2)鋼圍堰注水下沉。在鋼圍堰井壁內(nèi)注水，采用兩臺抽水泵均勻對稱注水下沉，使鋼圍堰下沉至距離河床30 cm～50 cm，在下沉過程中應隨時對錨鏈、錨繩和錨碇設施進行檢查，及時監(jiān)控錨繩的受力狀態(tài)，并予以及時調(diào)整，保證各錨繩受力均勻。

3)鋼護筒下放和鋼圍堰精確定位測量。鋼圍堰經(jīng)過接高及注水，體重及吃水深度(僅出浮出水面2 m內(nèi))增大，在風浪較小時，浮動很小，測量儀基本上可以置平，定位鋼護筒限位架時，可直接在鋼圍堰上橋軸線方向A(或B)特征點上架設全站儀控制鋼護筒的定位。鋼護筒下放，采取對稱的兩護筒同時下放的方法。在第一對護筒即將著床時，開始對鋼圍堰進行精確定位。精確定位的方法與前面的初步定位的方法相同，特征點高程采用水準儀精確測量。對主錨、邊錨及拉纜施加預應力，通過調(diào)整錨繩和拉纜保證鋼圍堰的平面位置滿足定位精度要求。調(diào)整圍堰上游下拉纜和下游下拉八字尾纜，必要時采取在隔艙內(nèi)不均勻注水以調(diào)整圍堰的垂直度。精確定位控制指標為平面位置橋軸線方向偏差不大于±5 mm，上下游方向軸線方向偏差不大于±10 mm，南北方向高程差不大于±10 mm，上下游方向高程差不大于±20 mm，扭角不大于±10′。在護筒著床過程中鋼圍堰精確定位的工作必須全程跟蹤監(jiān)測，直至多對成樁完成，鋼圍堰已不再浮動為止。在每個鋼護筒著床前，要用吊垂線的方法檢測護筒的垂直度。

4)鋼圍堰著床測量。圍堰位置調(diào)整到著床位置后，用四臺100 m3/h流量的低揚程水泵，向各艙內(nèi)均勻注水，保證在下沉時圍堰的垂直度，使其迅速精確著床。著床后測量檢查平面位置和傾斜度，若滿足要求，則繼續(xù)往隔艙內(nèi)均勻注水，始終保持圍堰頂水平，逐步實現(xiàn)圍堰刃腳全線著床。若不滿足，則用下拉纜進行調(diào)整，若發(fā)生傾斜，則往標高高的隔艙注水調(diào)平。但同時要保證圍堰隔艙內(nèi)外水面高差控制在6 m范圍內(nèi)。鋼圍堰著床位置精度應達到：中心軸線偏位不大于5 mm。

5)鋼圍堰吸泥下沉和竣工測量。鋼圍堰精密定位著床后，圍堰繼續(xù)接高并后吸泥下沉。由于圍堰部分已經(jīng)嵌入河床覆蓋層里，圍堰相對穩(wěn)定，同樣利用全站儀極坐標法測定節(jié)段特征點A，B，C，D的三維坐標[7]，求得圍堰的頂面中心偏移及高程、底中心偏移、刃腳高程、扭角、傾斜等圍堰觀測資料，指導圍堰的接高、下沉和糾偏等的實施。

表1 3號、4號墩鋼圍堰觀測成果表

圍堰下沉到位著巖后，必須清除干凈圍堰內(nèi)基底，暴露成片的基巖面，以便進行圍堰的封底。此時必須精密測定圍堰的精確位置，可采用多種方法分別測量、計算及校核。在土坎烏江大橋鋼圍堰施工中，仍采用三維極坐標法選取4個導線控制點進行閉合測量，測定圍堰的頂中心位置，采用水準儀閉合高程法精確測量圍堰的頂中心高程，并重新推算圍堰的偏移、傾斜和扭角等。3號、4號墩鋼圍堰最后觀測成果如表1所示。

5 結語

針對武隆縣土坎烏江大橋深水急流區(qū)域基礎的特點采取了一系列的測控方法，有效地解決了千噸級雙壁鋼圍堰動態(tài)狀態(tài)下的施工定位、水中接高、精確著床以及鋼護筒下放、精確定位等問題。各道工序得到的檢測結果均優(yōu)于設計指標要求，表明了測控方法對千噸級雙壁鋼圍堰定位具有可靠的精度保證，通過精確定位測量技術實施，獲得了預期效果和寶貴的實踐經(jīng)驗，對大型深水急流區(qū)橋梁基礎施工具有一定的參考價值。

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[5] 黃 騰,魏浩翰,楊樹榮.南京長江三橋主塔墩基礎大型雙壁鋼套箱施工測量技術[J].工程勘察,2005(2)：50-53.

[6] 交通部.施工技術手冊·橋梁(上冊)[M].北京：人民交通出版社，1993.

[7] 黃張裕,黃 騰,趙仲榮，等.南京長江二橋南汊橋主塔基礎鋼套箱施工測量[J].測繪工程,2000(1)：57-61.

Construction measurement technology of double-wall steel cofferdams in deep water and rapid flow area

PENG Zhu LUO Guang-cai1ZHENG Yuan-lin1

(1.ChinaConstructionFifthEngineeringDivision,Changsha410000,China)

Based on the analysis of the main pier double-wall steel cofferdam scheme at Wujiang Bridge in Wulong in the constructing project, the paper explores the measurement technology of the double-wall steel cofferdams in deep water and rapid flow area, and illustrates the assembly location measurement, the initial location and ascending measurement of the first segment of steel cofferdam, so as to provide some reference.

double-wall steel cofferdam, measurement, location, bridge

1009-6825(2014)11-0246-03

2014-02-02

彭 柱(1979- )，男，工程師; 羅光財(1979- )，男，工程師; 鄭袁林(1983- )，男，工程師

TU198

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