武穴長(zhǎng)江公路大橋啞鈴型雙壁鋼圍堰施工技術(shù)

程 斌 林賢光 曹 正

（1．武漢城市職業(yè)學(xué)院 湖北 武漢：430064；2．云南交通咨詢有限公司 云南 昆明：650031）

1 工程概況

武穴長(zhǎng)江公路大橋位于兩?。ê笔　⒔魇。┤兀S岡市、黃石市、九江市）毗鄰地帶，大橋北岸是湖北省武穴市，南岸是湖北省陽新縣，與江西省九江市接壤。上游距離黃石長(zhǎng)江大橋和擬建的棋盤洲長(zhǎng)江公路大橋分別約為70km和40km，下游距離已建的九江長(zhǎng)江公路二橋約45km。

橋梁起點(diǎn)K159＋344．891，終點(diǎn)K161＋396．391，全長(zhǎng)2051．5m，為（56＋100＋56）m連續(xù)箱梁＋6×30m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)小箱梁＋（56＋100＋56）m連續(xù)箱梁＋（80＋290＋808＋3×75）m雙塔雙索面鋼箱混合梁斜拉橋。北塔為高269．42m的鉆石型塔，詳見圖1。15＃塔承臺(tái)設(shè)計(jì)為啞鈴型，承臺(tái)頂標(biāo)高＋2m，承臺(tái)長(zhǎng)58．8m，寬28．8m，高7m，承臺(tái)上有2m高塔座，見圖2。

1．1 工程特點(diǎn)

大橋15＃主墩橋址區(qū)覆蓋層較厚，約為44．2m～55．2m，地質(zhì)情況共分為14層：填土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂（稍密）、粉砂（中密）、細(xì)砂（松散）、細(xì)砂（中密）、中粗砂、圓礫、卵石、碎石、強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾頁巖、中風(fēng)化砂巖夾頁巖、中風(fēng)化頁巖。其中卵石層厚3．4m～12．6m。從河床至圍堰設(shè)計(jì)標(biāo)高下沉深度達(dá)14m，圍堰尺寸大（62．4m×32．4m×34m），質(zhì)量大（3531t），要確保鋼圍堰整體平穩(wěn)下沉，難度較大［1］。

圖2 承臺(tái)設(shè)計(jì)圖

1．2 鋼圍堰設(shè)計(jì)

圍堰為啞鈴型雙壁鋼套箱結(jié)構(gòu)，平面尺寸為62．4m×32．4m，壁厚1．8m，圍堰頂高程為＋22．15m，底高程為－12m，總高度34．15m。圍堰最大設(shè)防水位＋17m。圍堰側(cè)板內(nèi)填充14m高的C25水下混凝土，下沉?xí)r澆注艙壁混凝土，見圖3。

圖3 雙壁鋼圍堰結(jié)構(gòu)布置圖

2 鋼圍堰總體施工方案

鋼圍堰結(jié)構(gòu)尺寸巨大，在船廠分段車間進(jìn)行分塊制造，單元塊經(jīng)驗(yàn)收合格后，用平板車將單元塊運(yùn)轉(zhuǎn)總裝船臺(tái)進(jìn)行大段總裝，即頂段、中段、底段。綜合考慮船廠的吊裝能力、運(yùn)輸能力及長(zhǎng)江水位及河床等多種因素，圍堰采用氣囊下水方式進(jìn)行下水。圍堰底、中段在總裝船臺(tái)整體式下水，頂段均分為左右2個(gè)半圓，用浮吊在墩位處現(xiàn)場(chǎng)接高。底、中段在船廠碼頭用浮吊吊裝焊接完畢，然后利用機(jī)駁牽引，整體浮運(yùn)至墩位處，整體浮運(yùn)的底、中段圍堰在指定的位置初定位，拋錨固定。浮吊吊裝頂段裝配，裝焊完畢，驗(yàn)收合格，即可進(jìn)行圍堰及精定位及下沉［2］。

整個(gè)圍堰制造、安裝程序?yàn)椋簡(jiǎn)卧獕K制作→驗(yàn)收通過→船臺(tái)總裝→下水→機(jī)駁牽引→拋錨定位→定位鋼護(hù)筒插打及鋼圍堰精確定位→鋼圍堰懸掛→鋼圍堰接高→驗(yàn)收合格→鋼圍堰著床→圍堰下沉到位→其余鋼護(hù)筒插打→鋼圍堰封底施工。

3 雙壁鋼圍堰施工關(guān)鍵技術(shù)

3．1 鋼圍堰下水

底、中節(jié)圍堰（24m）在船塢內(nèi)整體拼裝好后采用氣囊斷纜下水的方式下水。根據(jù)計(jì)算圍堰底、中段（24m）下水后的吃水深度為3．6m，對(duì)于岸線邊水深的要求是水深為6m，離岸40～50m范圍水深為6m。因此，需對(duì)圍堰下水處的河床根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行清淤。鋼圍堰全面檢查合格后，先將圍堰通過后纜繩相連接固定，后纜繩間設(shè)置斷纜器，按照計(jì)算好的氣囊的大小及數(shù)量布置氣囊，氣囊位置應(yīng)事先彈線準(zhǔn)確定位，然后擺設(shè)氣囊，采用15立方的空壓機(jī)對(duì)其充氣。氣囊進(jìn)行充氣將圍堰頂起，待助浮托架與水泥墩脫空分離后，抽出水泥墩，然后緩慢勻速松放后纜繩，圍堰開始起滑，依靠鋼圍堰自重分力下滑的方法讓圍堰在滾動(dòng)的氣囊上順著硬化清理好的坡道進(jìn)行勻速滑移，待圍堰距水邊15m左右（事先撒好石灰的標(biāo)記線）進(jìn)行斷纜，斷纜應(yīng)保持同步，讓圍堰加速?zèng)_入水中，迅速達(dá)到深水區(qū)域。為了圍堰不順?biāo)?，將事先掛設(shè)好的臨時(shí)拉攬慢慢收緊，以此控制圍堰的穩(wěn)定，附近水域待命的拖輪迅速趕至圍堰處，進(jìn)行綁定鋼圍堰，然后進(jìn)行圍堰浮運(yùn)。

3．2 鋼圍堰拋錨定位

3．2．1 鋼圍堰定位系統(tǒng)［3］

鋼圍堰采用“定位船＋重錨”的方式進(jìn)行定位。雙壁鋼圍堰施工的錨碇系統(tǒng)，由前后定位船、主錨、尾錨、邊錨、導(dǎo)向船拉纜以及相應(yīng)錨鏈、錨繩、收緊設(shè)施等組成，見圖4。

圖4 圍堰拋錨定位總布置圖

錨碇定位系統(tǒng)采用前、后定位船方案，前定位船采用1艘800t鐵駁，后定位船采用1艘400t鐵駁，主要組成如下：

主錨：主錨采用6個(gè)10t霍耳式鐵錨，Φ58mm錨鏈，長(zhǎng)度為150m，6（37）－60－1670鋼絲繩，長(zhǎng)度為150m。

邊錨：鋼圍堰邊錨每側(cè)采用4個(gè)6t霍耳式鐵錨，Φ56mm錨鏈長(zhǎng)100m，6（37）－52－1670鋼絲繩，長(zhǎng)120m，前定位船邊錨每側(cè)采用2個(gè)3t霍耳式鐵錨，Φ42mm錨鏈，長(zhǎng)100m，6（37）－28－1670鋼絲繩，長(zhǎng)150m，后定位船邊錨每側(cè)采用2個(gè)3t霍耳式鐵錨，Φ42mm錨鏈，長(zhǎng)100m，6（37）－28－1670鋼絲繩，長(zhǎng)150m。

尾錨：尾錨采用4個(gè)6t霍耳式鐵錨，Φ42mm錨鏈，長(zhǎng)125m，6（37）－48－1670鋼絲繩，長(zhǎng)125m。

定位船：定位船起到確定、調(diào)整鋼圍堰的位置，調(diào)節(jié)尾錨、主錨受力的作用，并對(duì)鋼圍堰具有安全防護(hù)作用。定位船上布置有馬口、將軍柱、卷揚(yáng)機(jī)、固定座等設(shè)備，用于調(diào)整錨繩、拉纜和兜纜。上定位船安放10t卷揚(yáng)機(jī)4臺(tái)，下定位船安放10t卷揚(yáng)機(jī)4臺(tái)。

上拉纜和下拉纜：前、后定位船與鋼圍堰之間均設(shè)有上、下拉纜，采用6（37）－60－1670鋼絲繩，其作用是將鋼圍堰所受外力傳遞給主錨和尾錨。上、下拉纜單根長(zhǎng)度為120m左右。

前定位船進(jìn)位→臨時(shí)錨碇→拋1＃～6＃主錨→掛錨繩→前定位船至設(shè)計(jì)位置→拋前定位船邊錨D1＃、D2?！鷴?5＃、16＃尾錨→拋D3＃、D4＃前定位船邊錨→拋7＃、8＃、13＃、14＃鋼圍堰邊錨→圍堰浮運(yùn)臨時(shí)定位→圍堰溜放至設(shè)計(jì)位置→拋設(shè)D5?！獶8＃后定位船邊錨→拋9?！?2＃邊錨→拋17＃、18＃尾錨→圍堰調(diào)整初定位。

3．2．2 定位鋼護(hù)筒插打與鋼圍堰精確定位

鋼圍堰初定位后，直接利用圍堰頂平臺(tái)及圍堰底助浮托架作為導(dǎo)向架，利用浮吊插打如圖5所示的12根定位鋼護(hù)筒，并安裝起吊（下放）設(shè)備。

鋼護(hù)筒插打工藝流程：

檢查圍堰變形情況→圍堰調(diào)平精確定位→300t浮吊靠近圍堰兩邊沿對(duì)角錨碇→插打圍堰對(duì)角的2個(gè)定位鋼護(hù)筒→移動(dòng)300t浮吊，靠近圍堰另一個(gè)對(duì)角錨碇→插打圍堰另一對(duì)角2個(gè)定位鋼護(hù)筒→按同樣方法對(duì)稱插打圍堰另外8個(gè)定位鋼護(hù)筒→在已插打的12個(gè)鋼護(hù)筒上安裝圍堰掛樁設(shè)施。

鋼圍堰精確定位是對(duì)整個(gè)錨碇系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)整，以達(dá)到鋼圍堰位置準(zhǔn)確和系統(tǒng)受力安全的目的。在初步定位的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整錨繩及拉纜使鋼圍堰在小范圍內(nèi)變動(dòng)，使鋼圍堰位置更加精確，錨繩與拉纜受力更加均衡。鋼圍堰精確定位的調(diào)整順序?yàn)椋合壬嫌沃骼|，次下游主拉纜，后邊錨。調(diào)整方法為通過卷揚(yáng)機(jī)收、放和絞錨，對(duì)錨繩和拉纜進(jìn)行分級(jí)、逐步施加預(yù)拉力，將前、后定位船和鋼圍堰調(diào)整到準(zhǔn)確位置［4］。

3．3 鋼圍堰著床

圍堰下沉前應(yīng)詳細(xì)計(jì)算灌水?dāng)?shù)量及灌水順序，灌水應(yīng)對(duì)稱、均勻、緩慢進(jìn)行，先灌底隔倉，再灌雙壁倉。

在著床前圍堰定位在設(shè)計(jì)位置偏下游10～15cm處。圍堰著床前，必須絞緊錨纜，使導(dǎo)向船組和圍堰處于穩(wěn)定狀態(tài)，其飄移量要求在10cm內(nèi)。圍堰著床時(shí)先控制灌水下沉，在刃尖距河床較高處0．5m時(shí)停止，保持圍堰處于懸浮狀態(tài)，然后同時(shí)啟動(dòng)數(shù)臺(tái)水泵均勻?qū)ΨQ地向各隔艙內(nèi)灌水，使圍堰刃腳盡快著床。同時(shí)要隨時(shí)測(cè)量圍堰的位置、狀態(tài)，當(dāng)需要調(diào)整時(shí)，應(yīng)啟動(dòng)水泵從圍堰隔艙內(nèi)向外抽水，使圍堰上浮，通過收絞錨繩調(diào)整圍堰的位置和垂直度，通過幾次反復(fù)調(diào)整，最后使圍堰的定位精度滿足規(guī)范要求。

在圍堰灌水下沉的過程中，應(yīng)注意觀測(cè)圍堰的頂面標(biāo)高、平面位置并及時(shí)調(diào)整。應(yīng)控制圍堰的下沉，當(dāng)某一內(nèi)支架上弦桿底面先接觸牛腿頂面時(shí)，應(yīng)在反方向補(bǔ)水進(jìn)行調(diào)整，如此使圍堰內(nèi)支架與所有的牛腿基本同時(shí)接觸并略微受力；此時(shí)應(yīng)暫時(shí)停止灌水，將所有牛腿與圍堰內(nèi)支架的接觸狀況進(jìn)行檢查，若有縫隙，則用鋼楔塊楔緊，然后再向圍堰內(nèi)灌水，使所有牛腿均勻受力［5］。

3．4 鋼圍堰接高

鋼圍堰頂層分兩塊在工廠加工好后，用船運(yùn)到墩位處，利用1臺(tái)800t浮吊接高，接高過程中要時(shí)刻觀測(cè)圍堰的偏位、扭轉(zhuǎn)等情況，如出現(xiàn)問題，及時(shí)采取措施糾偏，見圖6。

3．5 鋼圍堰吸泥下沉

在圍堰下沉前，先灌注底隔艙及雙壁內(nèi)的刃腳混凝土，再灌注雙壁內(nèi)混凝土至距刃腳底14m處（與承臺(tái)頂位置基本一致）。

3．5．1 施工工藝流程

在鋼圍堰著床后吸泥下沉?xí)r，空壓機(jī)布置在浮吊上，浮吊布置在圍堰的兩側(cè)，剛開始吸泥下沉取土量不大，以比較緩慢的速度進(jìn)行吸泥下沉，同時(shí)吸泥的部位少，采用兩臺(tái)浮吊作為吸泥起重設(shè)備。鋼圍堰著床穩(wěn)定后，正式吸泥下沉?xí)r，空壓機(jī)分別布置在兩般駁船上。

在吸泥機(jī)及管路安裝布置完畢且各機(jī)械設(shè)備調(diào)試正常后，由高壓水泵送水至圍堰上的空氣吸泥機(jī)的高壓射水管內(nèi)沖泥，啟動(dòng)空氣吸泥機(jī)將泥漿吸出通過排渣管集中排渣過濾完泥漿后排入棄渣船，船上渣土運(yùn)至棄土場(chǎng)堆放。

3．5．2 吸泥下沉順序

整個(gè)圍堰按照先核心、后周邊的順序取土吸泥。整個(gè)取土吸泥過程中，保持圍堰內(nèi)水位高度，保證圍堰內(nèi)水壓力。同時(shí)在靠近刃腳的區(qū)域應(yīng)控制取土吸泥深度，防止發(fā)生涌砂現(xiàn)象［6］。

整個(gè)圍堰共布置10套吸泥機(jī)，左右兩個(gè)半圓各布置4臺(tái)。另外布置兩臺(tái)作為備用。所有吸泥機(jī)均為Φ300吸泥機(jī)。

圍堰的偏差通過GPS全球定位系統(tǒng)和全站儀兩種手段，隨時(shí)收集并分析。一旦發(fā)生偏斜，立即采取措施糾偏，控制最大高差在30cm以內(nèi)。

3．5．3 吸泥操作要點(diǎn)［7］

為提高吸泥效果，可將高壓射水管與空氣吸泥器固定在一起，同時(shí)進(jìn)行水下吸泥作業(yè)。射水管與吸泥管一起升降移動(dòng)，邊沖邊吸，射水壓力控制在1．5～2．5MPa。

圍堰外刃腳邊應(yīng)保留2m寬左右的土堤，使圍堰在外刃腳處擠土下沉，以減少對(duì)圍堰周圍土體的擾動(dòng)程度。只有當(dāng)圍堰中部土體全部吸除而還不下沉?xí)r或糾偏時(shí)，才可適當(dāng)吸除外刃腳處土體。

吸泥管口一般離開泥面15～50cm，與泥面距離過低，容易造成堵塞；距離過高，則降低了吸泥效果。在吸泥過程中，可根據(jù)吸泥的泥沙含量來確定吸泥管口與泥面的距離，并隨時(shí)升降吸泥機(jī)。吸泥機(jī)吸水頭應(yīng)勤運(yùn)動(dòng)，平掃井底，保持出泥率，防止吸清水。

如果吸泥很久而出泥效果仍不夠理想時(shí)，可采用“憋風(fēng)”的辦法：將閘閥關(guān)閉，稍停2～3min，猛開風(fēng)閥，使風(fēng)量風(fēng)壓驟然加大，即可吸出較堅(jiān)硬的石塊或堵塞物。

如管內(nèi)為石塊堵塞時(shí)，可開啟彎管頂部活門清除。用一根長(zhǎng)約1m的鋼軌吊入串擊疏通，疏通后移動(dòng)管位再吸。

3．5．4 隔倉配重

圍堰下沉期間，隔倉配重是關(guān)鍵點(diǎn)，監(jiān)測(cè)著床后吸砂導(dǎo)致河床變化是重點(diǎn)，平面位置及千斤頂受力控制是難點(diǎn)。一是利用MIDAS計(jì)算鋼圍堰下沉各項(xiàng)受力情況，給出最優(yōu)下沉配重方案；二是定時(shí)定點(diǎn)對(duì)圍堰內(nèi)外的河床深度進(jìn)行測(cè)量，對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)，做到精準(zhǔn)抽砂；三是合理安排現(xiàn)場(chǎng)人員，對(duì)鋼圍堰平面位置及千斤頂受力情況進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)作出調(diào)整。鋼圍堰下沉到位后，立即焊接圍堰與定位鋼護(hù)筒間的限位，以防止其繼續(xù)下沉，然后將圍堰各倉河床抽平，最后進(jìn)行鋪邊倉沙袋等一系列封底準(zhǔn)備工作。

3．6 鋼圍堰封底施工

在封底前，必須對(duì)圍堰內(nèi)泥沙以及圍堰側(cè)壁、底隔艙側(cè)壁及鋼護(hù)筒表面粘附的大量淤泥進(jìn)行徹底清除，以保證封底砼與鋼護(hù)筒的粘結(jié)力。淤泥的清除采用吸泥機(jī)輔以高壓射水的方法進(jìn)行，對(duì)整個(gè)圍堰不得有任何遺漏；清理完畢后，由潛水員下水檢查。潛水員下水檢查時(shí)，除大面積的圍堰底板外，需對(duì)各種角落特別注意，尤其是封底砼范圍內(nèi)的鋼護(hù)筒表面，必須重點(diǎn)檢查，鋼護(hù)筒表面必須清理干凈，不得粘附有浮銹及淤泥，必要時(shí)，派潛水員下水用鋼絲刷或高壓射水清除干凈［8］。

圍堰清理的各種設(shè)備如壓風(fēng)機(jī)、潛水設(shè)備等均放置在圍堰雙壁倉頂面，因此要在圍堰雙壁艙頂面布置滿鋪?zhàn)鳂I(yè)平臺(tái)，并安裝好欄桿。

圍堰的封底砼澆注可分兩次澆筑完成，第一次澆筑底隔艙中間部分，第二次底隔艙左右兩邊對(duì)稱澆筑。砼量共計(jì)10052m3（第一次澆筑4018m3，第二次澆筑6034m3）。封底水下砼澆筑采用垂直導(dǎo)管法進(jìn)行，澆筑按由外向內(nèi)的順序進(jìn)行施工，詳見圖7。

圖7 圍堰分區(qū)澆筑示意圖

4 結(jié)語

武穴長(zhǎng)江公路大橋15＃橋塔墩基礎(chǔ)河床沖刷深度大，施工風(fēng)險(xiǎn)高，施工需經(jīng)歷一個(gè)洪水期，在施工中采用了超大啞鈴形雙壁鋼套箱圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，該圍堰具有超大、結(jié)構(gòu)較柔等特點(diǎn)，大大縮短了工期，加快了進(jìn)度。目前，武穴長(zhǎng)江公路大橋15＃主墩基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰施工已順利完成，可為同類型橋梁的施工提供一些借鑒與指導(dǎo)。