二七長江大橋 3號墩鋼圍堰定位與下沉技術

盧小偉 張自榮

0 引言

有底雙壁吊箱圍堰是近 10年來在原雙壁鋼吊箱基礎上發展起來的一種深水基礎圍堰施工技術。因其具有施工速度快、無需沉入河床底、混凝土及鋼材使用量較少、經濟性好等優點,在大跨度橋梁深水基礎中逐步得到廣泛應用。大型吊箱圍堰一般兼作承臺外模,為確保承臺的平面偏位在允許范圍內,對大型吊箱圍堰的定位與下沉提出了較高的要求,加上吊箱圍堰均處于水深流急的水域,受水流影響極大,定位下沉施工難度大。常見的大型有底雙壁鋼吊箱圍堰定位主要有定位樁法、定位船法及定位墩法等,其中定位墩法因施工可控性好、定位精度高、下沉調整方便等優點,應用較為普遍。本文結合武漢二七長江大橋 3號主塔墩吊箱圍堰定位下沉施工,介紹定位墩法在大型有底雙壁鋼吊箱圍堰定位與下沉施工中的應用。

1 工程概況

1.1 項目概況

武漢二七長江大橋是武漢市二環線東北段的重要組成部分和控制工程,橋位距上游的武漢長江二橋約 3.2 km,距下游天興洲長江大橋約6.7 km,橋址區處于平坦狀平原區,高程+19.0m～+24.0m。正橋工程全長2 922m,其中主橋為三塔五跨(90m+160m+2× 616m+160m+90m)鋼—混結合梁斜拉橋,建成后為世界上最大跨度的三塔斜拉橋。主橋基礎全部采用“鉆孔灌注樁+整體式高樁承臺”形式。

1.2 地質與水位

3號主塔墩處河床表層為透水細砂、中砂及粉質粘土層,一般沖刷線高程為+4.43m,局部沖刷高程-19.94m(勘察設計資料);基巖為擠壓破碎粉砂質泥巖,基巖頂面高程約-18.0m～-19.0m。

歷年最高水位為+27.62 m,最低水位為+7.98m。逐月平均水位統計表見表 1。

汛期最大流速為2.0m/s。

1.3 3號主塔墩雙壁鋼吊箱圍堰方案設計

3號主塔墩位于長江中深水區,基礎設計為 22根直徑 2.8m的鉆孔灌注樁,樁長 76m,為摩擦樁;承臺為整體式承臺,其尺寸為52.5m×30.75m×6m,四周設置半徑為4.5m的圓弧角。根據自身的施工技術經驗、設備及其他因素,施工單位采用了有底雙壁鋼吊箱圍堰方案,兼起鉆孔樁施工平臺及承臺、塔座施工的臨時擋水圍堰。鋼吊箱外輪廓尺寸為 56.7m×34.95m,雙壁寬度為 2.0m,各倉間相對封閉,留連通孔便于調節注水量;圍堰總高26.0m,分3節,底節鋼吊箱高16.0m,重2 568.8 t,采用陸上整體預制、氣囊滑道下水、整體浮運到位的施工工藝;中節及頂節各 5m,根據施工期水位情況進行現場分塊安裝。底節鋼吊箱采用在上、下游設置臨時定位墩的方案進行定位,底節圍堰浮運至墩位附近處后,靠泊于臨時定位船,通過上、下游定位墩牽引進入定位墩系統內初定位,注水下沉至內外水位持平后,水下切割底板預留樁基鋼護筒孔,然后通過設置在上、下游定位墩上的多臺卷揚機進行平面偏位調整,結合在雙壁倉注水調平,實現精確定位。定位墩方案布置圖見圖1。

表1 漢口水文站逐月平均水位統計表

2 鋼吊箱定位與下沉

3號主塔墩鋼吊箱定位下沉總體方案為:定位系統準備→鋼吊箱浮運、系纜、接吊箱→上游定位墩拖拉,吊箱移位,初調→注水下沉→切割底板護筒孔→精確定位、調平→插打定位鋼護筒、固結。

2.1 定位系統準備

定位系統包括設置在鋼吊箱上游 70 m(凈距,下同)和下游1.5m處的兩個定位墩及卷揚牽引系統、臨時定位船、鋼吊箱拋錨定位系統等。上、下游定位墩各設 10 t卷揚機 2臺、5 t卷揚機10臺,每臺卷揚機配 1套滑車組,形成牽引系統;臨時定位船采用150 t浮吊;鋼吊箱拋錨定位系統為 30 t海軍錨,錨鏈 18m,上游6個、下游2個,均交叉對稱布置,使用前需對錨鏈進行試拉。

鋼吊箱上下游側分別布置上拉纜和邊錨纜拉纜點,分上下兩層布置,下層為鋼吊箱圍堰浮運到位時的拉纜點,上層為鋼吊箱圍堰注水下沉后拉纜點,拉纜點位置處鋼吊箱壁體局部加強處理。

2.2 鋼吊箱浮運到位、系纜

鋼吊箱通過拖輪編組方式浮運至現場,通過拖輪組共同作用將鋼吊箱上游漢口側靠臨時定位船,分別系臨時定位船上的 3根系泊纜及上游定位墩上游側拉纜、下游定位墩的下游側拉纜,同時鋼吊箱拋錨定位系統錨鏈自臨時定位船上轉移至鋼吊箱相應系纜點,完成鋼吊箱移接及系纜工作。

2.3 上游定位墩拖拉,吊箱移位,初調

上述纜繩系好后,浮運拖輪逐步停止,觀察鋼吊箱的穩定性及各系纜受力情況,確定安全后拖輪逐步退開,然后利用上游定位墩卷揚系統對鋼吊箱進行拖拉,移位至設計位置并初步調整吊箱。

在鋼吊箱調位過程中逐步將上、下游定位墩上的剩余拉纜移至鋼吊箱上,逐一對應進行系纜。完成定位墩系纜后,臨時定位船解纜、退開。

2.4 注水下沉、切割底板護筒孔

鋼吊箱初定位完成后,進行注水下沉。下沉方法采取向鋼吊箱 12個雙壁隔艙和底隔艙對稱注水下沉至設計標高,要求對稱、均勻、注水下沉。

在鋼吊箱基本下沉到設計標高后,潛水員水下切割 22個樁基鋼護筒的底板開孔,至內外水位平衡,此時靠雙壁隔艙和底板隔艙自浮(排水面積共計710m2,吃水深度3.5m,底板隔艙有1.0m干舷),為防止出現漏水導致底板隔艙淹水,施工過程中將底板隔艙頂口用鋼板封閉,以確保提供有效浮力。

2.5 鋼吊箱精確定位、調平

鋼吊箱注水下沉至內外水位貫通持平后,實測鋼吊箱平面扭轉、偏位及垂直度偏差,通過收放調整主拉纜和邊錨纜來調整吊箱平面扭轉偏差、縱橫橋向位置通過調整下拉纜并輔助雙壁內注水調整吊箱垂直度,使鋼吊箱平面位置、標高、垂直度及拉纜索力均符合設計要求,實現精確定位。軸坐標平面誤差要求控制在±70mm之內,同時對擺動情況進行測量和控制。

由于鋼吊箱制作存在誤差,其平面軸線位置、平面尺寸、垂直度和頂面平面度均存在偏差。鋼吊箱浮運定位前,先根據鋼吊箱的實際制作尺寸,確定 22根鉆孔樁在鋼吊箱底板的中心位置,并繪制相應關系圖。在鋼吊箱頂布置 8個測量控制點,并實測其與鋼吊箱軸線位置、高程及垂直度的相對關系。在鋼吊箱入水后,其定位平面軸線位置和垂直度主要依據其頂部 8個測量點對制作誤差修正后的參數進行控制、調整。

調整邊錨纜(交叉纜)來實現鋼吊箱橋軸向的平面位置;調整定位墩的主拉纜來實現鋼吊箱橫橋軸向的平面位置;以下拉纜的調整為主,以隔艙內水頭差的局部、少量調整為輔來實現鋼吊箱橫橋軸向和橋軸向的垂直度。

2.6 插打定位鋼護筒、固結

3號主塔墩鋼吊箱圍堰下沉、定位完畢后,鋼吊箱精確定位調平合格后,進行定位鋼護筒的插打,在定位鋼護筒插打過程中,調整鋼吊箱上、下口對應位置的導向裝置,控制鋼護筒與鋼吊箱的相對位置。定位鋼護筒插打完畢后,復測鋼吊箱平面位置和扭轉偏角,并進行微調,修正定位鋼護筒施工期間鋼吊箱出現的偏差,微調完畢后,在鋼護筒相應位置焊接固定牛腿,將鋼吊箱與定位鋼護筒進行固結,固結完畢后,插打剩余鋼護筒,并形成施工平臺,進行鉆孔樁施工作業。

3 結語

武漢二七長江大橋 3號主塔墩鋼圍堰采用上、下游定位墩方案,通過周密的施工組織實施及現場精確的測量控制,施工過程較為順利,定位及下沉精度較高,平面位置偏差 5 cm、傾斜度偏差為0.032%(縱向)及 0.008%(橫向)、扭角偏差58″,均符合設計及規范要求。

大型有底雙壁鋼吊箱圍堰結構龐大,施工區域水深流急,定位下沉施工控制難度大,定位墩方案可作為一種切實可行的施工方案,并能夠滿足相應的精度要求。

[1] 肖文福,陳金海.鄂黃長江公路大橋主 6號索塔墩承臺基礎鋼吊箱設計與施工[A].中國公路學會橋梁和結構工程學會 2001年橋梁學術研討會論文集[C].2001.

[2] 劉自明.橋梁深水基礎[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 張自榮,薛 進.寬闊水域特大橋基礎施工監理技術[M].成都:西南交通大學出版社,2009.

[4] 干昌洪,何 偉.深水墩鋼板樁圍堰設計與施工技術[J].山西建筑,2010,36(5):304-305.