利用浮平臺夾持下沉法施工鋼套箱圍堰

鄒利軍

(鐵道戰備舟橋處，山東齊河 251100)

1 鋼套箱圍堰下沉工藝概述

鋼套箱圍堰作為承臺施工的一種臨時阻水設施，主要用于深水、河床覆蓋層較薄、地基基本承載力較高等地質水文條件下的承臺“先堰后樁”干作法施工。它具有施工深水基礎不受水位限制，對不良水位地質條件適應能力強，施工過程中結構安全，施工周期短等特點，隨著施工技術的逐漸完善，在國內外的大型深水基礎施工中得到了廣泛應用。目前，底節鋼套箱圍堰的下沉工藝按照下沉位置的不同，主要分為固定下沉和浮運下沉2種。固定下沉工藝分為墩位處固定平臺下沉法和墩位處浮龍門下沉法;浮運下沉工藝分為套箱自浮浮運下沉法和浮平臺夾持下沉法。下面主要對浮平臺夾持下沉法進行詳細介紹，并通過工程實例來進行安全性、經濟性分析。

2 浮平臺夾持下沉法

2.1 概述

浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種施工方法，它的施工原理是:充分利用套箱圍堰自浮力，盡量減少器材設備投入量，增加器材周轉使用次數，降低成本;采用拼組和下沉同步平行作業，提高工效。浮平臺夾持下沉法的關鍵工序有:利用固定平臺和提升系統進行鋼套箱圍堰拼組、下水;通過浮平臺夾持鋼套箱圍堰進行浮運;運用錨碇設備進行套箱圍堰精確定位，通過注水和卡位裝置進行套箱圍堰穩定性和垂直度的動態調整;水上吊裝設備在浮平臺上進行鋼套箱圍堰拼裝接高和注水下沉。

2.2 適用范圍

浮平臺夾持下沉法具有器材設備投入量小，周轉利用率高，機動性能好，拼組、下沉可平行作業等優點，因此非常適合河流水位受季節性和潮汐影響變化頻繁，水位漲落差大，水流流速小等地質水文條件;以及施工場地狹小，施工受限，鋼套箱圍堰數量多、工期緊迫、型鋼材料匱乏等情況下的鋼套箱圍堰拼組、下沉施工。

2.3 施工流程

浮平臺夾持下沉法的主要施工流程:首先在固定拼組平臺上進行底節鋼套箱圍堰拼組;然后利用提升系統進行底節套箱注水下沉;然后浮平臺夾持鋼套箱圍堰浮運至墩位處，并利用錨碇設備進行精確定位;最后利用水上起吊設備在浮平臺上進行其他節段的拼組接高和注水下沉。施工流程見圖1。

圖1 施工流程

2.4 關鍵工序施工

2.4.1 底節鋼套箱圍堰下水

目前，底節鋼套箱圍堰下水主要通過固定平臺上的提升系統來實現。提升系統主要由樁頂承力主梁、千斤頂和螺紋鋼筋組成，一般結構組成見圖2、圖3。

圖2 提升系統結構

圖3 提升系統施工

提升系統下放鋼套箱圍堰的工作原理為:通過螺紋鋼筋螺帽松開、擰緊和千斤頂的頂升、回落，進行豎向力系的轉換，從而實現套箱放落、下水。

提升系統的主要操作步驟:松開螺紋鋼筋下部螺帽→千斤頂回落→擰緊螺紋鋼筋下部螺帽→松開螺紋鋼筋上部螺帽→千斤頂頂升→擰緊螺紋鋼筋上部螺帽。

底節鋼套箱圍堰下放至水中后，首先進行垂直度和焊接質量全面檢查，然后進行隔艙注水，拆除吊掛系統和固定平臺，實現底節鋼套箱圍堰下水、自浮。

2.4.2 鋼套箱圍堰拼組接高

鋼套箱圍堰拼組接高的主要施工方法是:鋼套箱圍堰注水下沉到一定干弦高度，利用卡位裝置進行套箱與浮平臺間的固接。在浮平臺上搭設簡易焊接作業平臺，以底節鋼套箱圍堰頂部為測量基準面，進行上層鋼套箱圍堰結構尺寸的測量控制，利用水上起吊設備進行套箱的拼裝接高。浮平臺夾持下沉法施工過程中，為確保鋼套箱圍堰整體穩定和垂直度，要特別注意拼組順序的選擇和隔艙注、排水的動態調節功能。鋼套箱圍堰拼組接高分區見圖4。

鋼套箱圍堰拼組接高順序為:按照隔艙進行拼組區域的劃分，然后進行對稱拼組接高。比如首先進行Ⅰ區分塊套箱拼組接高，同時在對稱的Ⅴ區隔艙內進行注水平衡;進行Ⅴ區拼組接高時，應邊接高邊排水，確保鋼套箱圍堰整體穩定性。

2.5 經濟性、安全性分析

2.5.1 安全性分析

圖4 鋼套箱圍堰拼組接高分區

浮平臺夾持下沉法的安全性主要表現在:(1)浮運過程中，通過卡位裝置來固定鋼套箱圍堰，確保了運輸安全。(2)下沉過程中，通過對稱拼組、隔艙注水和排水的動態調節功能以及卡位裝置的固定作用，確保了鋼套箱圍堰下沉安全。

2.5.2 經濟性分析

浮平臺既是鋼套箱圍堰運輸工具，同時也是鋼套箱圍堰下沉定位和接高作業平臺，器材設備投入量小，周轉使用率高，大大降低了材料成本;同時，鋼套箱圍堰底節拼組和下沉接高可平行作業，提高了工效，節約了時間成本。因此，浮平臺夾持下沉法具有良好的經濟效益。

3 杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩雙壁鋼套箱圍堰下沉實例

3.1 地質水文概況

杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋線路法線與水流方向夾角為12°，流速V1%=3.0 m/s。186號 ～192號橋墩鉆孔樁穿過地層依次為粉土、細圓礫土(Q4al)，泥質粉砂巖、砂巖、含礫砂巖強風化、弱風化，河床高差較小。

3.2 雙壁鋼套箱圍堰結構

杭長鐵路牌頭浦陽江特大橋主墩采用雙壁鋼套箱圍堰干作法施工。鋼套箱圍堰采用圓形，外徑22.5 m，內徑20.5 m，高15 m，共分3 節。底節高 4.5 m，質量約75.59 t;中節5.0 m，質量約63.18 t;頂節 5.5 m，質量約 63.83 t。

3.3 總體下沉方案

根據地質和水流流速的實際情況，本著縮短工期和降低成本的原則，擬定采用浮平臺夾持下沉鋼套箱圍堰，即在岸邊搭設拼組固定平臺，利用固定平臺上的提升系統進行底節鋼套箱圍堰下水自浮，然后利用浮平臺夾持鋼套箱圍堰進行浮運、定位，最后在墩位處利用水上浮吊進行套箱接高下沉。

3.4 底節鋼套箱圍堰拼組、下水

3.4.1 搭設固定拼組平臺，拼組底節鋼套箱圍堰

在岸邊插打32根鋼管樁，樁頂焊接2I25型鋼作為承力橫梁，橫梁上鋪設木板作為拼組平臺。首先在拼組平臺上標注出圍堰刃腳定位線，然后利用浮吊在拼組平臺上依次逐塊拼組。底節鋼套箱圍堰拼組示意見圖5。

圖5 底節鋼套箱圍堰拼組示意

3.4.2 底節鋼套箱圍堰下水及浮運

鋼套箱圍堰拼組完成后，利用固定平臺上的提升系統進行底節套箱下水，并注水自浮，保留一定干弦高度。拆除拼裝平臺提升系統，拔除鋼套箱圍堰外側鋼管樁，在鋼套箱圍堰與浮平臺之間安裝卡位裝置，使圍堰穩定垂直自浮。利用994型機動舟頂推浮平臺，運輸鋼套箱圍堰至墩位處。鋼套箱浮運見圖6。

圖6 浮平臺夾持浮運

3.4.3 底節鋼套箱圍堰精確定位

通過調整浮平臺四角的電動錨機，牽引固定在混凝土錨上的鋼絲繩，配合測量儀器進行鋼套箱圍堰精確就位，最后利用卡位裝置將套箱穩固于墩位中心。鋼套箱精確定位示意見圖7。

圖7 底節鋼套箱圍堰精確定位示意

3.4.4 其他節段鋼套箱圍堰拼組接高

鋼套箱圍堰錨碇牢固后，利用20t水上浮吊進行其他節段鋼套箱圍堰的拼裝接高。拼組接高時通過對稱拼組和隔艙注、排水方式來進行套箱穩定性和垂直度的動態調整。以此循環作業，直至完成鋼套箱圍堰下沉施工。鋼套箱拼組接高見圖8。

3.5 經濟效益

浮平臺夾持下沉法在牌頭浦陽江特大橋主墩鋼套箱圍堰施工過程中，取得了非常好的經濟效益，器材設備的租賃費用降低特別明顯。浮平臺和水上浮吊的租賃費用每月約為10萬元，而浮龍門每月的租賃費用至少在20萬元以上，采用浮平臺夾持下沉法進行鋼套箱圍堰施工，節約成本高達50%以上，經濟效益良好。

4 結語

浮平臺夾持下沉法是浮運下沉工藝中的一種下沉方法，它具有材料投入少，周轉使用率高，安全性、經濟性能良好的優點。但在實際施工過程中，表現出來的下沉定位受流速影響較大，定位精度調節能力差，不適合大噸位鋼套箱圍堰施工，卡位裝置需進一步優化等問題亟待解決。

［1］劉自明.橋梁深水基礎［M］.北京:人民交通出版社，2003.

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