大直徑雙壁鋼圍堰施工方案監理審查分析

王中南

(鐵四院(湖北)工程監理咨詢有限公司，湖北武漢 430063)

1 概況

寧安鐵路安慶長江大橋主橋為雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋，主塔基礎采用雙壁鋼圍堰施工方案，以其中的3號墩圍堰為分析對象，設計參數見表1，圍堰立面布置如圖1所示。

表1 3號墩圍堰設計參數 m

圖1 圍堰立面布置示意

圍堰施工采用無導向船的前后定位船錨碇系統定位方式。主要施工過程如下：雙壁鋼套箱圍堰底節在岸邊拼裝，氣囊法下水，然后由拖輪組浮運至墩位，依靠錨碇系統定位，先在墩位處利用浮吊分段接高中節和頂節后，下沉至巖面，再下放鋼護筒群，安裝鉆孔平臺，插打平臺支承鋼護筒，封底，最后進行鉆孔樁施工。鉆孔樁完成后圍堰內抽水，安裝承臺施工牛腿和底模板，進行承臺、塔座施工。

按照《建設工程安全生產管理條例》和《關于落實建設工程安全生產監理責任的若干意見》中，對施工準備階段危險性較大的分部分項工程做出的規定，大直徑雙壁鋼圍堰工程施工屬于危險性較大的分部分項工程，監理單位應對施工單位提交的專項方案進行嚴格審查。按照規定要求，將從設計圖紙會審、結構計算單審查、施工方案審核、施工方案批復四個方面，對監理方案審查工作進行論述，并通過這項工作加深對方案的理解，更加明確了監理工作的控制要點。

2 設計圖紙會審

圍堰設計圖紙會審階段的主要工作是對圍堰施工方案的審核，包括：設計圖紙、分解加工制造及運輸方案、下河方案、結構計算、著床定位方和渡洪驗算，并對方案的現場實施作業可行性進行調查。會審原則是圍堰必須有專業資質的設計單位設計，附詳細的結構和渡洪安全計算書，必須有施工單位的局級評審意見。

施工單位針對主塔墩基礎工程設計圖紙采用了雙壁鋼圍堰施工方案，進行了專項設計并經局級評審。監理單位在收到施工單位報送的圍堰結構設計圖紙后，組織監理人員對設計圖紙進行了嚴格審核，主要內容包括：(1)圍堰設施與幾何尺寸是否符合封底混凝土和承臺施工要求；(2)各種結構連接部的處理、加固是否符合鋼結構規范的相關要求；(3)各種附屬結構，主要是轉向馬口、絞纜柱是否滿足圍堰定位，錨定的要求；(4)推(拉)掛點和吊點等設施是否滿足圍堰起吊或運輸要求。

經審查，圍堰滿足要求，具體情況如下：

(1)根據施工期間歷年水位確定設防水位為15.88 m；

(2)圍堰高度按照承臺底高程確定圍堰下沉高程，滿足要求；

(3)圍堰內徑52 m，滿足承臺(直徑51 m)施工要求；

(4)相應設施齊全，滿足圍堰下河、定位的技術要求。

通過審查，發現本工程與一般圍堰構造的不同點如下，需要在施工過程中加以重視。

(1)轉向馬口：由于橋位處水的深度大，因此圍堰的結構高，圍堰在施工過程中需要逐節接高，先期設在第一節圍堰上的錨點在圍堰接高過程中將會沉入水下或在河床面下，無法完成收錨施工。必須通過轉向馬口將其移到圍堰上部，直接將錨轉向過渡到統一的錨固點，節約施工空間，減少臨時設施。優點是便于收錨和節約施工空間，需要注意的問題是轉向馬口的轉軸如設計不合理在拉力作用下會抱死，對圍堰壁增加附加扭矩，影響圍堰結構。

(2)底隔艙：底隔艙主要作用是分隔封底混凝土。由于圍堰尺寸非常大，一次性全面封底不太可能(共16 000 m3)，因此封底混凝土分為3部分施工，確保封底混凝土質量。優點是可確?；炷临|量，需要注意的問題是后期圍堰定位必須考慮底隔艙的結構尺寸對樁基護筒就位的影響，由于封底混凝土被底隔艙分開，存在從隔艙壁滲水的可能。

3 結構計算單審查

施工單位就圍堰的接高灌水下沉和圍堰封底后的3個工況進行了分別驗算：

(1)圍堰結構單元、各掛點、吊點以及圍堰整體的剛度、強度驗算；

(2)錨定系統的驗算以及著床后的渡汛安全性、穩定性驗算；

(3)圍堰內抽水后，抗浮、抗隆起封底砼抗彎的驗算以及井壁混凝土驗算。

3.1 圍堰結構系統計算

通過對計算單的審查可知，為保證圍堰隔艙板安全，要求隔艙板兩側的水頭差不大于10 m。在灌注混凝土階段，為保證隔艙板的安全，要求隔艙板兩側灌注混凝土高差不大于4 m。在封底混凝土澆筑完畢后，保證圍堰井壁內填充混凝土面以上有10～12 m高的水位。

3.2 錨定系統計算

整個錨定計算過程按照規范進行計算并結合其他橋梁施工經驗進行相關參數取值，總體上符合要求，但由于墩位覆蓋層較薄，地質條件較差，汛期沖刷量大，有造成封底混凝土脫空的可能，要求施工單位必須進行渡洪驗算。

對錨定系統計算的幾點意見：(1)圍堰施工渡洪計算由于涉及沖刷模型和不同的施工工況，花費不菲，施工單位不太愿意做，監理必須堅持，否則不批復圍堰方案。在后來圍堰沖刷嚴重時，渡洪計算對圍堰的防護方案指導意義非常大。(2)圍堰定位計算相關算例都有比較詳細的交代，但也發現有幾點值得探討。首先邊錨拉力按主錨50%計列，有的計入4°角，反過來邊錨在水流作用下和定位時的偏轉角的影響下對主錨產生的作用力未被計入主錨拉力計算中。其次邊錨容易斷裂(由水流擊振引起的疲勞)，但至今沒有人對此做精確的理論分析計算，因此加大安全儲備非常必要。

3.3 封底混凝土計算

封底混凝土計算主要是圍堰的抗浮計算和封底混凝土抗彎驗算，其中封底混凝土與護筒的黏結力不大于500 kPa，封底混凝土抗彎應力小于0.5 MPa。相關算例對計算方法有比較詳細的交代，作為監理工程師必須對此計算過程熟練掌握。

總之，圍堰計算單的審核必須按照以上規定的內容進行，監理單位對這方面的內容進行了培訓，這在圍堰監理工作過程中的作用非常明顯。

4 施工方案審核

4.1 施工水位的確定

本橋最初確定的施工水位是15.88 m，設防水位是16.38 m，考慮到圍堰結構驗算時局部出現的應力峰值和圍堰平臺實際施工的需要，最終施工水位確定在14.5 m，設防水位15.0 m，圍堰最大抽水水位13.5 m。

4.2 分塊、分段制造的合理性審核

第一節圍堰分塊、分段必須考慮工廠作業能力以及運輸條件，同時考慮沿高度方向滿足第二節接高時第一節圍堰最少漏出水面1 m以上(后面節段類似)。考慮圍堰運輸通道的限高、限重要求，設備的起吊能力、裝配能力，現場作業的水文及地址條件以及符合工程進度的制造速度。本工程分40塊，高20.08 m，單重61 t，由碼頭直接船運到拼裝點。

監理單位對生產廠家和從廠家到工地的運輸線路進行了全面的調查，節段在運輸線路上無超高和超載，確認制造和運輸方案可行。裝配能力方面，現場組拼采用130 t履帶吊施工，50 t汽車吊配合，滿足節段吊裝作業要求。在第二節圍堰安裝就位完成焊接前，第一節圍堰漏出水面高度安全，確認節段分配合理。

4.3 圍堰下河方案合理性審核

圍堰下河方式必須與設備能力相匹配，本圍堰工程下河方式采用氣囊法滑行下水。氣囊法滑行下水審核重點包括：(1)氣囊充氣壓、數量、分布是否符合要求；(2)后拉纜和前牽引纜地龍等設施是否齊全、穩固可靠，對應圍堰上的受力點是否經過加固；(3)岸坡地基承載力和坡度是否符合要求，一般拼裝位1∶36～1∶40并支墊起預設氣囊空間，滑行岸坡1∶10左右；(4)下水處水位、水深是否符合要求(根據圍堰吃水深度、氣囊翻轉高度以及圍堰下河抗傾覆穩定性確定)以及與預期滑行速度到達位置的關系，防止圍堰傾覆和尾部擱淺。

(1)計算確定施工單位選定的水口深度是否合理，圍堰第一節重2 200 t，圍堰內外半徑分別為26 m和28 m，計算圍堰下河吃水深度為7 m(考慮了隔艙浮力后計算值為6 m，同時考慮圍堰刃角影響增加1 m)，與施工方案基本吻合。計算圍堰過水口的抗傾覆穩定性確定水口處最低要求水位，根據圍堰下河抗傾覆審核，水口在5 m水深時能確保圍堰不傾覆。

(2)現場作業條件的調查：根據施工單位提供的測量地面線和監理現場抽查，如圖2所示。確定從水口向河道中心10 m范圍內河床高程為0～2.4 m，必須清淤至-2.5 m(當時水面高程5.0 m)。拼裝場地坡度為1∶40，滑行坡度為1∶10，均符合下河要求。后拉纜按照圍堰重量考慮在1/10坡度上的分力，設置不小于220 t的地錨可行，斷索設備及前拉纜的配置符合要求。

圖2 圍堰下河坡道實測斷面

(3)氣囊數量和布置的確定：施工單位選定氣囊規格為φ1.8 m×8 m，根據φ1.8 m×8 m氣囊承載力技術參數(見圖3)確定氣囊數量，按壓縮后高度0.5 m，每米承重15 t，取承壓有效長度7 m，計算單個氣囊承重為105 t。圍堰總重2 200 t，故最少需要21個氣囊，考慮存在承載的不均勻性，安全系數放大到1.5，故共需要32個氣囊。這與施工單位選定的36個氣囊基本吻合。

圖3 氣囊承載力技術參數

因此確定下河方案合理。

4.4 圍堰就位和著床方案的審核

圍堰錨定系統的分布是否合理，錨定能力是否合乎要求：主錨、邊錨配置及錨定力,前后定位船上各種掛纜設備設施以及過纜順序、種類、數量等是否符合要求；橋位處地形與圍堰底口匹配程度，地質情況與下沉方式、配重增加方式方法是否可行等；測量控制方案是否符合要求等。

本橋由于墩位上下游400 m范圍內及向北岸(河道中心方向)300 m范圍內無覆蓋層，無法按照傳統的拋錨定位方法進行拋錨定位施工，而河道在3號墩附近拐向，正好利用上游約1 km處的岸坡埋深地龍作為主錨，池州側岸埋設地龍作為邊錨，安慶側則通過預制200 t混凝土錨作為邊錨，圍堰就位和著床方案可行。

5 施工方案批復

5.1 圍堰專項施工方案批復

該方案由施工單位編制，經施工單位技術負責人進行審核后正式上報監理單位，監理單位審核意見如下：

(1)方案中無圍堰的渡洪計算資料，監理單位要求施工單位補充完善，施工單位按要求進行了相關計算，事實證明，此計算在渡洪過程中起到了關鍵性的指導作用。

(2)圍堰加工應注意圍堰定位的中心和方向與護筒群定位的關系，以及圍堰下口定位測量控制措施。

(3)焊接檢驗中應增加對結構受力比較大的的焊縫進行探傷檢測，局部加強或調整施工水位。

5.2 圍堰定位測量方案批復

圍堰定位施工過程中，施工單位報送定位測量專項方案，經審核發現該方案是按照一般圓形圍堰定位控制方法實施，遺漏了底隔艙對后期護筒群施工的影響，測量方案被監理單位否定，并提出以底隔艙各結構線為依據的測量定位控制方案，交由監理單位測量工程師督促落實。具體控制指標是，護筒距底隔艙最小距離僅29 cm，扣除護筒加勁肋結構高度15 cm后為14 cm，反推圍堰定位扭轉角度最大值為28′，圍堰定位偏差順橋向為14 cm。

施工單位根據監理單位的意見重新制訂了測量方案，新方案的精神是“逐級傳遞，相對定位，精確測量”，實現了巨型圍堰超高標準精確定位，圍堰偏差情況見表2。

表2 3號墩圍堰偏差情況

5.3 鋼護筒群整體吊裝方案批復

橋位地處光板巖，護筒無法單獨插打，采用整體吊裝就位施工方案，監理單位對施工單位的吊裝方案進行審查，發現漏算部分吊具、連接系和焊縫重量約15 t，護筒群重170.36 t，共計185.36 t，超出250 t(主鉤荷載在70°仰角時吊裝能力為180 t)，浮吊在方案吊裝工位上的作業能力，否決施工單位要求吃入浮吊安全系數冒險起吊的要求，最終同意采取割除圍堰靠船護筒，改移邊錨位置，為浮吊船讓出合理吊裝工位。

6 結束語

本橋圍堰工程由于特殊的地質及水文條件的特點，導致圍堰施工的技術難度增加，對應增加了監理單位的安全質量控制的風險，對監理單位在方案審查把關和過程控制方面的帶來極大的挑戰，現在全橋已順利合龍。回顧整個圍堰工程施工監理過程，作者認為加強對圍堰工程施工方案的審查十分重要，本文的審查思路可為相似工程監理工作提供參考。

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