江順大橋主橋Z4號主墩鋼吊箱圍堰設計與施工

胡 勇 唐 勇 尚慶果 張家倫

（1.中鐵大橋局集團有限公司第四工程有限公司 南京 210031；2.中鐵大橋局集團有限公司設計分公司 武漢 430050）

廣東江順大橋是連接江門市蓬江區與佛山市順德區的一座特大型橋梁，大橋全長2 297m，由東引橋、主橋和西引橋組成。其中主橋設計為雙塔雙索面混合梁斜拉橋，跨徑布置為60 m＋176 m＋700m＋176m＋60m＝1 172m，是目前廣東省路徑第一的斜拉橋。

江順大橋主橋Z4號墩承臺之下布置有28根直徑3.0 m 鉆孔灌注樁，承臺尺寸73.052 m×24.5m×6.5m，高樁承臺，啞鈴型。Z4號墩基礎平面布置見圖1。

圖1 Z4號主墩基礎結構布置示意圖（單位：cm）

1 地質水文條件

Z4號承臺墩位處平均水深18.74 m。西江每年5～10月為汛期，可造成水位暴漲暴落。20年一遇設計高水位＋7.23 m，低水位＋0.33 m，洪水期間最大流速2.34 m／s。施工期間潮汐特點是落潮歷時長，漲潮歷時短，漲落潮差約1 m。根據地勘資料，對承臺圍堰施工最不利地質條件為淺覆蓋層，平均15.65m。

2 承臺施工難點分析

2.1 結構尺寸特點

Z4號承臺為大體積承臺，與同類大跨度斜拉橋主墩承臺類似，但其結構存在兩個特點：①啞鈴型系梁區間隔15.6 m 沒有設計永久結構樁基，因此系梁區封底將會出現較大的拉應力；②承臺邊樁到承臺邊緣的最大懸臂距離達4.5m 以上，因此懸臂區封底也將會出現較大的拉應力。

2.2 自然條件帶來的難點

（1）深水高樁，因此大型雙壁鋼吊箱圍堰必不可少［1］。

（2）洪水期間水位暴起暴落。據2008年水文數據，從6月11日到16日的4d時間里，距橋位上游50km 處的馬口水文站水位漲幅超過7 m，24h最大漲幅達2.88m，此時洪峰流量達到46 800m3／s，該流量超50年一遇，位居解放后第二位。由于圍堰施工處于5～8月之間，因此防洪是圍堰安全作業首要考慮因素。

（3）淺覆蓋層使得樁基能夠提供的抗拔力有限，對圍堰抗浮不利。

2.3 施工環境帶來的難點

經調查，江順大橋附近已建橋梁通航凈空最高為23.29 m，因此1 000t級以上浮吊無法進場。圍堰整體下放［2］的設想無法實現。

3 圍堰方案比選和設計

綜合Z4 號自然環境、承臺結構等各方面特點，圍堰方案的總體思路確定為：雙壁鋼吊箱后場分塊加工，運輸至墩位平臺上拼裝成整體，接高護筒后利用同步吊放系統下放圍堰至設計標高，然后封底抽水，形成無水環境再施工承臺。據此思路，圍堰結構由雙側壁板、底板、吊掛、內支撐等各系統組成，平面尺寸為75.452m×26.9m×12.5 m，壁厚為1.2 m，全焊結構。針對施工難點，相應設計應對措施圖如下。

3.1 圍堰總體設計

總體設計的重點在于施工階段的劃分，其施工階段劃分見表1［3］。

表1 圍堰施工階段劃分表

根據施工階段劃分，初步擬定封底厚度為2.5 m。為適應承臺的結構特點，設計了2 種方案予以比較，①系梁區加臨時樁；②增加系梁區封底厚度，見圖2和圖3。經計算，2種方案的封底結構在各施工階段其應力參數值均能滿足規范［4］要求，說明只要封底厚度不小于2.5m，2種方案均可行，可以克服承臺系梁跨度大、懸臂距離長帶來的設計難度。計算表明：系梁區封底在抽水工況受控，懸臂區封底在澆筑第一次承臺工況受控；護筒與封底混凝土的粘結力，加樁方案較加厚方案小。因此從設計角度講，宜選擇加樁方案。

圖2 系梁區局部加厚封底方案示意圖

圖3 系梁區局部加樁封底方案示意圖

從施工角度出發，2 種方案施工利弊比較結果見表2。

通過設計和施工2方面的比較，并考慮服從總工期的要求，最終確定應用加樁方案。

表2 2種圍堰封底方案施工利弊比較表

3.2 圍堰側板

吊箱側板主要承受水側壓力及水流力、承臺混凝土澆筑側壓力，設計重點是確定側板頂標高。考慮西江洪峰期水位極不穩定，按最大漲率0.12 m／h計算，從常水位＋2.5m 漲水至＋7.23m 僅需40h。在此時段組織臨時加高圍堰不可能實現，因此最終取側板頂標高＋8.3m。經計算，封底抽水工況下，即在最大水頭82.1kN 的壓力下，側板構件受力最大，其面板組合應力小于170 MPa，變形小于L／400，截面抵抗矩均能滿足規范［5］要求，不會出現側板失穩、扭曲破壞。

3.3 圍堰底板

底板的控制工況為圍堰封底時段，重點驗算底板龍骨應力和吊桿受力大小，特別是落潮對吊桿受力的影響。為確保吊桿受力安全，設置既定流程：當澆筑封底厚度達到1 m 時，圍堰雙壁內部往外抽水2m，然后繼續澆筑封底混凝土直至完成。為減小封底澆筑時混凝土的供應壓力，在底板上設置2道隔艙板［6］，將封底混凝土分3個艙順序澆筑，隔艙板高2.5m。

3.4 圍堰內支撐和下放導向

按照側板外水側壓力、水流力和承臺混凝土初凝前側壓力的計算結果，內支撐設計為單層直徑800 mm 鋼管，標高＋3.3 m。鋼管與撐腳用法蘭連接，撐腳與圍堰側板內壁焊接。內支撐完成第一次承臺混凝土澆筑后拆除。下放導向在圍堰內分8 個點控制圍堰平面位置，縱橫向各4個點［7－8］。

4 圍堰施工

4.1 施工準備

（1）鉆孔平臺改造，使其成為圍堰拼裝平臺。（2）精確測量護筒偏位，包括護筒的平面偏差和實際垂直度，以指導吊箱底板開孔。

4.2 圍堰加工制作及拼裝

底板分底龍骨和面板2部分加工。縱橋向龍骨分11塊整桁預制，整桁之間散拼橫橋向龍骨形成整體。預留焊接收縮量以控制龍骨位置誤差小于5mm。底板面板分塊下料制造，焊接于龍骨之上，焊接方式為四邊圍焊和分跨處板內開孔塞焊。底板開洞范圍原則為：開孔線與護筒間隙≥100mm，即開孔半徑R≥（設計樁徑＋25cm）。

整個圍堰側壁板分34塊制造，最重單元塊小于20t。制造要點：借助剛度足夠的胎架防止側板構件焊接變形；對密閉式隔艙板進行煤油滲透試驗，不得漏水；聯通管按實際水位進行標高調整。其他構件，如內支撐、隔艙板、導向等可按圖紙尺寸加焊接收縮余量分段下料加工。各構件后場分塊加工后在拼裝平臺處拼裝。

4.3 圍堰下放及定位

由于1 000t級浮吊無法進場，圍堰無法采用浮吊整體下放，因此確定采用計算機控制液壓同步升降技術施工［9］。該技術的特點在于：提升油缸錨具具有逆向運動自鎖性，使升降過程十分安全，并且構件可在升降過程中的任意位置長期可靠鎖定；其次升降系統具有mm 級的微調功能，能實現空中垂直精確定位。

下放施工控制點如下。

（1）設備安裝位置精確，特別是泵站方位應考慮與油缸匹配，縮短油管管路。

（2）鋼絞線安裝必須使用疏導板，確保鋼絞線在油缸中的位置正確。

（3）下放前系統聯調，空載運行不少于1h，確保通信線路正確無誤，傳感器靈敏。

（4）圍堰等結構檢查，重點是底板與護筒之間的間隙檢查。確保圍堰各部位構件處于正常狀態。然后布設測控點及雙壁內水泵，單臺水泵抽水流量不小于40m3／h。

（5）當控制系統和結構系統均檢查無誤后，開始圍堰下放。根據計算，圍堰入水4.22 m 即可自浮，因此在圍堰自浮前灌水，保持2 m 水頭做圍堰的重力導向，直至圍堰下放到設計標高。

（6）下放過程中以側壁板上的導向架控制圍堰平面位置，同時在導向架與護筒之間安裝水平頂，作為平面位置微調設備，最終完成圍堰定位。

4.4 體系轉換及堵漏

下放就位后，應立即進行體系轉換。除接高的4根護筒外，其余24根護筒頂部的十字形吊掛的吊桿，即直徑32mm 精軋螺紋鋼筋預先錨固于底板龍骨，上端臨時固定，隨圍堰下放到標高。當吊桿全部受力后，下放千斤頂逐步卸載歸零，拆除下放系統，圍堰重量轉移至24根護筒承受，并傳遞至樁基上。

護筒與底板的間隙采用環形弧板封堵。環形弧板分4塊制作，板的尺寸比縫隙略寬。下放過程中，板應臨時固定。下放完成體系轉換后，由潛水員下水將板貼緊護筒，并收緊環形弧板之間的長桿螺栓，形成整體圓環。并且對環形弧板與護筒外壁之間的間隙逐個用水泥砂袋水下封堵。

4.5 圍堰封底

根據施工水位實際狀況和混凝土的供應能力，在圍堰設計之初即考慮在底板上設置隔艙板。因此封底方案確定為：3 500m3封底混凝土沿橫橋向分3次順序灌注，即先系梁區隔艙，而后上游圓端區，最后下游圓端區。混凝土由岸上2 座180 m3／h的混凝土拌和站供應，單個隔艙布置2臺布料機和多導管作業，將作業時間控制在12h之內，單個艙內灌注方向從上游側向下游側逐步推進。

5 結語

江順大橋Z4號主墩承臺圍堰通過合理設計細部構造，不僅使圍堰受力明確，結構的整體剛度和穩定性高，很好地克服了施工環境、自然環境、承臺結構特點帶來的技術難題。

利用計算機控制液壓同步升降技術完成大型鋼圍堰的安裝任務，確保了圍堰升降過程的平穩，且操作快捷、簡便，圍堰安裝時間花費僅3h。該方法克服了大型起重設備無法進場的缺陷，并且不受施工場地的限制，施工可靠度強，工作效率高，有很好的使用前景。

由于設計考慮周全，施工工藝控制到位，使得江順大橋Z4號主墩承臺圍堰作業任務在2個月零10d內順利完成，確保了洪水期間承臺的施工安全和質量，延續了前一階段鉆孔作業贏得的時間優勢，為總工期目標的實現進一步夯實了基礎。

［1］鄭 機.圖解橋梁施工技術（四）［J］.工程機械與維修，2012（4）：176－177.

［2］陳想清，莊國民.江陰輪渡棧橋雙壁鋼圍堰施工［J］.交通科技，2002（2）：37－39.

［3］時天利，任回興，賀茂生.蘇通大橋深水雙壁鋼圍堰設計與施工［J］.世界橋梁，2007（3）：28－31.

［4］JTGD62－2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］GB50017－2003鋼結構設計規范［S］.北京：中國計劃出版社，2003.

［6］宋偉俊，文武松，連澤平，等.南京大勝關長江大橋主墩深水基礎施工技術［J］.橋梁建設，2008（4）：15－19.

［7］胡 勇，楊進先.施工期橋梁圍堰水流力研究［J］.橋梁建設，2010（5）：12－15.

［8］劉耀東，余天慶，石峻峰，等.雙壁鋼吊箱圍堰的仿真計算及施工關鍵技術［J］.橋梁建設，2009（2）：72－75.

［9］高永祥，楊京驁，胡鴻志.首都機場A380機庫4萬m2鋼屋蓋結構整體提升施工技術［J］.建筑技術，2008（10）：776－778.