主墩雙壁鋼圍堰下水施工分析

郁春雷

(中鐵上海工程局集團第二工程有限公司)

1 概 述

荊岳鐵路公安長江大橋3#墩鋼吊箱由雙層殼體組成，其外形為圓端矩形，內部為單壁底隔倉，底部為底龍骨和底板，在底龍骨與內支架間有吊桿進行連接圍堰底節自重約3 000 t，整體下水。鋼吊箱外形尺寸為68.2 ×40 m，高18 m，自重約3 000 t。吊箱壁厚2 m，底主隔艙高4.5 m。考慮到吊箱制作場及附近場地均為造船船臺，為考慮結構本身安全性，采用氣囊支承、滾動前移整體縱向下水，利用氣囊托起吊箱，依靠鋼吊箱自重分力下滑方法使鋼吊箱前行至水邊松掉后面控制拉纜加速下滑沖入水，整體自浮，用拖輪及錨碇控制鋼吊箱。

底節圍堰掛樁施工立面圖

2 下水方案

2.1 吃水深度計算

底節鋼吊箱全高18 m，僅雙壁可提供浮力，底節圍堰結構約2 900 t，附屬結構按100 t 計算，整體底節按3 000 t 自重計算，圍堰下水后吃水位8.53 m。

計算可以看出圍堰吃水深度較深，不利于圍堰下水和浮運，將底隔艙前后各13 個孔全部封堵，吃水即可達到1.7 m滿足下水和浮運要求。

2.2 地形及河床斷面情況

目前拼裝位置地面的坡度實際為1∶10 混凝土基礎，位置長度130 m，前端15 m 左右為1∶10 坡，為原始沉積地面。當吊箱下水時此處需換填，保證地基穩固。場地前端的水深為5 m 處3.5 m 水深，25 m 左右水深為7 m 左右，30 m 處水深為8 m 左右，再往前水深變化不是很大，具體是否要求清淤及要求水深，待圍堰吃水深度確定后再定。

2.3 圍堰下水方案確定

根據目前地形和水深情況經下水公司實地考察和分析并考慮到現場各種情況，初步對下水滑道情況分析如下:考慮到圍堰下滑時卷揚機、滑車組配備，以及制造坡道與下河快沖時的坡道過渡等因素，初步確定圍堰拼裝場地的坡度為1∶10，即原來的船臺坡度不變，將最后15 m 坡度稍加修整可滿足要求。

3 吊箱下水拖拉設備的配備

為保證鋼吊箱在滑道能夠進行轉向和向前移動并能控制鋼吊箱下滑的速度和大致方向，需要在鋼吊箱上設置后拉纜。圍堰初期調整方向在圍堰拼裝場地前方約70 m 范圍內進行，此坡道坡比為1∶10，后端地錨設計拉力為3 000 ÷10≈300 t。根據計算數據和圍堰外形結構，初步確定圍堰下河時牽引采用兩點牽引法，牽引點位置布置吊箱底龍骨上，通過兩個地錨進行固定牽引。初步選定下滑地錨采用單個設計拉力為200 t 地錨，提供圍堰下水過程中圍堰的牽引。當鋼吊箱入水浮起后，鋼吊箱下18 mm 鋼托板由浮吊進行打撈回收。

現場下水設備和地錨布置為圍堰后端控制圍堰下滑的地錨布置于拼裝圍堰的正端頭25 m 距離處，與圍堰底龍骨設置四個拉耳。根據受力要求地錨需提供約200 t 錨固力，按長7 m 寬6 m 深4 m 尺寸布置，地錨結構為砼埋置式，頂與地面平齊，錨力通過外露的錨環傳至錨體內。在拼裝場地外側，控制拉纜通過2 臺180t 滑車組與地牛相連，在鋼圍堰上設置牽引耳板，提供地牛牽引索的附著點，圍堰與托板之間應進行臨時限位連接。

4 氣囊布置及充氣安裝

4.1 氣囊的受力計算

根據下水公司要求和圍堰本體結構的特點，圍堰下滑采用Φ1.2 m×14 m 的氣囊，其技術參數見表1 所示。

表1 氣囊的單個承載技術參數

4.2 氣囊用量的計算

氣囊工作高度H 取為0.6 m，下水整體重量G=3 000 t，取氣囊個數n =40，則:氣囊的安全系數K =212n/G =212 ×40/3 000 =2.82 ＞K0=1.2～1.4(常規情況)，氣囊有2.82倍富裕量，考慮到箱體底部結構局部強度不均衡，通過更多氣囊來分配圍堰重量使局部受力減小。選用40 個氣囊安全可靠。

4.3 鋼吊箱下氣囊布置、充氣

圍堰拼裝完后在圍堰下的支承點間布置氣囊，根據現場鋼凳布置，每3.0 m 間距布置一個氣囊，對局部超過氣囊承載高度一些位置，采用氣囊下墊沙包或疊加氣囊方法進行將圍堰頂起去除鋼凳。氣囊在充氣前布置好地錨及卷揚機等裝置，將鋼吊箱錨固牢靠使其在被頂起后不向前滾動。氣囊充氣順序應盡量對稱、分散，相鄰的氣囊分成兩批次充氣，當鋼吊箱下氣囊充氣至鋼吊箱被抬起至0.8 m 高左右后，此時鋼吊箱脫離支承點約20 cm，拆除鋼墊板下鋼凳支承。鋼吊箱下共有約200 個鋼凳。支承點需清理干凈并作地面平整，以不影響后序的氣囊滾動。

5 輔助設施布置

5.1 鋼凳

鋼凳為圍堰制造臨時性結構，由型鋼焊接而成的框架形結構，底面貼一鋼板。鋼凳作用在于支撐鋼吊箱以布置氣囊和增加與地面接觸面積，保證地面在承壓時不會因為地面承載力太低而導致地面下沉。

5.2 托板

鋼吊箱托板擬采用18 mm 厚鋼板，托板在鋼吊箱下滑過程中的作用是保證氣囊工作平整及傳力。為保證其工作性能須作如下處理:鋼管包邊:在氣囊進出托板時，為不傷及氣囊，不影響鋼吊箱下滑，需將外露邊用建筑鋼管包邊并點焊牢靠。臨時限位:托板在鋼吊箱下滑時須與鋼吊箱限位并固定，以避免鋼吊箱與托板間出現相對滑動。水平限位采用在托板上焊接卡板的形式與底龍骨翼緣卡定，范圍為托板兩側鋼吊箱前半部40 m，在鋼吊箱入水自浮后后端托板因失去氣囊的支承而下落，在自重作用下逐個拉掉卡板，最后脫落。此方式有效保證了鋼吊箱在整體入水自浮后，實現托板的自動脫落。

5.3 地錨及后拉纜

為控制鋼吊箱在氣囊起頂后下滑運動及在滑道下滑的速度和大致方向設置后拉纜，后面控制拉纜下滑速度的拉纜設計拉力為2 ×200 t，大于鋼吊箱自重最大下滑分力。當鋼吊箱入水后鋼吊箱下18 mm 托板需由地錨卷揚機拉起回收。后拉纜控制采用地錨，地錨布置于鋼吊箱后側，距鋼吊箱后端25 m。

6 鋼吊箱下水

鋼吊箱制作拼裝完成后，報檢經有關部門檢查合格并簽認后，對鋼吊箱滑移范圍內的場地進行清理，保證無雜物尤其是可能戳破氣囊的尖銳物，掛好地錨鋼絲繩后，開始圍堰下水。起滑，氣囊下河的所有準備工作就緒，具體下河日期要綜合考慮當時的天氣、風力及潮水位情況，在風力較小、無雨水天氣下進行并盡量選擇高潮位時段。當氣囊完全托起鋼吊箱，下滑道清理完成后慢慢放松后拉纜，在前端不斷補充氣囊，利用圍堰自重分力使圍堰進行移動;斷纜、下滑入水，當鋼吊箱控制下滑至離水邊線15 m 處，調整氣囊并在圍堰前端放置加速氣囊后，后拉纜斷纜，讓鋼吊箱自由加速下滑，利用其慣性入水并向江中滑行一段距離，使鋼吊箱后端水深滿足自浮吃水深度要求;鋼吊箱穩定，鋼吊箱整體入水后，會在慣性、風力、水流作用下繼續漂浮，同時內部進水，鋼吊箱入水深度增大，達到穩定入水深度，為控制鋼吊箱不至繼續漂浮，待命的拖輪及時靠近并拴綁，控制鋼吊箱使其穩定;托板、托架回收，鋼吊箱拖離現場后，打撈船進場進行底板和底托架打撈工作。由潛水員下水后在托板上割吊裝孔，穿吊裝鋼絲繩，并將托板割開進行吊裝。吊裝上托板利用打撈船送到岸邊，在岸邊解體后，由項目部回收。

7 結 論

經過詳細計算分析，以及提前做好的充足準備，公安長江公鐵兩用特大橋3#主墩鋼圍堰順利下水，為以后的大型圍堰下水積累了施工經驗，氣囊斷攬法可以借鑒利用。

［1］現行道路與橋梁工程實用技術與標準規范大全，1999.

［2］公路橋涵施工技術規范，2001.