大傾角裸巖高低異形刃腳鋼圍堰安裝技術

薛占文

摘? 要：在大傾角裸巖直接安裝高低異形刃腳鋼圍堰，通過鋼圍堰隔艙的設計及分艙注水進行鋼圍堰調平并實現鋼圍堰平穩下沉著床，通過鋼圍堰錨泊系統的設計，圍堰橫橋向偏位通過上、下游設置的定位船上的卷揚機進行調整，圍堰順橋向偏位通過導向船利用岸側地錨、江側邊錨進行調整，在進行垂直度調整時，圍堰的上層拉纜保持不動、調整下層拉纜，并結合隔艙注水，可將垂直度控制在1%以內，利用錨泊系統實現鋼圍堰的精確調整，為今后裸巖直接安裝高低異形刃腳鋼圍堰的設計提供借鑒。

關鍵詞：大傾角;裸巖;隔艙;錨泊系統;高低異形刃腳鋼圍堰;安裝

中圖分類號：TU74? ? ? ? 文獻標志碼：A

1 工程概況

望東長江公路大橋跨長江主橋為全長1 250 m的斜拉橋，主跨長638 m，大橋南岸索塔（45#墩）基礎采用高樁承臺結構形式，承臺平面為 47 m×25 m 切除四角的矩形，高8 m。45#墩位處河床為裸露中風化灰巖，單軸飽和抗壓強度為56 MPa，巖層表面覆蓋層較薄，平均厚度30 cm，巖石整體性較好;巖面起伏變化大，總體從岸側向江心側傾斜，最大坡度約26°，承臺范圍內巖面高差最大近10 m。承臺處枯水期水深8 m～21m，洪水期水深15 m～28 m，橋位處洪水期最大流速2.1 m/s，枯水期最大流速為1.2 m/s。

2 方案比選

目前對于大傾角裸巖面深水基礎施工普遍采用的是先水下爆破、再無底圍堰、后鉆孔工藝，在該橋中如果采用該工藝則會影響主航道通行，且綜合成本高，占用工期長，且存在很大的安全風險，因此根據表1各項對比，該橋決定采用先無底圍堰、后鉆孔工藝，即實測河床斷面，設計高低刃腳圍堰，先下放無底鋼圍堰，利用封底混凝土進行鋼護筒底腳錨固，再搭設鉆孔平臺進行基樁施工。

3 方案設計

3.1 隔艙設計

鋼圍堰共設置了14個隔艙，相鄰隔艙間設置鋼箱分隔，隔艙將鋼圍堰分為14個獨立艙體，隔艙由壁板、豎向勁板和環向加勁板組成，隔艙可起到注水調平、下沉著床作用。當鋼圍堰著床位置偏差較大時，可將隔艙內水用水泵抽出，實現鋼圍堰自浮，重新注水調平并下沉著床。

3.2 錨泊系統設計

為了克服鋼圍堰下沉過程中的水流阻力和風阻力，根據橋址處的水文地質特征，采用定位船錨泊定位系統進行鋼圍堰施工。

3.2.1 定位船

錨泊系統在上、下游側布置800 t（400 t）工程鐵駁定位船，定位船設在橋位上游距橋軸線約200 m處，定位船起到確定、調整鋼圍堰位置、調節主錨受力的作用。

前定位船上方布置卷揚機和收錨系統，共設置4臺5t卷揚機、1臺6t卷揚機、4套4門滑車組、6套3門滑車組和4套2門滑車組。后定位船上方卷揚機及收錨系統布置與前定位船類似。

3.2.2 主錨

主錨承受鋼圍堰錨泊系統順水流方向的水流阻力和風阻力，是保證鋼圍堰安全穩定的主要結構物。主錨通過錨拉力試驗最終確定采用4個150 t蛙式混凝土錨，拋錨位置距離前定位船約400 m，距離墩位約600 m。

3.2.3 尾錨

尾錨順水流方向分別布置在鋼圍堰下游側，主要作用是抵御潮水影響，給圍堰提供一定的反拉力，保證鋼圍堰錨泊系統在水流方向上的穩定。尾錨采用2個150 t蛙式混凝土錨，拋錨位置距離后定位船后方約400 m。

3.2.4 邊錨

鋼圍堰邊錨的主要作用是調節和控制鋼圍堰在垂直水流方向的位置，承受側向水流阻力和風力?？拷膫冗呭^采用2個75 t蛙式混凝土錨，距離墩中心約200 m?？堪秱冗呭^采用2個40t砼地錨，砼地錨采用明挖基坑方式，直接進行澆注。

3.2.5 拉纜

定位船與鋼圍堰之間設拉纜，每個面均設置上、下兩層拉纜，拉纜采用φ48mm鋼絲繩，其作用是將鋼圍堰所受外力傳給主錨、尾錨和邊錨，起到抵御流水影響、保證鋼圍堰錨泊系統在水流方向上的穩定，固定鋼圍堰位置和調節鋼圍堰垂直度的作用。

3.3 鋼圍堰錨泊系統計算

錨泊系統的計算主要依據工程施工技術手冊《橋涵》錨碇布置計算部分進行，并根據其他相關資料進行了必要的補充。

3.3.1 設計計算基本資料

3.3.1.1 地質情況

索塔承臺處地質為裸露無覆蓋層中風化灰巖，河床面標高為-12.6 m～-2.4 m。墩位上、下游及側向拋錨區內河床覆蓋層以黏土為主。主錨錨地河床面標高：-8.0 m～-23.0 m;鋼圍堰江心側邊錨錨地河床面標高：-17.0 m～-22.0 m;南側岸錨標高：+8.0 m。

3.3.1.2 水文情況

設計水位：鋼圍堰下放安裝施工水位取平均高水位+8.28 m;圍堰抽水施工時最高水位取+16.80 m。

水流速度：施工季節平均水流速度取1.7 m/s。

3.3.1.3 基本風壓

查公路橋涵設計通用規范，基本風壓取0.25 kN/mm2，基本風速取23.8 m/s。

3.3.2 計算原則

按鋼圍堰下沉至即將著床狀態（仍為懸浮體系）錨泊系統受力最大進行計算。

尾錨和邊錨按主錨受力的40%進行預拉、計算。

3.3.3 錨泊系統分步驟計算

3.3.3.1 錨的選擇與計算

經過調查：墩位上、下游及側向拋錨區內河床覆蓋層以黏土為主，厚度較薄，考慮鋼圍堰拋錨工作量相當大，為了便于施工，主錨采用150 t蛙式錨，尾錨采用7 t霍爾錨，江心側邊錨采用70 t蛙式錨。

3.3.3.2 主錨計算

主錨總拉力設計值R主=1045.3kN

江心側邊錨通過轉向導纜器在前后定位船上布置絞錨系統。因此，主錨受力考慮江心側邊錨及尾錨的預拉力，預拉力大小為主錨受力的40%。

尾錨預拉力：

尾錨預拉力為主錨受力40%，1045.3×0.4=418.1kN

主錨所承受的主錨總拉力與尾錨預拉力的合力為：

R=1045.3+418.1=1463.4kN （ 149.2t）

主錨拋錨位置覆蓋層以黏土為主，主錨采用150 t蛙式錨。

錨重G=（2～3）R，所需錨重G= 3R=3×149.2=447.6t

所需主錨個數N=447.6/150=3.0（個），主錨個數N=4個，單個錨受力為1463.4/4=365.9kN

3.3.3.3 尾錨計算

尾錨按主錨受力的40%，即

R尾=1045.3×0.4=418.1 （ 42.6t）。

尾錨拋錨位置覆蓋層以黏土為主，尾錨采用7 t霍爾錨。

根據現場霍爾錨錨拉力試驗，所需錨重

G= R尾/2=42.6/2=21.3t

所需尾錨個數N=21.3/7=3.0（個），尾錨采用4個7 t霍爾錨，單個錨受力為418.1/4=104.5kN

3.3.3.4 前拉纜計算

前定位船與鋼圍堰之間上下拉纜拉力Ra包括鋼圍堰及臨時工作船只水阻力和風阻力。

Ra=Fw+Fwh+R3=855+75+50=1010 kN

上拉纜計算：

上拉纜受力計算，取下拉纜處為彎矩平衡點，上拉纜布置在距圍堰頂部5.7 m位置，下拉纜布置在距圍堰頂部19.3 m位置，上下2層拉纜距離L1=13.6m。

上拉纜拉力

Rs= （Fw·h1+Fwh·h2）/Hs

=（885×8.7+75×16.4）/13.6=656.6kN

上拉纜采用4根鋼絲繩，每根受力為656.6/4=164kN

下拉纜采用2根鋼絲繩。上下拉索共6根鋼絲繩共同承受尾錨預拉力418.1 kN，每根受力418.1/6=69.7kN

則上拉纜單根受力為164+69.7=233.7kN

下拉纜計算：

下拉纜受力為1010+418.1-233.7×4=493.3kN

單根鋼絲繩受力為493.3/2=246.7kN

3.3.3.5 后拉纜計算

后定位船與鋼圍堰之間上下拉纜拉力Rb受力與尾錨受力相同，Rb=R尾=418.1kN。

后拉纜上下兩層共4根鋼絲繩，單根受力考慮上下兩層4根錨繩受力不均勻性，不利情況為3根錨繩受力，單根最大受力為418.1/3=139.4kN

3.4 鋼圍堰安裝技術

3.4.1 鋼圍堰精確定位調整

3.4.1.1 圍堰橫橋向位置調整

圍堰橫橋向偏位通過上、下游設置的定位船上的卷揚機進行調整。通過定位船上的卷揚機收放錨纜，進行圍堰位置的調整。下游側的輔助定位船具有反拉功能，施加約40%的反拉力，保證鋼圍堰在調整過程中的穩定。

3.4.1.2 圍堰順橋向位置調整

圍堰順橋向偏位通過導向船利用岸側地錨、江側邊錨進行調整，通過兩側的卷揚機收放錨纜，進行圍堰位置的調整。

3.4.1.3 圍堰垂直度調整

經過以上2步調整，可將圍堰的頂面位置偏差控制在5 cm以內。在進行垂直度調整時，圍堰的上層拉纜保持不動、調整下層拉纜，并結合隔艙注水，可將垂直度控制在1%以內。

3.4.2 鋼圍堰著床

圍堰精確定位后，保持懸浮狀態，然后同時啟動水泵向每個隔艙內迅速、均勻、對稱地注水，使圍堰刃腳快速著床。當需要調整時，應啟動水泵從圍堰隔艙內向外抽水，使圍堰上浮，通過收絞錨繩調整圍堰的位置和垂直度，通過幾次反復調整，最后使圍堰著床后滿足安裝精度要求。

4 結語

根據該案例的應用效果，在大傾角裸巖直接安裝高低異形刃腳鋼圍堰的技術研究，給鋼圍堰設計提供了更廣闊的思路，同時也促進了鋼圍堰設計理論的發展，為國內外同類橋梁基礎施工提供基礎性資料和參照，對于類似環境條件下鋼圍堰設計具有很大的借鑒和指導意義。

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