重慶南紀門橋啞鈴型雙壁鋼圍堰浮運著床施工技術

高潮 鄒羽 陳竹 宋磊

【摘 要】本文主要介紹了南紀門長江軌道專用橋主塔基礎啞鈴型雙壁鋼圍堰在長江上游地區(qū)進行整體浮運著床的關鍵技術，包括圍堰的下水、浮運、下沉、著床、封底堵水等技術。

【關鍵詞】長江上游傾斜岸；雙壁鋼圍堰；整體浮運；下沉著床

1.橋塔圍堰概況

南紀門長江大橋是重慶市軌道十號線跨江專用橋。全橋長1215.78m，主橋采用五跨高低塔雙索面鋼箱疊合梁斜拉橋，跨徑布置為（34.5+180.5+480+215.5+94.5）m。主塔位于長江主航道兩側(cè)傾斜段坡岸，采用鉆孔樁基礎，承臺為啞鈴型結(jié)構(gòu)。基礎施工時采用圍堰隔水，鋼圍堰設計為啞鈴型雙壁剛套箱結(jié)構(gòu)，雙壁間寬度為2m，圍堰總高度為23.59m。圍堰分底層和頂層2層，底層高約17.55m，重682.8噸，頂層節(jié)高6.04m，重228.8噸。其中，底層每層環(huán)向分為10塊，場內(nèi)完成制作組拼，浮運至現(xiàn)場，頂層為單壁圍堰根據(jù)現(xiàn)場實際水位情況接高。

2 圍堰下水

圍堰在船臺的托架平臺上組拼完、密性試驗合格后，即可整體下水，其下水位置位于東風船廠，下水方式采用斜船架下水。

2.1 圍堰橫移

圍堰組拼交驗完畢后，即可將圍堰隨托架平臺一起橫移至斜船架上，根據(jù)圍堰外形尺寸，斜船架布置4臺（單臺承載力480t）并布置18臺125t船臺小車，用于墊起運輸。

2.2 圍堰下水

第一步：圍堰隨托架平臺一起橫移至斜船架后，將圍堰中心線與斜船架中心線基本重合，船臺小車緩慢卸壓，船臺小車油頂逐步下沉，最終使圍堰隨托架平臺下落至斜船架上。經(jīng)檢查無誤后，斜船架開始下放入水，至圍堰全部入水后停止，將系固鋼絲繩拴好，如下圖所示：

3 圍堰浮運

圍堰浮運整體采用頂推方式，通過在圍堰后方設置一艘拖輪，總功率2280KW，并在圍堰左側(cè)捆綁一艘1000T級的甲板駁作為輔助船舶。同時，在1000T級甲板駁船艏布置兩口5噸的錨頭，作為在航行過程中臨時定位系統(tǒng)，防止意外，作為應急拋錨使用。

1）浮運所需的動力計算

P拖=FV/1000

F——船組航行的總阻力，F(xiàn)=F水+F風

V——航行速度，以1.5m/s計算

船上的水流作用力F水=V2（fA1+φA2）r/g×10-2通過公式計算F水=5.71kN=0.57t

船組風作用力F風=ξ2A3P通過公式計算F風=10.6t

導向船組航行總阻力F=0.57+10.6=11.17t

拖輪拖曳能力P拖=FV/1000=11.17×104×1.5/1000=167kw

換算成拖輪蒸汽指示功率

P蒸=P拖/nnwnznm=167/0.5×0.96×0.94×0.8=462kw=629馬力

2）圍堰浮運所需拖輪計算

F風=ξ2A2P通過公式計算F風=17.34t

F水=KAV2/2通過公式計算F水=90.6kN=9.06t

圍堰總阻力F=F風+F水=17.34+9.06=26.4t

拖輪指示功率：P=FV/1000/nnwnznm=26.4×104×1/1000/0.5×0.96×0.94×0.8=731.4kw≈994.3馬力

3）拖輪選型

綜上，P=629+994.3=1623.3馬力，采用“長江一號打撈船”，功率2200kw，約合3000馬力，符合要求。

整個浮運船隊尺寸為：總長116.81米，總寬35.9米，船隊最大吃水4 米，水面以上最大高度13.55 米。

為使船隊航行中阻力最小，盡量收緊所有系纜，保證船隊硬度。駕駛臺在行駛過程中要求不被遮擋，有良好的視線。過纜過程中，應一頭放松，另一頭拉直，最好平放于艙面拖走，避免發(fā)生扭結(jié)，鋼纜不能落入水中。

拖輪船尾的操縱纜，未絞出水面前不應動車，以防纜繩絞纏車葉。系結(jié)鋼纜連接纜、交叉纜和操縱纜時，為保證直、緊、密，宜用舵將前后船用5—10度偏轉(zhuǎn)，并系好一舷的纜繩后，再用反舵將兩船取直并絞緊另一舷的纜繩。連接纜或操縱纜，如在系結(jié)時未十分受力，則應在航行中利用轉(zhuǎn)向的機會絞緊（左轉(zhuǎn)絞舷的纜，右轉(zhuǎn)絞左舷纜），在絞纜時最好用慢車，并嚴禁驟然急劇轉(zhuǎn)舵，以防斷纜。

4 錨碇系統(tǒng)

為了克服水流阻力和風阻力，使鋼圍堰精確定位和順利下沉，南紀門橋配置了一套錨碇系統(tǒng)。錨碇系統(tǒng)由主錨、邊錨、尾錨及前拉纜、混凝土錨塊等組成。

錨的拋設應在江面風平浪靜，能見度好的氣候條件下進行，采用拖輪曳帶拋錨船作業(yè)，由測量人員交匯出錨位，拋錨船在錨位處用甩梢法將錨拋到指定的位置。

導向船組及圍堰浮運到墩位處，過纜、錨碇好導向船組，拋設剩余邊錨及尾錨；調(diào)整收緊各錨繩、拉纜，使錨碇系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。錨繩、錨鏈、繩卡、卡環(huán)、八掛頭等材料必須滿足設計要求，并進行有效連接，確保過程中對圍堰進行有效調(diào)整，保證施工安全。

5 圍堰下沉著床

5.1 就位

就位之前圍堰基礎應按要求進行水下爆破并清理基礎，保證圍堰就位標高準確和圍堰著床后底面水平。圍堰浮運采用拖輪和千夾駁配合運至橋位處，測量人員測量放樣確定圍堰下沉位置，并通過調(diào)整錨碇系統(tǒng)準確定位。

5.2 下沉

向圍堰艙壁內(nèi)對稱灌水，采用4臺每小時500m3/h 流量、揚程20.5m離心泵自江中抽水，在圍堰艙壁內(nèi)標注灌水高度線，每個隔艙布置一臺水泵，同時啟動均勻注水，注水時應注意相鄰隔艙水頭差不得大于3.0m。在向艙壁內(nèi)灌水時，應遵循對稱加載的原則，以防圍堰傾斜，圍堰灌水下沉時放松拉纜同步進行，灌水速度不宜過快。

注水下沉至圍堰底距河床面0.5m處后，停止下沉。準備進行圍堰的精確定位。

5.3 著床

當圍堰下沉距離爆破后河床頂約100 ㎝左右時，采用空氣吸泥機清理基底，以保證圍堰能夠落在河床上，空氣吸泥機管徑為D=300㎜，潛水員進行水下基底檢查并將基礎上的雜物打撈干凈。

圍堰下沉距設計標高0.5m時進行圍堰精確定位，平面調(diào)整通過錨錠系統(tǒng)進行，垂直度通過調(diào)平樁調(diào)整。圍堰著床調(diào)整應嚴格安裝測量數(shù)據(jù)經(jīng)綜合分析后通過錨碇系統(tǒng)進行調(diào)整，保證單次調(diào)整的有效性。

當圍堰底部距離河床頂部約10 ㎝時，調(diào)整圍堰豎直度，經(jīng)檢查后繼續(xù)灌水下沉圍堰保證圍堰著床的豎直度。

圍堰著床后再次檢查圍堰平面位置和豎直度，如果不滿足要求，在圍堰艙壁內(nèi)對稱抽水，令圍堰上浮10 ㎝左右，潛水員水下墊鋼板調(diào)平，再次令圍堰灌水下沉就位并檢查圍堰，直到滿足設計要求。

5.4 刃腳處理

圍堰著床完成后，在圍堰外側(cè)四周拋填碎石及塊石進行防護，同時為增加圍堰自重及圍堰刃腳剛度，圍堰壁艙自刃腳以上8m 段全部澆筑C30 水下混凝土。

6 封底堵水

圍堰封底混凝土采用C30，為防止?jié)B漏，加強圍堰、樁基、封底混凝土的整體性，在首節(jié)圍堰內(nèi)壁、樁基護筒外側(cè)焊接剪力鍵（環(huán)形鋼板帶）。

6.1 基底清理及封堵

當圍堰安裝就位后，立即對圍堰刃角外側(cè)3米高度范圍進行拋石防護，然后進行封底平臺安裝。待施工平臺形成后，開始基底清理。清基工作主要是為了避免水下封底混凝土與巖面結(jié)合出現(xiàn)泥砂夾層，防止鉆巖時產(chǎn)生漏砂現(xiàn)象，同時找平基底，保證封底混凝土的有效厚度，基底清理采用空氣吸泥機，吸泥機管徑為D=300㎜。考慮到本項目圍堰開挖底部均為巖層，施工時主要須將基底淤積土及進行清理。

基底封堵采用砂袋沿圍堰內(nèi)壁四周進行。清基時，須注意保持圍堰內(nèi)外水位一致，采用水泵補水，防止翻砂影響清基效果。采用高壓射水、吸泥的辦法進行，最后由潛水員檢查刃腳外露和巖面情況，采用逐段檢查、驗收的辦法進行，確保清基質(zhì)量。

6.2 分區(qū)封底

在基底清理和鉆孔鋼護筒安裝完成后，即可進行圍堰內(nèi)水下混凝土封底。橋塔鋼圍堰封底混凝土厚度為3米，均分為2個艙進行分區(qū)封底，一次澆筑成型。封底混凝土采用多導管法水下混凝土封底。封底混凝土灌注順序為：先底后高，先中間后周圍，分隔艙進行。每個隔艙水下混凝土澆筑時，應遵循先下游側(cè)后上游側(cè)。在各導管的拔球過程中，對各導管的混凝土供應應跳躍式進行，確保在混凝土初凝時間內(nèi)進行下一次澆筑，以免單根導管長時間得不到混凝土供應，導致堵管。

7 錨碇解除

當封底混凝土強度達到設計強度的90%時就可以進行鋼圍堰內(nèi)的抽水工作。派潛水工封閉鋼圍堰壁體上的連通器。開始抽水過程中觀測鋼圍堰狀況是否正常，注意重點觀察圍堰壁體及鋼管支撐的變形情況。繼續(xù)抽水至封底混凝土頂面，抽水結(jié)束。清除圍堰封底混凝土上淤泥、雜物，解除錨碇系統(tǒng)，轉(zhuǎn)入承臺施工。

8 結(jié)束語

南紀門長江軌道專用橋啞鈴型雙壁鋼圍堰下水、浮運、定位、下沉、精確就位的成功實施，有利保障了后續(xù)基礎施工的順利進行，施工前借鑒了國內(nèi)外大橋的施工經(jīng)驗，通過對圍堰的浮運和錨錠系統(tǒng)反復研究、計算及比較，采用了上述施工技術，實現(xiàn)了大型雙壁鋼圍堰浮運及就位，為今后此類地理環(huán)境的圍堰的施工提供了借鑒與參考。

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（作者單位：重慶市軌道交通（集團）有限公司）