安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术

2021-10-29 来源：易榕旅网

第11卷第3期2003

安徽建筑工业学院学报(自然科学版)

JournalofAnhuiInstituteofArchitecture&Industry

Vol.11No.3

2003

安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术

陈　侃,刘　萍

(安庆长江公路大桥有限责任公司,安庆　246003)

摘　要:通过对安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰的施工,认为利用锚碇系统施工围堰的工程,应采用首节钢围堰以大型起重船吊装外,其节段宜采用对称散拼方案进行施工。钢围堰着床、奠基是一道关键工序,且难度较大,本文通过计算围堰摩阻系数平均在2715kPa时下沉系数不小于1125的情况下,围堰下沉顺利,且可有效控制刃脚翻砂。

关键词:钢围堰;锚碇系统;吸泥;着岩中图分类号:U44514

1　工程概况

安庆长江公路大桥位于安庆市区东侧河段,东门汽渡下游约200m处,北在圣埠与合安高速公路大桥接线直接相连,与国道318线及国道206线的共线段通过菱湖北路互通立交相连;南与国道318线及国道206线的分界点直接相连。大桥的建设对促进沿江地区特别是皖西南大别山区的经济快速发展,具有十分重要的意义。主桥桥型为双塔双索面钢箱梁斜拉桥,跨度为50+215+510+215+50m。主桥索塔采用双壁钢围堰大直径钻孔桩复合基础,双壁钢围堰外径32m,内径29m,壁厚115m。钢

围堰高度59m。圆形承台直径29m,高610m,承台顶面高程-3125m(黄海高程,下同)。承台下为18根直径310m的钻孔灌注桩,桩位呈梅花形排列,桩中心距为610m。111　水文条件11111　水位

见表1。

表1　安庆水位站逐月水位平均值(黄海高程:m)

月份最高

最低平均

1413031183161

2416631103184

3614531955121

4818051617106

51018381159159

612119916110185

7131051110112128

8121471017411176

9111741011011121

1010195817810109

11910161247175

12614231995104

11112　流速与流向

桥位处水流流速中水期为0191～1131m/s,流向与桥轴线法线方向夹角为左4°～右718°;洪水期桥位处流速为1183～213m/s,水流方向与桥轴线法线方向夹角为左0°～右715°。

长江安庆段属非感潮河段,平均水面比降在九江至安庆段为010203‰,安庆至大通段为010189‰。根据长江下游多年资料统计分析,汛期比降一般较枯水期比降大。

收稿日期:2003-05-27

112　地质条件

安徽建筑工业学院学报(自然科学版)第11卷

桥位处北岸为长江高河漫滩Ⅰ级阶地和Ⅱ级阶地。河床宽度1655m。第四系覆盖层厚度23～36m,河床北侧最薄815m。基岩为白垩系上统宣南组紫红色粉砂、细砂岩夹疏松砂岩、粘土质粉砂岩、粉砂质粘土岩和杂色砾岩,其中杂色砾岩为较软岩、粉细砂岩为软质岩,其余为极软岩。桥位处基岩构造变形较微,钻探未见断层,裂隙也少见,岩体完整。极软岩承载力很低。

主桥范围均为负地形,高程-0136～-6174m,最低-24m。113　锚碇系统简介[1]

钢围堰的稳定、就位和纠扭主要靠锚锭系统完成,4#墩墩位处枯水期水深也在20m左右,属深水施工,钢围堰受力非常复杂,施工难度较大,且施工船舶受通航影响,桥位上游约500m处有过江光缆,锚碇系统抛锚必须避开光缆区域。经与有关航道管理部门的协商,划分出明确的抛锚区和禁航区,如图1。钢围堰拼装施工工艺流程,见图2[2]。

图1　锚碇系统总体布置图

图2　钢围堰拼装施工工艺流程

第3期陈侃,刘萍:安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术

2　钢围堰拼装接高

钢围堰由中铁宝桥公司负责制作、拼装,原定施工方案为整体吊装方案,宝桥公司在水上拼装平台将单节钢围堰拼焊成整体,浮运至墩位后用300t浮吊整体吊装就位,第1～5节钢围堰为整体吊装,由于在吊装过程中发现围堰变形较大,从第6节开始改为对称散拼施工。211　钢围堰整体拼装施工21111　钢围堰拼装平台

第1～5节钢围堰在水上拼装平台拼装成整体,然后浮运至施工现场,水上拼装平台由两条1000t驳船用型钢联结而成,船舱内加水配重将船体找平,以增加拼装平台的稳定性,甲板上的墙板全部割除,用型钢精确找平作为围堰拼装基础。每条驳船宽度为15m,两条驳船拼装起来的总宽度约30m,而钢围堰直径为32m,由于平台宽度不够,因此在船体两侧各设了一个加宽平台,以满足围堰拼装和施工人员行走的需要。21112　300t浮吊起重性能和吊钩选择

在锚碇系统施工完毕,导向船精确定位后,首节钢围堰即可吊放入水就位。单节钢围堰整体吊装采用300t浮吊,起重性能见表2。

表2　300t浮吊起重性能

角　度

70°60°50°40°30°20°

主钩跨度

3950940014200183502160023800

主钩高度

367503400030850268002185016350

起重量(t)

300250200180150120

副钩跨度

64001220017200213502485027400

副钩高度

392003640032700278502260016700

起重量(t)

17016013512010080

副钩跨度

99001640021900268003070033200

副钩高度

438004030035600300002365016800

起重量(t)

12011085655040

　　注:起吊高度要减去上耳、钩头滑轮才是净高度(主钩减去411～413m,后副钩上减去317～318m,前副钩减316～317m,再加船体高度,才是起吊净高度)

300t浮吊共有6个吊钩,其中1个主钩,4个副钩和1个小钩,根据其超重性能,若采用1个主钩起

吊,即使扒杆的俯角调到20°,扒杆只有2318m,吊高16135m,使单节钢围堰就位吊高需要14136m,跨度

需3115m,扒杆的跨度不足以使钢围堰就位。而采用4个副钩同时起吊,根据超重性能和仔细计算分析,能够达到整体起吊单节钢围堰的要求。4个副钩分布位置为2m×6m的矩形,前后距离为6m,横向距离为2m,每个吊钩吊4个吊点,共设16个吊点。21113　单节钢围堰整体吊装单节钢围堰在拼装平台拼装完成后,浮运至现场,横靠在导向船下游,300t浮吊移至拼装平台下游,调整吊钩位置后,将吊索和卸扣与吊耳联结起来即可准备起吊。钢围堰吊起一定高度后,将拼装平台拖走,300t浮吊吊着钢围堰前移,靠近导向船,然后精确调整,使钢围堰就位。

由于300t浮吊是4个钩同时起吊,存在吊钩同步起升和吊耳同进均匀受力的问题,吊耳按最大受力50t设计。为确保吊装安全,起吊前必须对所有使用钢丝绳、卸扣、起重滑车和吊耳进行仔细检查,确认无误后进行试吊,由专人指挥,先将4个钩缓缓收紧,钢围堰即将要离开拼装平台时,停止起钩,再检查一遍,然后调整4个钩在同一高度,使围堰竖直,缓慢起升,每起吊30cm停钩检查一次,以便调整4个吊钩的同步性,使16个吊耳基本均匀受力。

钢围堰起升到一定高度,拖走拼装平台,300t浮吊靠近导向船,将围堰对位,调整好各隔舱板的位置及壁板的相对位置,即可下钩就位,将围堰临时固定,局部拼缝和错台较大处作适当调整,即可施焊。21114　钢围堰整体吊装变形分析

钢围堰整体吊装,虽然速度很快,但吊装变形较大。变形包括两个方面,一是整体变形,二是局部变形。整体变形是指直径方的收缩变形。通过测量6条直径方向在起吊前后的长度得出,见图3,表3。

安徽建筑工业学院学报(自然科学版)

表3　钢围堰整体吊装直径方向变形量表

测量位置

1—12—23—3

第11卷

起吊前后变形量(mm)

-25-20-19

测量位置

4—45—56—6

起吊前后变形量(mm)

-23-30-15-22

平均

　　局部变形是由于4个吊钩不同步上升造成的,个别吊耳局部受力较

大,引起围堰壁产生“S”形弯曲,最大错位到60mm,给对接造成很大困难

且表面很难看,甚至影响到整体对接质量[3]。图3　钢围堰变形控制

针对上述问题,我们采取了整体变形,在制作时进行预设的方法,即

将直径方向按+20mm误差控制,基本上能消除整体变形的影响。但局部变形很难控制,吊钩的不同步导致局部变形较大,且会增大围堰的椭圆度,拼缝工作量很大。鉴于此,从第6节开始,钢围堰拼装改为对称散拼方案。

图4　单元块对称拼装顺序图5　单元块拼装定位示意图

212钢围堰散拼

钢围堰节段由12个单元块组成,单元块在岸上制作完成后拖运至现场,逐块拼装,上、下游对称进

行,最后安装两块合拢段,拼装顺序见图4。

单元块底边位置原则上就该与上节对应,可根据L0、L的长度作适当调整,见图5。顶边位置根据L确定,L、L0的理论值可计算出来,根据实测长度调整顶边的位置,这样就将单元块的位置确定下来。213　整拼与散拼的优缺点对比(见表4)。

表4　钢围堰整体拼装与对称散拼比较

　比较项目　施工速度拼装精度

　经济性分析

　工作量

　用工特点

整　体　拼　装

4d/节

散　　拼

4～5d/节

　　局部变形大,接缝处理工作量大,整体拼接精度较高,局部

较差。

　　需要大型起重船舶,大大提高施工成本。　

　　现场只需焊接接头环缝,减少了竖缝拼接工作量。　　用工比较散,工人将单节钢围堰拼焊完成后,到现场拼焊水平环缝,人员使用分布比较均匀,便于施工组织管理。

　　竖缝拼接质量稍差,水平缝拼接质量较好,整体上看攻拼质量较好。

　　只需小型超重船即可,满足施工要求,减小设备投入成本。

　　全部接焊工作均在现场完成,焊接工作量很大,需要投入大量人工和设备。

　　人员使用比较集中,拼焊时需要大量的人员,施工组织管理难度较大。

　　通过以上对比可以看出,散拼方案明显优于整拼方案,对于类似的工程仅仅是首节钢围堰需要大型起重船,将首节钢围堰吊放入水,后续围堰拼装采用散拼是较合适的。214　钢围堰下沉[4]21411　钢围堰着床

钢围堰在2001年12月份着床,着床时水位+511m,泥面标高-1413～-1714m,高差311m,泥面平

第3期陈侃,刘萍:安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术

均标高-1613m。泥面大致南高北低,东高西低,根据类似工程施工经验,在围堰下沉过程中,上游侧泥面冲刷比下游大,这样在土压力的作用下,围堰会向上游“移动”一定的距离。同样围堰南侧泥面高,北侧泥面低,且北侧靠近主河槽,冲刷较大,故围堰着床时向东向南分别预偏32cm。

着床时,泥面高的地方偏压载,然后局部吸泥,边吸边沉,最后到达全部着床。

从后来吸泥纠偏的过程来看,这种预偏提前是没有效果的,事实上围堰入泥后,向任何一个方向移动都很困难,从纠偏的过程就能看出来。21412　围堰吸泥下沉[5]

围堰采用不排水吸泥除土下沉,除土采用4台空气吸泥机(其中1台备用)。补水通过设在围堰壁上的4个<325联通管,来平衡围堰内外水头差。

为了提高施工机械设备的利用率,3台空气吸泥机配备3台空压机,分别为1台43m3/min和2台20m3/min。在施工中3台空气吸泥机吸泥区域不同,取土量也不同,在供气管路设计时,通过串、并联闸阀,可根据需要将2台空压机串、并联,即3台空压机均可向任何一台吸泥管供气,以减少倒换吸泥管的工作量。

实际施工中,泥浆出口速度达到约215m/s,含砂量15%以上,出土速度达到80～100m/h,超过了设计值,对于砂层和含砾中粗砂层以及胶结不强的砂卵石层,此种空气吸泥机非常适合,对于胶结较强的砂卵石层或粘土层,需要采用高压射水辅助扰动破土,取得较好的吸泥除土效果。21413　围堰内取土

围堰内取土应遵循“先中间后周边”的原则,对称均匀取土,使围堰内泥面形成锅底,由中间锅底向四周放坡,使围堰平稳下沉。在围堰下沉过程中应间隔2小时测一次泥面标高,并绘制出至少3个直径方向的泥面锅底曲线,并以此指导吸泥。

围堰内当四周泥面标高与刃脚板根部大致相平时,必须停止吸泥,此工况吸泥下围堰不下沉是由于下沉系数不够,即围堰外壁的摩阻力和浮力已经将下沉力平衡,再吸泥只会造成刃脚翻脚涌砂,翻砂时围堰外的砂大量涌入,围堰内水位暴涨,围堰突沉,造成很大浪费,围堰底口偏差也失去控制,突然偏向某一个方向。翻砂造成该处围堰外泥砂松动,很容易再次翻砂。

在围堰下沉过程中,共出现3次翻砂现象,每次涌进围堰泥砂方量在1500～2000m3之间,围堰内水面比江水突然高2～3m。后经仔细分析,涌砂均发生在下沉力和阻力相当时围堰已不能下沉,吸泥只会使堰内泥面坡度变陡,达到临界状态后土体失稳,滑动造成翻砂。

解决翻砂的主要方法是在均匀吸泥的基础上,控制好围堰的下沉系数,计算出每个工况下的下沉系数和下沉可能到达的深度,这样该在什么工况下浇填芯混凝土接高就很清楚。21414　钢围堰下沉系数

下沉系数是反映钢围堰下沉状况的一个重要参数。下沉系数计算中较难取值的是围堰的摩阻系数R。理论上讲摩阻系数是随着围堰下沉的不同深度和处于不同地质条件而变化的。本工程通过几个临界状态的推算,围堰外壁摩阻系数在2615～2815kPa之间,平均2715kPa。这样计算围堰下沉系数保持在大于1125,即可有效控制刃脚翻砂现象,围堰顺利下沉。

表5　下沉系统和下沉效果的对比

日　期

2月6日2月7日

刃脚泥面标高围堰内围堰外

堰顶

标高刃脚标高

下沉力(kN)自重混凝土重水重

120012001345

131141601311416013114160

7207201440

阻力(kN)摩阻力

564912054891605875100

浮力

599060836134

下沉系数

112911301132

围堰下沉情况下沉缓慢,稍微有部分吸泥不均匀,即沉不下去增加配重后下沉顺利

备　注水位410接高围堰

-37190-18192+101014-381986-38160-20113+91368-391632

2月11日-40120-20120+121930-411070

　　从表5可以看出,下沉系数保持在113～114是较理想的状态,下沉系数大,围堰下沉速度快,且又不

易涌砂。

安徽建筑工业学院学报(自然科学版)第11卷

需要说明的一点是,围堰着床初期,切不可盲目配重,必须在围堰全断面入土达4～5m以上,才能适当增大下沉系数,防止由于加载不平衡导致钢围堰下沉中倾斜度过大甚至倾覆。21415　围堰纠偏纠斜

围堰纠偏主要是利用围堰自重和土压力,使围堰向目的方向下沉,达到调整围堰底口平面中心位置的目的。

本工程围堰着床时底口中心偏东30cm,偏南20cm。在下沉纠偏过程中,由于没有掌握纠偏要领,开始纠偏不理想,通过摸索、总结,取得了有效成果,最后下沉到位时围堰偏位:顶口偏南311cm,偏东614cm;底口偏南1111cm,偏东1313cm。大大超过设计标准要求,通过实践,总结出在围堰纠偏施工中的几个要点。

(1)严格控制吸泥的平面位置和吸泥的深度　　　　　　表6　坡度和吸泥深度关系假定吸泥管在距围堰9m位置吸泥,吸泥深度与砂的自然坍塌度有关。根据现场测定的坡度来确定吸泥深度。泥面坡度和吸泥深度关系见表6。

吸泥深度放坡至刃脚处泥面标高不得低于刃脚标高,防止穿涌砂,吸泥时按1∶5、1∶4、1∶3的坡度顺序放坡。

序号泥面坡度吸泥管处泥面比刃脚低的高度(m)

123

1∶51∶41∶3

118021253100

吸泥深度由出泥管的标尺读出,吸泥管下沉到预定深度后,可左右摆动,以消除放坡死角。

(2)吸泥顺序和纠偏步骤

纠偏下沉吸泥顺序很重要,目的是保护北侧的土压力,中心位置不能吸,它会放掉围堰内北侧有利的土压力。目的是使西北方向的内土压力成为东西方向围堰下沉的转轴。

下沉顺序是先东南方向沉1m,后西北方向沉018m,往覆循环,始终保持西北方向比东南方向高011～012m,直到纠正为止。

按照上述过程进行纠偏,现场吸泥顺序和深度控制得都比较好,不但避免了涌砂现象,施工也很有章法,忙而不乱,纠偏也取得了令人满意的效果,按照“先沉东南方向,后沉西北方向”的原则,两个回合下来,围堰上、下中心位置偏差均在10cm左右,符合规范要求,达到纠偏的目的。

3　钢围堰着岩

根据墩位处地质钻探资料分析,基岩面高程起伏范围为:-42166～-44191m,最大高差2125m。

设计钢围堰刃脚底标高为-4410。如果围堰下沉到设计标高,部分区域需切入基岩1134m左右。在实际下沉施工中,刃脚标高下沉至-4219m时,部分区域已切入岩层。高压射水已不能扰动岩面。如果继续加压,由于岩面起伏较大,可能导致围堰倾斜,且刃脚部位已处于最大冲刷线以下,基底不会冲空,故围堰就不再下沉。

围堰下沉到位后,即开始基底清理,由于岩面起伏较大,不能全面清露出基岩面,将基底整理后即可准备封底施工。

4　结束语

(1)对于此类利用锚锭系统固定、施工围堰的工程,除首节钢围堰需采用大型起重船吊装外,其余节

段宜采用散拼方案,使用长扒杆的起重船,这样既方便围堰拼装,也方便吸泥取土,不管是从施工速度上,还是从工程经济技术性分析上来讲都是比较合理的,切实可行的;

(2)在围堰内取土过程中,一定要按顺序进行,用数据指导施工,且不可乱吸瞎吸。施工组织上要形成统一的共识,合理、科学的指导施工,才能取得良好的效果。

由中间向锅底四周放坡,使围堰平稳下沉。在围堰下沉过程中应间隔2小时测一次泥面并绘制出到3个直径方向的泥面锅底曲线,并以此指导吸泥。

第3期陈侃,刘萍:安庆长江公路大桥特大型深水钢围堰施工技术

参考文献

1　黄洁林,等1武汉军山长江公路大桥索塔墩异型双壁钢围堰的设计、制造与施工12000年桥梁学术讨论会《论文集》1

北京:人民交通出版社,2000:261～2631

2　交通部第一工程局1公路施工手册(桥涵)1北京:人民交通出版社,19901

3　交通部第一公路工程总公司1公路桥涵施工技术规范(JTJ04122000)1北京:人民交通出版社,20001

4　张建军1武汉军山长江公路大桥5号主墩钢围堰施工11999年桥梁学术讨论会《论文集》1北京:人民交通出版社,

1999:376～3791

5　经德良,胡冬勇1荆州长江公路大桥32号主墩双壁钢围堰下沉与封底、施工12000年桥梁学术讨论会《论文集》1北

京:人民交通出版社,2000:228～2301

CONSTRUCTIONTECHNOLOGYOFEXTRALARGE

ANDDEEPWATERSTEELCOFFERDAMOFANQINYANGTZERIVERHIGHWAYBRIDGE

CHENKan,LIUPing

(AnqinYangzeRiverHighwayBridgeCo.Ltd.,Anqin,246003,China)

Abstract:AccordingtoconstructionofextralargeanddeepwatersteelcofferdamofAnqinYangtzeRiverHighwayBridge,besidestheprefabricatedpartsassembledwithlargecraneship,theconstructionmethodofprojectsymmetrywasadoptedfortheanchorsystem.Itwasakeyanddifficultjobforthesteelcofferdamtotouchrocksandlayafoundation.Thecofferdamsankdownsmoothilyandcontrolledthebladetoturnoversandthroughthecalculationofaveragefrictionalcoefficientofcofferdamat27.5kPaandthesinkingcoeffi2cientmorethan1.25.

Keywords:thesteelcofferdam;theanchorsystem;breatheinmire;contactwithrock

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