大直径双壁钢围堰施工方案监理审查分析

王中南

(铁四院(湖北)工程监理咨询有限公司，湖北武汉 430063)

1 概况

宁安铁路安庆长江大桥主桥为双塔三索面钢桁梁斜拉桥，主塔基础采用双壁钢围堰施工方案，以其中的3号墩围堰为分析对象，设计参数见表1，围堰立面布置如图1所示。

表1 3号墩围堰设计参数 m

图1 围堰立面布置示意

围堰施工采用无导向船的前后定位船锚碇系统定位方式。主要施工过程如下：双壁钢套箱围堰底节在岸边拼装，气囊法下水，然后由拖轮组浮运至墩位，依靠锚碇系统定位，先在墩位处利用浮吊分段接高中节和顶节后，下沉至岩面，再下放钢护筒群，安装钻孔平台，插打平台支承钢护筒，封底，最后进行钻孔桩施工。钻孔桩完成后围堰内抽水，安装承台施工牛腿和底模板，进行承台、塔座施工。

按照《建设工程安全生产管理条例》和《关于落实建设工程安全生产监理责任的若干意见》中，对施工准备阶段危险性较大的分部分项工程做出的规定，大直径双壁钢围堰工程施工属于危险性较大的分部分项工程，监理单位应对施工单位提交的专项方案进行严格审查。按照规定要求，将从设计图纸会审、结构计算单审查、施工方案审核、施工方案批复四个方面，对监理方案审查工作进行论述，并通过这项工作加深对方案的理解，更加明确了监理工作的控制要点。

2 设计图纸会审

围堰设计图纸会审阶段的主要工作是对围堰施工方案的审核，包括：设计图纸、分解加工制造及运输方案、下河方案、结构计算、着床定位方和渡洪验算，并对方案的现场实施作业可行性进行调查。会审原则是围堰必须有专业资质的设计单位设计，附详细的结构和渡洪安全计算书，必须有施工单位的局级评审意见。

施工单位针对主塔墩基础工程设计图纸采用了双壁钢围堰施工方案，进行了专项设计并经局级评审。监理单位在收到施工单位报送的围堰结构设计图纸后，组织监理人员对设计图纸进行了严格审核，主要内容包括：(1)围堰设施与几何尺寸是否符合封底混凝土和承台施工要求；(2)各种结构连接部的处理、加固是否符合钢结构规范的相关要求；(3)各种附属结构，主要是转向马口、绞缆柱是否满足围堰定位，锚定的要求；(4)推(拉)挂点和吊点等设施是否满足围堰起吊或运输要求。

经审查，围堰满足要求，具体情况如下：

(1)根据施工期间历年水位确定设防水位为15.88 m；

(2)围堰高度按照承台底高程确定围堰下沉高程，满足要求；

(3)围堰内径52 m，满足承台(直径51 m)施工要求；

(4)相应设施齐全，满足围堰下河、定位的技术要求。

通过审查，发现本工程与一般围堰构造的不同点如下，需要在施工过程中加以重视。

(1)转向马口：由于桥位处水的深度大，因此围堰的结构高，围堰在施工过程中需要逐节接高，先期设在第一节围堰上的锚点在围堰接高过程中将会沉入水下或在河床面下，无法完成收锚施工。必须通过转向马口将其移到围堰上部，直接将锚转向过渡到统一的锚固点，节约施工空间，减少临时设施。优点是便于收锚和节约施工空间，需要注意的问题是转向马口的转轴如设计不合理在拉力作用下会抱死，对围堰壁增加附加扭矩，影响围堰结构。

(2)底隔舱：底隔舱主要作用是分隔封底混凝土。由于围堰尺寸非常大，一次性全面封底不太可能(共16 000 m3)，因此封底混凝土分为3部分施工，确保封底混凝土质量。优点是可确保混凝土质量，需要注意的问题是后期围堰定位必须考虑底隔舱的结构尺寸对桩基护筒就位的影响，由于封底混凝土被底隔舱分开，存在从隔舱壁渗水的可能。

3 结构计算单审查

施工单位就围堰的接高灌水下沉和围堰封底后的3个工况进行了分别验算：

(1)围堰结构单元、各挂点、吊点以及围堰整体的刚度、强度验算；

(2)锚定系统的验算以及着床后的渡汛安全性、稳定性验算；

(3)围堰内抽水后，抗浮、抗隆起封底砼抗弯的验算以及井壁混凝土验算。

3.1 围堰结构系统计算

通过对计算单的审查可知，为保证围堰隔舱板安全，要求隔舱板两侧的水头差不大于10 m。在灌注混凝土阶段，为保证隔舱板的安全，要求隔舱板两侧灌注混凝土高差不大于4 m。在封底混凝土浇筑完毕后，保证围堰井壁内填充混凝土面以上有10～12 m高的水位。

3.2 锚定系统计算

整个锚定计算过程按照规范进行计算并结合其他桥梁施工经验进行相关参数取值，总体上符合要求，但由于墩位覆盖层较薄，地质条件较差，汛期冲刷量大，有造成封底混凝土脱空的可能，要求施工单位必须进行渡洪验算。

对锚定系统计算的几点意见：(1)围堰施工渡洪计算由于涉及冲刷模型和不同的施工工况，花费不菲，施工单位不太愿意做，监理必须坚持，否则不批复围堰方案。在后来围堰冲刷严重时，渡洪计算对围堰的防护方案指导意义非常大。(2)围堰定位计算相关算例都有比较详细的交代，但也发现有几点值得探讨。首先边锚拉力按主锚50%计列，有的计入4°角，反过来边锚在水流作用下和定位时的偏转角的影响下对主锚产生的作用力未被计入主锚拉力计算中。其次边锚容易断裂(由水流击振引起的疲劳)，但至今没有人对此做精确的理论分析计算，因此加大安全储备非常必要。

3.3 封底混凝土计算

封底混凝土计算主要是围堰的抗浮计算和封底混凝土抗弯验算，其中封底混凝土与护筒的黏结力不大于500 kPa，封底混凝土抗弯应力小于0.5 MPa。相关算例对计算方法有比较详细的交代，作为监理工程师必须对此计算过程熟练掌握。

总之，围堰计算单的审核必须按照以上规定的内容进行，监理单位对这方面的内容进行了培训，这在围堰监理工作过程中的作用非常明显。

4 施工方案审核

4.1 施工水位的确定

本桥最初确定的施工水位是15.88 m，设防水位是16.38 m，考虑到围堰结构验算时局部出现的应力峰值和围堰平台实际施工的需要，最终施工水位确定在14.5 m，设防水位15.0 m，围堰最大抽水水位13.5 m。

4.2 分块、分段制造的合理性审核

第一节围堰分块、分段必须考虑工厂作业能力以及运输条件，同时考虑沿高度方向满足第二节接高时第一节围堰最少漏出水面1 m以上(后面节段类似)。考虑围堰运输通道的限高、限重要求，设备的起吊能力、装配能力，现场作业的水文及地址条件以及符合工程进度的制造速度。本工程分40块，高20.08 m，单重61 t，由码头直接船运到拼装点。

监理单位对生产厂家和从厂家到工地的运输线路进行了全面的调查，节段在运输线路上无超高和超载，确认制造和运输方案可行。装配能力方面，现场组拼采用130 t履带吊施工，50 t汽车吊配合，满足节段吊装作业要求。在第二节围堰安装就位完成焊接前，第一节围堰漏出水面高度安全，确认节段分配合理。

4.3 围堰下河方案合理性审核

围堰下河方式必须与设备能力相匹配，本围堰工程下河方式采用气囊法滑行下水。气囊法滑行下水审核重点包括：(1)气囊充气压、数量、分布是否符合要求；(2)后拉缆和前牵引缆地龙等设施是否齐全、稳固可靠，对应围堰上的受力点是否经过加固；(3)岸坡地基承载力和坡度是否符合要求，一般拼装位1∶36～1∶40并支垫起预设气囊空间，滑行岸坡1∶10左右；(4)下水处水位、水深是否符合要求(根据围堰吃水深度、气囊翻转高度以及围堰下河抗倾覆稳定性确定)以及与预期滑行速度到达位置的关系，防止围堰倾覆和尾部搁浅。

(1)计算确定施工单位选定的水口深度是否合理，围堰第一节重2 200 t，围堰内外半径分别为26 m和28 m，计算围堰下河吃水深度为7 m(考虑了隔舱浮力后计算值为6 m，同时考虑围堰刃角影响增加1 m)，与施工方案基本吻合。计算围堰过水口的抗倾覆稳定性确定水口处最低要求水位，根据围堰下河抗倾覆审核，水口在5 m水深时能确保围堰不倾覆。

(2)现场作业条件的调查：根据施工单位提供的测量地面线和监理现场抽查，如图2所示。确定从水口向河道中心10 m范围内河床高程为0～2.4 m，必须清淤至-2.5 m(当时水面高程5.0 m)。拼装场地坡度为1∶40，滑行坡度为1∶10，均符合下河要求。后拉缆按照围堰重量考虑在1/10坡度上的分力，设置不小于220 t的地锚可行，断索设备及前拉缆的配置符合要求。

图2 围堰下河坡道实测断面

(3)气囊数量和布置的确定：施工单位选定气囊规格为φ1.8 m×8 m，根据φ1.8 m×8 m气囊承载力技术参数(见图3)确定气囊数量，按压缩后高度0.5 m，每米承重15 t，取承压有效长度7 m，计算单个气囊承重为105 t。围堰总重2 200 t，故最少需要21个气囊，考虑存在承载的不均匀性，安全系数放大到1.5，故共需要32个气囊。这与施工单位选定的36个气囊基本吻合。

图3 气囊承载力技术参数

因此确定下河方案合理。

4.4 围堰就位和着床方案的审核

围堰锚定系统的分布是否合理，锚定能力是否合乎要求：主锚、边锚配置及锚定力,前后定位船上各种挂缆设备设施以及过缆顺序、种类、数量等是否符合要求；桥位处地形与围堰底口匹配程度，地质情况与下沉方式、配重增加方式方法是否可行等；测量控制方案是否符合要求等。

本桥由于墩位上下游400 m范围内及向北岸(河道中心方向)300 m范围内无覆盖层，无法按照传统的抛锚定位方法进行抛锚定位施工，而河道在3号墩附近拐向，正好利用上游约1 km处的岸坡埋深地龙作为主锚，池州侧岸埋设地龙作为边锚，安庆侧则通过预制200 t混凝土锚作为边锚，围堰就位和着床方案可行。

5 施工方案批复

5.1 围堰专项施工方案批复

该方案由施工单位编制，经施工单位技术负责人进行审核后正式上报监理单位，监理单位审核意见如下：

(1)方案中无围堰的渡洪计算资料，监理单位要求施工单位补充完善，施工单位按要求进行了相关计算，事实证明，此计算在渡洪过程中起到了关键性的指导作用。

(2)围堰加工应注意围堰定位的中心和方向与护筒群定位的关系，以及围堰下口定位测量控制措施。

(3)焊接检验中应增加对结构受力比较大的的焊缝进行探伤检测，局部加强或调整施工水位。

5.2 围堰定位测量方案批复

围堰定位施工过程中，施工单位报送定位测量专项方案，经审核发现该方案是按照一般圆形围堰定位控制方法实施，遗漏了底隔舱对后期护筒群施工的影响，测量方案被监理单位否定，并提出以底隔舱各结构线为依据的测量定位控制方案，交由监理单位测量工程师督促落实。具体控制指标是，护筒距底隔舱最小距离仅29 cm，扣除护筒加劲肋结构高度15 cm后为14 cm，反推围堰定位扭转角度最大值为28′，围堰定位偏差顺桥向为14 cm。

施工单位根据监理单位的意见重新制订了测量方案，新方案的精神是“逐级传递，相对定位，精确测量”，实现了巨型围堰超高标准精确定位，围堰偏差情况见表2。

表2 3号墩围堰偏差情况

5.3 钢护筒群整体吊装方案批复

桥位地处光板岩，护筒无法单独插打，采用整体吊装就位施工方案，监理单位对施工单位的吊装方案进行审查，发现漏算部分吊具、连接系和焊缝重量约15 t，护筒群重170.36 t，共计185.36 t，超出250 t(主钩荷载在70°仰角时吊装能力为180 t)，浮吊在方案吊装工位上的作业能力，否决施工单位要求吃入浮吊安全系数冒险起吊的要求，最终同意采取割除围堰靠船护筒，改移边锚位置，为浮吊船让出合理吊装工位。

6 结束语

本桥围堰工程由于特殊的地质及水文条件的特点，导致围堰施工的技术难度增加，对应增加了监理单位的安全质量控制的风险，对监理单位在方案审查把关和过程控制方面的带来极大的挑战，现在全桥已顺利合龙。回顾整个围堰工程施工监理过程，作者认为加强对围堰工程施工方案的审查十分重要，本文的审查思路可为相似工程监理工作提供参考。

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