二七长江大桥 3号墩钢围堰定位与下沉技术

卢小伟 张自荣

0 引言

有底双壁吊箱围堰是近 10年来在原双壁钢吊箱基础上发展起来的一种深水基础围堰施工技术。因其具有施工速度快、无需沉入河床底、混凝土及钢材使用量较少、经济性好等优点,在大跨度桥梁深水基础中逐步得到广泛应用。大型吊箱围堰一般兼作承台外模,为确保承台的平面偏位在允许范围内,对大型吊箱围堰的定位与下沉提出了较高的要求,加上吊箱围堰均处于水深流急的水域,受水流影响极大,定位下沉施工难度大。常见的大型有底双壁钢吊箱围堰定位主要有定位桩法、定位船法及定位墩法等,其中定位墩法因施工可控性好、定位精度高、下沉调整方便等优点,应用较为普遍。本文结合武汉二七长江大桥 3号主塔墩吊箱围堰定位下沉施工,介绍定位墩法在大型有底双壁钢吊箱围堰定位与下沉施工中的应用。

1 工程概况

1.1 项目概况

武汉二七长江大桥是武汉市二环线东北段的重要组成部分和控制工程,桥位距上游的武汉长江二桥约 3.2 km,距下游天兴洲长江大桥约6.7 km,桥址区处于平坦状平原区,高程+19.0m～+24.0m。正桥工程全长2 922m,其中主桥为三塔五跨(90m+160m+2× 616m+160m+90m)钢—混结合梁斜拉桥,建成后为世界上最大跨度的三塔斜拉桥。主桥基础全部采用“钻孔灌注桩+整体式高桩承台”形式。

1.2 地质与水位

3号主塔墩处河床表层为透水细砂、中砂及粉质粘土层,一般冲刷线高程为+4.43m,局部冲刷高程-19.94m(勘察设计资料);基岩为挤压破碎粉砂质泥岩,基岩顶面高程约-18.0m～-19.0m。

历年最高水位为+27.62 m,最低水位为+7.98m。逐月平均水位统计表见表 1。

汛期最大流速为2.0m/s。

1.3 3号主塔墩双壁钢吊箱围堰方案设计

3号主塔墩位于长江中深水区,基础设计为 22根直径 2.8m的钻孔灌注桩,桩长 76m,为摩擦桩;承台为整体式承台,其尺寸为52.5m×30.75m×6m,四周设置半径为4.5m的圆弧角。根据自身的施工技术经验、设备及其他因素,施工单位采用了有底双壁钢吊箱围堰方案,兼起钻孔桩施工平台及承台、塔座施工的临时挡水围堰。钢吊箱外轮廓尺寸为 56.7m×34.95m,双壁宽度为 2.0m,各仓间相对封闭,留连通孔便于调节注水量;围堰总高26.0m,分3节,底节钢吊箱高16.0m,重2 568.8 t,采用陆上整体预制、气囊滑道下水、整体浮运到位的施工工艺;中节及顶节各 5m,根据施工期水位情况进行现场分块安装。底节钢吊箱采用在上、下游设置临时定位墩的方案进行定位,底节围堰浮运至墩位附近处后,靠泊于临时定位船,通过上、下游定位墩牵引进入定位墩系统内初定位,注水下沉至内外水位持平后,水下切割底板预留桩基钢护筒孔,然后通过设置在上、下游定位墩上的多台卷扬机进行平面偏位调整,结合在双壁仓注水调平,实现精确定位。定位墩方案布置图见图1。

表1 汉口水文站逐月平均水位统计表

2 钢吊箱定位与下沉

3号主塔墩钢吊箱定位下沉总体方案为:定位系统准备→钢吊箱浮运、系缆、接吊箱→上游定位墩拖拉,吊箱移位,初调→注水下沉→切割底板护筒孔→精确定位、调平→插打定位钢护筒、固结。

2.1 定位系统准备

定位系统包括设置在钢吊箱上游 70 m(净距,下同)和下游1.5m处的两个定位墩及卷扬牵引系统、临时定位船、钢吊箱抛锚定位系统等。上、下游定位墩各设 10 t卷扬机 2台、5 t卷扬机10台,每台卷扬机配 1套滑车组,形成牵引系统;临时定位船采用150 t浮吊;钢吊箱抛锚定位系统为 30 t海军锚,锚链 18m,上游6个、下游2个,均交叉对称布置,使用前需对锚链进行试拉。

钢吊箱上下游侧分别布置上拉缆和边锚缆拉缆点,分上下两层布置,下层为钢吊箱围堰浮运到位时的拉缆点,上层为钢吊箱围堰注水下沉后拉缆点,拉缆点位置处钢吊箱壁体局部加强处理。

2.2 钢吊箱浮运到位、系缆

钢吊箱通过拖轮编组方式浮运至现场,通过拖轮组共同作用将钢吊箱上游汉口侧靠临时定位船,分别系临时定位船上的 3根系泊缆及上游定位墩上游侧拉缆、下游定位墩的下游侧拉缆,同时钢吊箱抛锚定位系统锚链自临时定位船上转移至钢吊箱相应系缆点,完成钢吊箱移接及系缆工作。

2.3 上游定位墩拖拉,吊箱移位,初调

上述缆绳系好后,浮运拖轮逐步停止,观察钢吊箱的稳定性及各系缆受力情况,确定安全后拖轮逐步退开,然后利用上游定位墩卷扬系统对钢吊箱进行拖拉,移位至设计位置并初步调整吊箱。

在钢吊箱调位过程中逐步将上、下游定位墩上的剩余拉缆移至钢吊箱上,逐一对应进行系缆。完成定位墩系缆后,临时定位船解缆、退开。

2.4 注水下沉、切割底板护筒孔

钢吊箱初定位完成后,进行注水下沉。下沉方法采取向钢吊箱 12个双壁隔舱和底隔舱对称注水下沉至设计标高,要求对称、均匀、注水下沉。

在钢吊箱基本下沉到设计标高后,潜水员水下切割 22个桩基钢护筒的底板开孔,至内外水位平衡,此时靠双壁隔舱和底板隔舱自浮(排水面积共计710m2,吃水深度3.5m,底板隔舱有1.0m干舷),为防止出现漏水导致底板隔舱淹水,施工过程中将底板隔舱顶口用钢板封闭,以确保提供有效浮力。

2.5 钢吊箱精确定位、调平

钢吊箱注水下沉至内外水位贯通持平后,实测钢吊箱平面扭转、偏位及垂直度偏差,通过收放调整主拉缆和边锚缆来调整吊箱平面扭转偏差、纵横桥向位置通过调整下拉缆并辅助双壁内注水调整吊箱垂直度,使钢吊箱平面位置、标高、垂直度及拉缆索力均符合设计要求,实现精确定位。轴坐标平面误差要求控制在±70mm之内,同时对摆动情况进行测量和控制。

由于钢吊箱制作存在误差,其平面轴线位置、平面尺寸、垂直度和顶面平面度均存在偏差。钢吊箱浮运定位前,先根据钢吊箱的实际制作尺寸,确定 22根钻孔桩在钢吊箱底板的中心位置,并绘制相应关系图。在钢吊箱顶布置 8个测量控制点,并实测其与钢吊箱轴线位置、高程及垂直度的相对关系。在钢吊箱入水后,其定位平面轴线位置和垂直度主要依据其顶部 8个测量点对制作误差修正后的参数进行控制、调整。

调整边锚缆(交叉缆)来实现钢吊箱桥轴向的平面位置;调整定位墩的主拉缆来实现钢吊箱横桥轴向的平面位置;以下拉缆的调整为主,以隔舱内水头差的局部、少量调整为辅来实现钢吊箱横桥轴向和桥轴向的垂直度。

2.6 插打定位钢护筒、固结

3号主塔墩钢吊箱围堰下沉、定位完毕后,钢吊箱精确定位调平合格后,进行定位钢护筒的插打,在定位钢护筒插打过程中,调整钢吊箱上、下口对应位置的导向装置,控制钢护筒与钢吊箱的相对位置。定位钢护筒插打完毕后,复测钢吊箱平面位置和扭转偏角,并进行微调,修正定位钢护筒施工期间钢吊箱出现的偏差,微调完毕后,在钢护筒相应位置焊接固定牛腿,将钢吊箱与定位钢护筒进行固结,固结完毕后,插打剩余钢护筒,并形成施工平台,进行钻孔桩施工作业。

3 结语

武汉二七长江大桥 3号主塔墩钢围堰采用上、下游定位墩方案,通过周密的施工组织实施及现场精确的测量控制,施工过程较为顺利,定位及下沉精度较高,平面位置偏差 5 cm、倾斜度偏差为0.032%(纵向)及 0.008%(横向)、扭角偏差58″,均符合设计及规范要求。

大型有底双壁钢吊箱围堰结构庞大,施工区域水深流急,定位下沉施工控制难度大,定位墩方案可作为一种切实可行的施工方案,并能够满足相应的精度要求。

[1] 肖文福,陈金海.鄂黄长江公路大桥主 6号索塔墩承台基础钢吊箱设计与施工[A].中国公路学会桥梁和结构工程学会 2001年桥梁学术研讨会论文集[C].2001.

[2] 刘自明.桥梁深水基础[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 张自荣,薛 进.宽阔水域特大桥基础施工监理技术[M].成都:西南交通大学出版社,2009.

[4] 干昌洪,何 伟.深水墩钢板桩围堰设计与施工技术[J].山西建筑,2010,36(5):304-305.