主墩双壁钢围堰下水施工分析

郁春雷

(中铁上海工程局集团第二工程有限公司)

1 概 述

荆岳铁路公安长江大桥3#墩钢吊箱由双层壳体组成，其外形为圆端矩形，内部为单壁底隔仓，底部为底龙骨和底板，在底龙骨与内支架间有吊杆进行连接围堰底节自重约3 000 t，整体下水。钢吊箱外形尺寸为68.2 ×40 m，高18 m，自重约3 000 t。吊箱壁厚2 m，底主隔舱高4.5 m。考虑到吊箱制作场及附近场地均为造船船台，为考虑结构本身安全性，采用气囊支承、滚动前移整体纵向下水，利用气囊托起吊箱，依靠钢吊箱自重分力下滑方法使钢吊箱前行至水边松掉后面控制拉缆加速下滑冲入水，整体自浮，用拖轮及锚碇控制钢吊箱。

底节围堰挂桩施工立面图

2 下水方案

2.1 吃水深度计算

底节钢吊箱全高18 m，仅双壁可提供浮力，底节围堰结构约2 900 t，附属结构按100 t 计算，整体底节按3 000 t 自重计算，围堰下水后吃水位8.53 m。

计算可以看出围堰吃水深度较深，不利于围堰下水和浮运，将底隔舱前后各13 个孔全部封堵，吃水即可达到1.7 m满足下水和浮运要求。

2.2 地形及河床断面情况

目前拼装位置地面的坡度实际为1∶10 混凝土基础，位置长度130 m，前端15 m 左右为1∶10 坡，为原始沉积地面。当吊箱下水时此处需换填，保证地基稳固。场地前端的水深为5 m 处3.5 m 水深，25 m 左右水深为7 m 左右，30 m 处水深为8 m 左右，再往前水深变化不是很大，具体是否要求清淤及要求水深，待围堰吃水深度确定后再定。

2.3 围堰下水方案确定

根据目前地形和水深情况经下水公司实地考察和分析并考虑到现场各种情况，初步对下水滑道情况分析如下:考虑到围堰下滑时卷扬机、滑车组配备，以及制造坡道与下河快冲时的坡道过渡等因素，初步确定围堰拼装场地的坡度为1∶10，即原来的船台坡度不变，将最后15 m 坡度稍加修整可满足要求。

3 吊箱下水拖拉设备的配备

为保证钢吊箱在滑道能够进行转向和向前移动并能控制钢吊箱下滑的速度和大致方向，需要在钢吊箱上设置后拉缆。围堰初期调整方向在围堰拼装场地前方约70 m 范围内进行，此坡道坡比为1∶10，后端地锚设计拉力为3 000 ÷10≈300 t。根据计算数据和围堰外形结构，初步确定围堰下河时牵引采用两点牵引法，牵引点位置布置吊箱底龙骨上，通过两个地锚进行固定牵引。初步选定下滑地锚采用单个设计拉力为200 t 地锚，提供围堰下水过程中围堰的牵引。当钢吊箱入水浮起后，钢吊箱下18 mm 钢托板由浮吊进行打捞回收。

现场下水设备和地锚布置为围堰后端控制围堰下滑的地锚布置于拼装围堰的正端头25 m 距离处，与围堰底龙骨设置四个拉耳。根据受力要求地锚需提供约200 t 锚固力，按长7 m 宽6 m 深4 m 尺寸布置，地锚结构为砼埋置式，顶与地面平齐，锚力通过外露的锚环传至锚体内。在拼装场地外侧，控制拉缆通过2 台180t 滑车组与地牛相连，在钢围堰上设置牵引耳板，提供地牛牵引索的附着点，围堰与托板之间应进行临时限位连接。

4 气囊布置及充气安装

4.1 气囊的受力计算

根据下水公司要求和围堰本体结构的特点，围堰下滑采用Φ1.2 m×14 m 的气囊，其技术参数见表1 所示。

表1 气囊的单个承载技术参数

4.2 气囊用量的计算

气囊工作高度H 取为0.6 m，下水整体重量G=3 000 t，取气囊个数n =40，则:气囊的安全系数K =212n/G =212 ×40/3 000 =2.82 ＞K0=1.2～1.4(常规情况)，气囊有2.82倍富裕量，考虑到箱体底部结构局部强度不均衡，通过更多气囊来分配围堰重量使局部受力减小。选用40 个气囊安全可靠。

4.3 钢吊箱下气囊布置、充气

围堰拼装完后在围堰下的支承点间布置气囊，根据现场钢凳布置，每3.0 m 间距布置一个气囊，对局部超过气囊承载高度一些位置，采用气囊下垫沙包或叠加气囊方法进行将围堰顶起去除钢凳。气囊在充气前布置好地锚及卷扬机等装置，将钢吊箱锚固牢靠使其在被顶起后不向前滚动。气囊充气顺序应尽量对称、分散，相邻的气囊分成两批次充气，当钢吊箱下气囊充气至钢吊箱被抬起至0.8 m 高左右后，此时钢吊箱脱离支承点约20 cm，拆除钢垫板下钢凳支承。钢吊箱下共有约200 个钢凳。支承点需清理干净并作地面平整，以不影响后序的气囊滚动。

5 辅助设施布置

5.1 钢凳

钢凳为围堰制造临时性结构，由型钢焊接而成的框架形结构，底面贴一钢板。钢凳作用在于支撑钢吊箱以布置气囊和增加与地面接触面积，保证地面在承压时不会因为地面承载力太低而导致地面下沉。

5.2 托板

钢吊箱托板拟采用18 mm 厚钢板，托板在钢吊箱下滑过程中的作用是保证气囊工作平整及传力。为保证其工作性能须作如下处理:钢管包边:在气囊进出托板时，为不伤及气囊，不影响钢吊箱下滑，需将外露边用建筑钢管包边并点焊牢靠。临时限位:托板在钢吊箱下滑时须与钢吊箱限位并固定，以避免钢吊箱与托板间出现相对滑动。水平限位采用在托板上焊接卡板的形式与底龙骨翼缘卡定，范围为托板两侧钢吊箱前半部40 m，在钢吊箱入水自浮后后端托板因失去气囊的支承而下落，在自重作用下逐个拉掉卡板，最后脱落。此方式有效保证了钢吊箱在整体入水自浮后，实现托板的自动脱落。

5.3 地锚及后拉缆

为控制钢吊箱在气囊起顶后下滑运动及在滑道下滑的速度和大致方向设置后拉缆，后面控制拉缆下滑速度的拉缆设计拉力为2 ×200 t，大于钢吊箱自重最大下滑分力。当钢吊箱入水后钢吊箱下18 mm 托板需由地锚卷扬机拉起回收。后拉缆控制采用地锚，地锚布置于钢吊箱后侧，距钢吊箱后端25 m。

6 钢吊箱下水

钢吊箱制作拼装完成后，报检经有关部门检查合格并签认后，对钢吊箱滑移范围内的场地进行清理，保证无杂物尤其是可能戳破气囊的尖锐物，挂好地锚钢丝绳后，开始围堰下水。起滑，气囊下河的所有准备工作就绪，具体下河日期要综合考虑当时的天气、风力及潮水位情况，在风力较小、无雨水天气下进行并尽量选择高潮位时段。当气囊完全托起钢吊箱，下滑道清理完成后慢慢放松后拉缆，在前端不断补充气囊，利用围堰自重分力使围堰进行移动;断缆、下滑入水，当钢吊箱控制下滑至离水边线15 m 处，调整气囊并在围堰前端放置加速气囊后，后拉缆断缆，让钢吊箱自由加速下滑，利用其惯性入水并向江中滑行一段距离，使钢吊箱后端水深满足自浮吃水深度要求;钢吊箱稳定，钢吊箱整体入水后，会在惯性、风力、水流作用下继续漂浮，同时内部进水，钢吊箱入水深度增大，达到稳定入水深度，为控制钢吊箱不至继续漂浮，待命的拖轮及时靠近并拴绑，控制钢吊箱使其稳定;托板、托架回收，钢吊箱拖离现场后，打捞船进场进行底板和底托架打捞工作。由潜水员下水后在托板上割吊装孔，穿吊装钢丝绳，并将托板割开进行吊装。吊装上托板利用打捞船送到岸边，在岸边解体后，由项目部回收。

7 结 论

经过详细计算分析，以及提前做好的充足准备，公安长江公铁两用特大桥3#主墩钢围堰顺利下水，为以后的大型围堰下水积累了施工经验，气囊断揽法可以借鉴利用。

［1］现行道路与桥梁工程实用技术与标准规范大全，1999.

［2］公路桥涵施工技术规范，2001.