安庆长江铁路大桥主塔4#墩双壁钢围堰施工技术

曹士运

摘要：4#墩是安庆长江铁路大桥斜拉桥安庆侧主塔墩，主塔墩采用双壁钢围堰施工承台，先整体浮运围堰到位，后建立钻孔平台，介绍双壁钢围堰的制造、下河、定位、下沉等施工方法。

关键词：长江大桥、主塔墩、基础、双壁钢围堰、汛期施工、施工技术

概述

安庆长江大桥是南京至安庆城际铁路和阜阳至景德镇铁路的重要组成部分，位于安庆前江口汇合口处下游官山咀附近。安庆长江铁路大桥全长2996.8m，其中主桥为铁路四线，采用跨度为101.5+188.5+580+217.5+159.5+116m的两塔钢桁梁斜拉桥。4#墩是斜拉桥安庆侧主塔墩。

工程概况

4#主塔基础采用Ф3.4m/3.0m变径钻孔桩基础。承台采用圆形承台，直径51m，厚度为8m。承台顶高程为-6.0m。

基础施工采用双壁钢围堰法，围堰高41.4m，外直径为56m，内直径52m，共分四节段施工。围堰总重4097t，每节平面分块32片。第一节（底节部分）高10.3m；第二节高12.9m；第三节高14.2m；第四节高4m。

4#墩围堰吸泥下沉施工计划在7-10月份，该月份内施工水位较高，为洪水的多发季节，水流急，流速快，吸泥下沉工程量大，总吸泥量达到30000m³，下沉幅度大，下沉深度达到12.269m。

地质概况

桥址区位于安庆盆地内，盆地基岩由上白垩统宣南组砂砾岩、泥质粉砂岩、砂岩组成。而本桥址区大部分覆盖第四系全新统冲积层，包括粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂等，东岸垄岗区覆盖第四系更新统粘性土，基岩为白垩系宣南组泥质粉砂岩夹砾岩 、泥岩等。

4#墩位于河床中，河床标高为-8.751m，冲刷后实际河床-15m，施工水位为+11.78m，水深20.531m，表部覆盖厚约18m粉细砂，上覆第四系地层呈松散～中密状，承载力低，不能作为大桥的基础持力层，下伏泥质粉砂岩等，岩面埋深适中，工程性能较好,微风化基岩是主桥较好的基础持力层。

工程岩土设计参数值

水文情况

本桥设计洪水位为+17.645m，常水位为+9.545m，最高通航水位为+16.505m，最低通航水位为+1.845m。10年一遇洪水位15.88m。一般每年5～10月为汛期，11月～次年4月为枯水期。

历年实测最高水位：16.80m（1954.08.1，黄海，下同）

历年实测最低水位：1.62m（1929.01.20）

施工方法

围堰制造、下河

4#墩双壁钢围堰平面为圆形，制造完成后采用浮吊法整吊下河。

围堰制造

钢围堰在钢结构工厂分块制造，在加工厂经试拼并验收合格后利用船舶运输至现场后进行组拼。钢围堰侧板单元件由内、外壁板、隔仓板及水平桁架及竖肋等部件组焊成型。为保证外轮廓尺寸的准确性及控制焊接质量和变形，借助于胎架组拼及施焊，胎架应具有足够刚度，以防止单元构件在组焊过程中变形。各胎架的精度应力求一致，以保证不同胎架组焊出来的产品其尺寸具有一致性。

分片焊接顺序：内外围壁正反面焊缝焊接→内结构焊接→内结构与外围壁焊接→翻身→内结构与内壁焊接。

.钢围堰现场整体拼装

底节现场拼装位置选用在桥位6#墩下游侧350m处的浅水区，利用三艘1500吨平板驳（船长75m、宽13m、型深3.5m，两头有生活住房及抛锚房，中间甲板长56.0m）搭建底节钢围堰拼装平台（见图1），在平台上进行底节围堰拼装。拼装起吊设备为250t浮吊和50t浮吊各1艘。

图1.底节钢围堰拼装布置图

底节围堰下河

根据根据钢围堰底节重量，选用镇航工818号1200t浮吊起吊下水。考虑吊点设计时以尽量减少对围堰结构的影响为基本思路，设计8个吊点，起吊时采用4根吊索对称悬挂在2只主钩上。

施工作业流程为：浮吊抛锚定位→调整角度→落钩连接→起吊→下放→浮推就位→定位锚辅助挂缆→浮吊退场。

围堰起吊后，利用安装好的围堰平台临时锚固系统及1200t浮吊的绞锚系统，分别将围堰拼装平台和1200t浮吊向安庆侧及池州侧各平移30m，下放底节钢围堰至围堰底口接近水面，将围堰与驳船平台侧面的将军柱用缆绳连接，边下放围堰边收紧缆绳，直至围堰下放至水面呈自由漂浮状态，待围堰与拼装平台连接牢靠后，再松吊钩。

围堰定位

4#墩钢围堰采用无导向船的前后定位船及自身的边锚锚碇系统定位。底节钢围堰浮运前，前后定位船应抛锚初步定位，待底节钢围堰浮运至墩位附近后，进行第二阶段抛锚定位，并将围堰调整至设计位置。

围堰浮运

4#墩围堰底节在桥址下游350处下河后，浮运至墩址处定位，其余三节在墩位接高安装。

浮运步骤：

（1）主拖及帮拖就位，解除导向船临时锚碇；

（2）在海事和河道部门的维护下，由拖轮拖曳底节钢围堰沿预定航线开始浮运；

图2.

（3）按照图示线路（图2）浮运至后定位船处，脱离池州侧拖轮，临时固定于后定位船将军柱上；

（4）利用停靠在池州侧的50T浮吊将拉缆L1#过至围堰上，将18#、28#锚绳从后顶位船过渡到围堰上；

（5）脱离主拖及安庆侧拖轮，利用抛锚船辅助将拉缆L2#、17#、27#锚绳过渡到围堰上；

（6）将后拉缆L9#、L10#后定位船上，抛锚船抛19#、20#、25#、26#边锚并经围堰马口过至前、后定位船；

（7）后定位船溜放至设计位置。初步收紧边锚、拉缆，调整围堰位置；

（8）抛围堰剩余锚碇（见图3）并将锚绳过至相应位置系结，全面调整各锚绳、拉缆，对锚碇系统逐级施加预拉力，精确定位钢围堰。

图3.锚碇系统布置图

围堰下沉

4#墩双壁钢围堰下沉施工方案采用在围堰上布设6台吸泥机，围堰内采用对称布置避开其它机械设备的原则，铺设吸泥管道，围堰内采用两台台每小时250方的吸砂船进行空气吸泥下沉，空气吸泥下沉到21m后，进行清基封底，完善基础施工工作。

2.4.1下沉计算

2.4.2水中下沉

围堰在着床之前，处于悬浮状态，此阶段的围堰在水中下沉较容易，围堰接高，验收合格后，向井壁内灌水，克服水的浮力，并根据围堰位置情况调整好拉缆及围堰边锚的受力，围堰即可平衡下沉。围堰接高是按照对称拼装的原则，对应块段同时安装，在向围堰井壁内注水时，也应遵循对称加载的原则，对称的隔舱，同时灌水，且流量一致，以防围堰倾斜。在向隔舱灌水时控制相邻隔舱的水头差不大于2m。

2.4.3精确定位、着床

围堰的精确定位和着床在围堰下沉过程中起到决定性的作用，受到水流速度、围堰处河床的冲刷和淤积等不定因素的影响。在着床前应仔细测量围堰四周一定范围内及围堰内外的河床标高，并绘制出河床等高线图及上、下游剖面图。根据测量的河床最新资料，确定着床时对策，如上、下游高差过大，可利用吸泥机局部抽吸整平河床。

着河床前围堰隔舱内压水调平，并测量定位，围堰刃脚在河床面上0.5m左右，中心的里程符合规范规定的偏差范围以内。顶节钢围堰接高并经验收合格后，选择在水位较稳定时段，采用井壁内迅速注水加重的方法下沉，每个隔舱布置一台水泵，同时开动进行均匀注水，使围堰刃脚尽快切入河床。

2.4.4覆盖层中下沉

围堰在覆盖层中下沉的阻力来自两个方面，一是刃尖下土的正面阻力，二是围堰外壁与土层间的摩阻力。围堰在覆盖层中下沉就是消除或减少刃尖下的正面阻力，靠围堰的自重克服外壁的摩阻力而下沉，而消除或减少正面阻力的方法就是从围堰内吸泥除土，降低围堰内泥面高程。

围堰在覆盖层中下沉因注意以下几点：

⑴、围堰着床后，结束了悬浮状态，进入覆盖层下沉施工，其初期是最容易产生倾斜和位移的阶段，应以调平、纠偏、校正位置为主，要根据围堰内实测泥面的情况，决定在围堰内的吸泥部位。吸泥部位应视围堰的倾斜情况，使围堰高的一边首先下沉并逐步使围堰顶面调平，要一面测量，一面吸泥调平下沉。

⑵、当围堰调平后，倾斜率小于1%时，可在围堰内均衡吸泥，这时围堰中心处泥面可低于刃尖2m，刃尖处泥面应与刃尖平齐，不宜低于刃尖。

⑶、在下沉过程中，要不断调整围堰的倾斜和位移。在纠正倾斜和位移前，应先摸清情况，分析原因，然后采取相应的措施。

⑷、纠正倾斜的方法一般都是采取在围堰倾斜的一侧单独进行吸泥，即在围堰高的一侧吸泥，使泥面降低，消除了正面的支承，使围堰高的一侧下沉量大于低的一侧。但这种纠正倾斜的方法，如果掌握不当，即成为“矫枉过正”，使围堰形成交替倾斜的状况，因此，纠正倾斜时，必须十分注意。

⑸、为了避免围堰产生倾斜和位移，围堰外四周河床高差不宜过大。如发现此种情况后，应立即采取抛石防护及整平河床等措施，并应注意将吸泥机向河床较低处出泥弃土。

⑹、钢围堰在下沉过程中和下沉完毕后， 将引起水流流态的变化，导致主墩附近河床加快局部冲刷，故此在泥吸下沉中容易出现砂涌。大量翻砂将会引起严重的不良后果，一是可能造成围堰倾斜，二是由于流砂急骤涌入围堰内，围堰内部水头迅速上升，形成围堰内外水头高差悬殊，使围堰破坏。因此在围堰下沉过程 ，应尽量避免翻砂现象的发生。

⑺、及时掌握围堰内的吸泥浓度及泥面高差，吸泥时每2小时测一次围堰内泥面高度，并根据围堰内中的泥面情况绘制等高线图及时分析，随时调整吸泥部位。

⑻、保证对围堰内的补水，保持围堰内外水头平衡或围堰内水头高于围堰外，值班人员应随时观察围堰内外水位高度，围堰内水头不得低于围堰外。

⑼、为指导围堰下沉，必须做好记录工作，将围堰下沉的有关资料随时记录在专用的记录表中。为了及时掌握围堰下沉动态，在吸泥下沉时，对围堰的刃脚标高、倾斜率、位移，围堰内外水位、围堰外河床面标高等数据测量记录，并对数据进行综合分析。

安庆长江铁路大桥4#墩围堰在2009年10月2日制造安装完成，开始精确定位下沉，到2009年10月17日下沉到位。在下沉过程中由于围堰处河床面的冲刷和淤积，围堰刃脚处上下游河床高差达到6m。综合分析围堰处河床及地址情况后，在着床前采用一艘吸砂船在围堰下游位置对河床进行平整，采用吸砂船对河床进行平整效果较好，与采用吸泥机方案相比效率大大提高，在三天内完成了对河床的平整工作。此围堰由于平面尺寸特大，吸泥下沉工程量庞大，吸泥下沉时对方案不断经行比选优化，采用在围堰内布设6台直径273mm吸泥机和一艘吸砂船的综合施工方法。吸砂船在围堰内吸泥时机动灵活，在吸泥时不用起重设备配合工作效率较高；采用此法施工日均完成围堰下沉深度达到0.82m，大大缩短了围堰吸泥下沉的施工工期，降低了施工成本。

结束语

安庆长江铁路大桥4#墩双壁钢围堰为同类围堰之最，在汛期下河、浮运、定位、吸泥下沉、精确就位的成功实施，有力地保证了深水基础施工的顺利进行，为以后此类围堰的施工提供了参考，特别是在有汛期围堰施工要求的时候提供了宝贵的施工经验。特别注意的是，汛期在围堰精确定位和着床下沉过程中，围堰位置完全靠前后定位船和围堰边锚系统控制，因此在围堰锚碇设计和施工中必须充分考虑锚碇系统受力安全。围堰定位过程中要根据水位的涨落等情况及时调整锚缆的长度，使锚碇系统始终处于良好的受力状态。

参考文献：

《公路桥涵施工技术规范》人民交通出版社，JTJ041-2000

《公路桥涵施工手册》人民交通出版社 ， 1999

《芜湖长江大桥大跨低塔斜拉桥板桁组合结构建造技术》中国铁道出版社，2004

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。