黄冈公铁两用长江大桥主墩基础双壁钢吊箱围堰施工

魏校雪

摘 要：黄冈公铁两用长江大桥主墩位于长江中为深水基础，采用双壁钢围堰进行施工，施工难度大。

关键词：公铁两用；长江；深水；基础；围堰

1 工程概况

黄冈公铁两用长江大桥位于长江黄州河段上端三江口附近、唐家渡综合码头上游约240m位置，桥位北岸位于黄冈市黄州区，南岸位于鄂州市华容区，大桥对应的鄂州岸大堤桩号为鄂右K121+777m处，黄冈岸大堤桩号为鄂左K213+141m处。

黄冈公铁两用长江大桥全长4008.192m，主桥铁路按双线、公路按高速公路四车道设计。桥跨布置从鄂州岸至黄冈岸为：41×32.7m+1.7m+（81+243+567+243+81）m+1.7m+（40+56+40）m+40×32.7m 。

主桥采用钢桁梁斜拉桥方案，主塔为钢筋混凝土主塔，基础采用钻孔灌注桩。

2 主塔墩基础双壁钢吊箱围堰施工

主桥2#、3#主塔墩基础采取水上施工方案，分别从两岸修建施工栈桥至2#、3#主墩配合施工。采用先围堰后平台施工方法，双壁钢吊箱围堰底节制作下水由拖轮组整体浮运至墩位，依靠锚碇系统定位，利用定位护筒第一次挂桩，插打剩余钢护筒，安装钻机，进行钻孔桩施工，钻孔桩完成后接高围堰二次下放，围堰内清基、封底、抽水后进行承台、塔座施工。

2.1 双壁钢吊箱围堰设计

围堰的设防水位按二十年一遇考虑为+25.8m，抽水水位按+24.0m控制，围堰顶标高取+26.3m。围堰分两节，底板及底节在工厂加工好后，整体浮运到墩位，第一次挂桩定位于14根支撑钢护筒上，其顶面标高控制在+26.3m，作为钻孔施工平台，钻孔桩施工完毕，接高围堰，并将围堰整体下放至设计标高（围堰底标高-3.0m），第二次挂桩定位，封底、抽水，浇筑承台。

围堰平面尺寸为55.4m（横桥向）×38.4m（顺桥向）×29.3m（高），壁厚2m。

2.2 双壁钢吊箱围堰制造、下水

钢吊箱在有资质的工厂制造，保证强度、刚度、密封性能，制造质量满足钢结构制造要求。钢吊箱在桥位下游船厂制造，考虑施工条件和运输等因素，钢吊箱围堰底节采用分块制造，依次组拼的原则，先分段制作成单元块，然后组拼成整体。即先将钢吊箱围堰的底板、侧板、底隔舱、吊杆、内支架等分成若干单元块进行制造，再依次组拼形成整体。

钢吊箱拼装成整体后，采用气囊法下水：通过铺设t=16mm钢板来作为钢围堰与气囊间的衬垫，采用气囊支承、滚动前移整体纵向下水，即利用气囊托起吊箱，依靠钢吊箱自重分力下滑的方法使钢吊箱前行，至水边松掉后面控制拉缆加速下滑冲入水，整体自浮，最后用拖轮及临时锚碇控制钢吊箱。

2.3 锚碇系统抛设

2#、3#墩钢吊箱围堰锚碇系统采用前、后定位船加重锚体系，前定位船采用2艘400t铁驳并联，后定位船采用1艘400t铁驳；主锚采用15t霍尔铁锚10个，尾锚采用10t霍耳铁锚4个，前、后定位船边锚各抛设1t霍尔铁锚4个；围堰和前、后定位船间采用拉缆连接，前拉缆共8根φ60mm钢丝绳，后拉缆共4根φ60mm钢丝绳，围堰两侧各设置6个10t霍尔铁锚作为边锚。

2.4 围堰浮运

围堰加工完成下水后，应及时浮运至墩位，由锚碇系统锚固，以确保安全。围堰浮运的工艺流程见图2：

2.5 围堰定位

⑴初定位

用抛锚船抛设围堰边锚，过锚缆到围堰边缆收放平台上与相应的滑车组连接；抛锚时应先抛设围堰的下层边锚，再抛设围堰上层边锚；边锚抛设完成后，对称预收紧围堰边锚，至此围堰锚碇系统形成。

⑵围堰定位

①围堰垂直度（相对于制造场地的垂直度）调整

围堰的双壁舱分为若干个互不连通的隔舱，可通过注水下沉或排水上浮来调整围堰整体标高，也可通过在不同的隔舱注水或排水来调整围堰四个角点的相对高差。

②围堰的扭转调整

围堰的平面位置如果扭转偏差较大时，则先进行扭转偏差的调整。

③围堰横桥向位置调整

在围堰经过扭转调整后，围堰的纵、横桥向轴线已平行于墩轴线，当围堰偏下游时，先同时慢慢放松后定位船的尾锚索，同时收紧前定位船主锚索，将围堰向上游拉，调整至围堰轴线与墩轴线上下游偏差在5cm以内。在调整时要注意保持各锚索的受力均匀。

④围堰顺桥向位置调整

围堰顺桥向位置的调整主要通过围堰的边锚来调整，如果围堰偏向南岸侧，则放松南岸侧的边锚，收紧北岸侧的边锚将围堰向北岸调整。

⑤围堰定位步骤：围堰锚碇系统形成后，即可利用锚碇系统对围堰位置进行调整、定位，围堰定位时应遵循先调整围堰顶面标高，后调整平面位置和扭角的原则。第一步，在底隔舱及双壁隔舱中灌水，使围堰吃水深度达到4m左右，同时，使围堰垂直度满足不大于1/1000的要求，并测量围堰的平面位置及扭角；第二步，根据测量结果调整围堰，使其平面位置及扭角偏差均不大于100mm；第三步，均匀收紧后拉缆，使整个尾锚系统对围堰施加100t的预拉力，同时，均匀收紧围堰边锚，使每侧边锚对围堰施加50t的预拉力；第四步，测量围堰的垂直度、平面位置及扭角，并根据测量结果调整围堰位置；第五布，重复第四步，直至围堰位置达到精度要求，应注意，每次调整后，均应使后拉缆的预拉力为100t，每侧边锚的预拉力为50t。

2.6 支承钢护筒插打施工

2、3#主塔墩设计为高桩承台，整个主塔墩共有直径φ3.0m钻孔灌注桩31根，利用底节双壁钢吊箱围堰内支架作为钻孔桩施工平台，平台顶面标高设计为26.30米。钻孔桩钢护筒内径φ3.30m，顶标高26.3m，分为两种，壁厚δ=26mm的定位桩钢护筒和壁厚δ=24mm的非定位桩钢护筒，所有钢护筒内壁在底部1.5m高度范围用δ=16mm钢板加强。

⑴钢护筒制造

根据墩位处水文地质情况、河床面高程及冲刷情况，初步拟定钢护筒底最低标高为-13.0m，顶标高为+26.3m，单根钢护筒最长39.3m，钢护筒内壁在底部1.5m高度范围设置δ=16mm钢板加劲箍，单个定位钢护筒重约83t，单个非定位钢护筒重约77t。钢护筒在工厂制造，运输至工地进行插打，由于钢护筒较长，直径大，重量大，因此钢护筒应分节制造，原则上每个钢护筒分为2节，底节和顶节各长20m和19.3m。

钢护筒采用Q235板材卷制，在工厂内分节制造。

⑵钢护筒插打

检查围堰变形情况→围堰调平精确定位→浮吊靠近围堰两边沿对角锚碇→插打围堰对角的4个定位钢护筒→移动浮吊，靠近围堰另一个对角锚碇→插打围堰另一对角4个定位钢护筒→按同样方法插打围堰两边另外6个定位钢护筒→在已插打的14个钢护筒上安装围堰挂桩设施→围堰下沉定位，悬挂在护筒上→安装围堰顶龙门吊机→插打余下的非定位钢护筒。

2.7 围堰挂桩

定位钢护筒插打完毕后，即可将围堰灌水下沉，使其支撑在定位钢护筒上，作为钻孔桩施工平台。钢吊箱围堰通过挂桩牛腿支撑在定位钢护筒上。支撑牛腿安装在定位钢护筒上，钢吊箱围堰通过内支架上弦杆支撑在支撑牛腿上。

⑴挂桩牛腿安装

①定位钢护筒插打完毕，及时测量标高并放线以便安装围堰挂桩设施；放线时应根据设计图准确找出挂桩牛腿位置，并作好明显标记。

②根据标高线在定位钢护筒上开洞，焊接加强板，吊入支撑牛腿并安装。

③检查支撑牛腿与加强板是否接触密贴；若不密贴，则用钢楔块抄紧。

④所有定位钢护筒的支撑牛腿安装完毕，检查合格后，即可进行围堰下沉的工作。

⑵围堰下沉挂桩

①采用灌水下沉的方法施工，在施工前根据实际的水位计算好灌水深度作为控制标准。

②围堰灌水下沉前，先准备一些钢楔块备用。

③围堰下沉前应详细计算灌水数量及灌水顺序，灌水应对称、均匀、缓慢进行，先灌底隔仓，再灌双壁仓，在灌水过程中保持底隔仓内外水头差不超过2.5米，双壁仓内外水头差不超过6.0米。

④在围堰灌水下沉的过程中，应注意观测围堰的顶面标高、平面位置并及时调整。

⑤应控制围堰的下沉，当某一内支架上弦杆底面先接触牛腿顶面时，应在反方向补水进行调整，如此使围堰内支架与所有的牛腿基本同时接触并略微受力；此时应暂时停止灌水，将所有牛腿与围堰内支架的接触状况进行检查，若有缝隙，则用钢楔块楔紧，然后再向围堰内灌水，使所有牛腿均匀受力。

⑥围堰下沉到位后控制灌水数量，使围堰自重的30%由定位桩支撑；并及时用钢楔将护筒与固定上下导环之间楔紧（下导环的楔紧工作需由潜水工进行），至此围堰挂桩定位完毕。

⑦围堰挂桩定位后，即可安装围堰顶龙门吊机，插打余下钢护筒，安装钻机钻孔成桩；

⑧围堰挂桩定位的注意事项

A、支撑牛腿的安装不能每插打一根定位钢护筒安装一个，必须所有定位钢护筒全部插打完毕后，根据当时的实际水位统一确定安装标高。

B、在以后的施工过程中应注意根据水位情况对双壁仓及时补水或抽水，以调整护筒的受力情况。

2.8 围堰下沉

钻孔桩施工完毕后，需将围堰下放，二次挂桩，定位于较低的位置。等待提升控制装置安装完毕、准备工作完成后，即可开始围堰下放的相关工作。围堰下放施工步骤如下：

围堰双壁舱内抽水并结合提升装置提升围堰到适当位置，使围堰与最后4个挂桩牛腿脱空，拆除挂桩牛腿。

利用提升装置、按照15cm的行程逐步下放围堰。在围堰下放的过程中，随着吃水深度的增加，双壁舱提供的浮力逐步加大，这时，应相应地向围堰双壁舱内补水，使提升装置承受的压力保持在500t左右，以便围堰顺利下放。

继续下放围堰、补水，将围堰下放至设计标高。

围堰下放到设计标高后，首先对围堰的标高、垂直度、平面位置及扭角偏差进行调整，然后才能安装挂桩牛腿，将围堰二次挂桩。

2.9 围堰封底

围堰二次下放到位后，在承台施工前需对围堰进行封底，以便能在干燥的环境中施工承台。封底砼的主要作用：第一，与围堰侧壁一起，共同形成挡水围堰，从而形成干燥的基坑施工承台；第二，作为承台施工的底模，承受承台施工时的各种荷载；第三，在围堰内抽水以及承台砼浇注时，通过封底砼与钢护筒之间的粘结力，将荷载传递至钻孔桩。封底施工前，需根据承台施工过程中各种工况及实际水位，计算围堰各部位封底砼厚度及砼强度等级。

3 结束语

本文重点阐述黄冈公铁两用长江大桥主墩基础双壁钢吊箱围堰的施工方法及施工工艺。对该施工工艺的运用和总结具有非常重要的应用价值和实际工程意义，为深水基础的施工技术积累了宝贵的经验。

参考文献

[1] 陈明宪 主编.斜拉桥建造技术.人民交通出版社，2003。

[2] 黄绳武 主编.桥梁施工及组织管理.北京：人民交通出版社，1996。