公安长江公铁两用特大桥双壁钢围堰气囊法下水监控要点

2014-05-04王磊

铁道建筑 2014年4期

王磊

(中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概况

公安长江公铁两用特大桥位于湖北省荆州市，大桥由江陵县向南跨越长江连接公安县。大桥设计里程DK27+298.918—DK33+616.746，全长6 317.828 m，其中DK28+18.6—DK30+34.5按公铁合建设计，合建段长度2 015.9 m，铁路分建段长4 301.928 m。大桥通航孔主桥采用(98+182+518+182+98)m双塔钢桁斜拉桥，全长1 080 m。主塔为钢筋混凝土结构，塔顶高程+204.00 m，塔底高程+21.50 m，斜拉索为空间双索面，立面上每塔两侧各有17对索，全桥136根斜拉索。铁路等级为Ⅰ级，设计行车速度160 km/h，公路为一级双向四车道，设计速度80 km/h。3#和4#墩为主塔墩，基础采用先围堰后平台方法施工。

2 钢围堰结构构造

3#墩基础施工采用双壁钢吊箱围堰，围堰为平面尺寸68.2 m×40.0 m，两端半圆的圆端型结构，底节高度为18.0 m，水上加高顶节5.5 m，双层壁板厚度为2.0 m。3#墩钢吊箱围堰主体结构包括侧板、底隔舱、底龙骨、内支架和吊杆五部分。

4#墩基础施工采用双壁钢套箱围堰，围堰为平面尺寸68.2 m×40.0 m，两端半圆的圆端型结构，底节高度为21.0 m，水上加高顶节2.7 m，双层壁板厚度为2.0 m。4#墩钢套箱围堰主体结构包括侧板、底隔舱、内支架三部分。

围堰侧板内外壁采用水平角钢连接，使其具有足够的强度和刚度来抵抗水压力。围堰底隔舱为双壁结构，既作为围堰下水的滑道，又作为围堰封底时的隔墙，有利于大面积混凝土浇筑的质量控制。围堰下水后，依靠围堰侧板和底隔舱一起提供浮力。3#墩和4#墩围堰下水后的吃水深度分别为4.3 m和4.0 m，底托板(底托架)脱落后的吃水深度分别为4.0 m和3.6 m。内支架规格采用型钢，用于承受围堰抽水时内外水头差产生的压力荷载，并兼作钢护筒导向架和钻孔平台。吊杆的主要作用是在围堰封底时承受混凝土的重量，底板的作用是在围堰封底时作为混凝土的底托板。

3 下水方案

3#和4#墩钢围堰均采用气囊断缆法下水。

3.1 3#墩围堰下水结构

3#墩围堰在底龙骨下设置两块宽15 m、长69 m，厚18 mm的钢板作为底托板，每侧底托板下各布置24个φ1.2 m×15 m气囊，与围堰侧板和底隔舱一起作为围堰下水的主要承重结构。

3.2 4#墩围堰下水结构

4#墩围堰下水利用底隔舱的两道长边作为滑道，由于4#墩围堰侧板和底隔舱均设置有刃脚，所以在每道底隔舱下设置底托架，再铺设长67 m、宽8.5 m、厚18 mm的钢板作为底托板，使底托架底面比围堰刃脚底低70 cm，保证围堰在下水过程中不与刃脚发生碰撞而致使气囊破裂。

3#(4#)围堰下水后，为了使底托板(底托架)与围堰顺利分离，底托板(底托架)自重通过在围堰上设置钢丝绳吊挂承受。待围堰自浮稳定后，在水深满足条件下割除钢丝绳，使围堰与底托板(底托架)完全分离。

3.3 河床清淤

要求距岸边3 m处水深不小于5.5 m，距岸边40 m处水深不小于8 m，距岸边50 m处水深不小于9 m。

3.4 坡道清理硬化

围堰下水前，坡道前端15 m左右需进行换填和处理，将1∶10的坡度处理为1∶7，并进行换填，保证在下水过程中地基不发生沉陷。

3.5 布置气囊

钢围堰全面检查合格后，先将围堰与地垄通过后缆绳固定相连，后缆绳间设置断缆器，按照计算好的气囊大小及数量布置气囊，气囊位置应事先弹线准确定位，然后按设计摆设气囊，采用15 m3的压风机对气囊进行充气将围堰顶起。3#墩围堰下水共需φ1.2 m×15 m气囊48条，4#墩围堰下水共需φ1.2 m×8 m气囊48条。

3.6 抽取钢支凳

待底托板(底托架)与钢支凳脱空分离后，抽取钢支凳，再按设计补充其余气囊，并充气，使各气囊均匀受力。

3.7 围堰起滑、断缆、围堰入水

缓慢匀速放松后缆绳，依靠自重分力钢围堰开始下滑，利用滚动的气囊，顺着硬化清理好的坡道匀速滑移。待围堰距水边15 m左右(事先撒好石灰的标记线处)进行断缆，断缆应保持同步，让围堰加速冲入水中，迅速达到深水区域。

3.83 #(4#)围堰与底托板(底托架)分离

为了使围堰下水后不致顺水漂流而失去控制，事先在距离岸边约70 m处设置一艘临时定位船，设置临时拉缆将围堰与临时定位船连接，并保证临时拉缆预留足够长度。待围堰下水后，利用临时拉缆稳定围堰，并利用临时定位船上的卷扬机慢慢收紧临时拉揽，使围堰在距离河岸约80 m处，水深不小于8 m的情况下，开始围堰与底托板(底托架)的分离。待围堰稳定后，在附近水域待命的拖轮迅速靠帮围堰，进行拖轮编队，浮运围堰至墩位。

4 钢围堰下水监控要点

4.1 钢围堰检查监控要点

按照设计图纸、《铁路钢桥制造规范》(TB 10212—2009)和《钢结构工程施工质量验收规范》(GB 50205—2001)等相关条款，对围堰进行各项检查，主控项目检查要点如表1所示。

表1 钢围堰主控项目检查要点

一般项目的检查规定:围堰制造允许偏差及检验方法如表2所示;内支架分段制作、安装偏差及检验方法如表3所示;侧板、底隔舱分段制作偏差及检验方法如表4所示;底托架制作安装偏差及检验方法如表5所示;钢围堰拼装、就位允许偏差和检验方法如表6所示。

表2 钢围堰制造允许偏差及检验方法

表3 内支架分段制作、安装偏差及检验方法

表4 侧板、底隔舱分段制作偏差及检验方法

表5 底托架制作安装偏差及检验方法

表6 钢围堰拼装、就位允许偏差和检验方法

4.2 下水前的准备及下水过程中的控制要点

4.2.1 下水前的准备

1)技术交底

相关专业技能交底，参加人员须明确各自职责，掌握操作要领和控制要点。

2)统一指挥

配备对讲机，调至同频率，确保通信指挥设备状态正常。保证指挥的统一性、下水步骤的协调性、政令的畅通性、信息共享性，确保围堰安全平稳下水。

3)安全控制

①人员穿戴好劳动防护用品。②设置警戒线。围堰下滑时，气囊周围20 m范围内不得有人。③了解作业区域水深、流速、河床地质等有关情况，为船舶行驶抛锚和定位做好安全准备工作。④施工前，应与当地海事部门联系，商定有关航运和施工的安全事项，并通报有关单位。⑤应配备足量的救生圈和救生衣等救生器材。下水处上、下游各150 m处设巡逻示警船。⑥具体下水日期要综合考虑当时的天气、风力及潮水位情况，应在风力较小和无雨水的天气下进行，并尽量选择高潮位时段。⑦围堰四周布设航标灯。⑧GPS监控设备运行状态良好，设备及附属设施(发电机、配电柜、氧气和乙炔等)安置牢固。

4)后锚绳设置

临时锚碇系统按图设置，地垄结构、卷扬机以及滑车组等后拉缆结构须保证足够的安全系数，以确保围堰在下水前不致失去控制。卷扬机基础加焊完成，试机正常，滑车打油。

5)坡道清理硬化

坡道不得存有可能刮破气囊的尖锐物或突起的固态物，以免戳穿气囊，须保证坡道的干净平整且具有一定的承载力。前端宜整修成圆弧形。坡道不平整、底板不平或地基夯实不到位，易导致下陷或下滑阻力过大。当钢围堰无法正常滑移时，可通过调节气囊压力，间接地调整下倾坡度，必要时采用装载机或拖轮挂钢丝绳牵引，直至钢围堰开始下滑。

6)河床清淤

需对近滩水深进行一次复测，满足设计水深后，方可下滑气囊，否则须进行清淤处理，保证围堰入水处上、下游各10 m范围内水深和拖轮吃水的要求。河床清淤不到位易导致围堰在河床搁浅。

7)围堰下水前细节检查

①关键部位的焊缝不得存在漏焊、少焊、气孔和夹渣等问题。②辅助设施须进行检查，拉缆不得有破损和烧伤等损伤，与地垄的连接必须牢靠。卸扣必须紧实不得出现滑脱现象。底托板和围堰须有效连接。打磨底托板焊缝，采用钢管对托板边缘包边处理，避免尖锐物划破气囊。③吊挂系统中，吊筋上、下端和辅助设施(顶推架、拉耳、马口等)焊接质量应满足要求。④在侧板外壁上标记刻度，以便掌握围堰入水后的状态。

8)下水气囊安放和充气

①使用合格气囊和标定合格的压力表。在气囊充气过程中，应密切关注气囊的漏气情况，防止局部气囊受力过大，造成围堰受力集中而引起破坏。②气囊应对称布置。③气囊充气的顺序应尽量对称和分散，相邻的气囊分成两批次充气，充气压力为0.17 MPa，由压力表控制。④气囊布置应严格按照施工方案进行，严格控制充气压力，保持钢围堰平衡并对气囊进行保护，防止碰伤或电伤。

9)钢支凳抽取

抽取钢支凳时应谨慎，不得挂坏气囊。支承点须清理干净，并作地面平整，不影响后序气囊滚动。

4.2.2 下水过程中的控制要点

1)断缆下放

预先在离水边15 m的坡道上，用石灰撒一条标记线，拉缆应缓慢且匀速放松，在前端不断补充气囊，依靠围堰自重分力使其开始下滑。当围堰达到标记线时，指挥断缆人员同时打掉脱钩器，完成断缆。

2)围堰入水

围堰下水速度不宜过大或冲滑不宜太远，以免围堰失去有效控制。下滑距离过短或下水速度不足，易导致围堰在河床搁浅。

3)围堰缺陷修补

待围堰自浮稳定后，须查看围堰是否有破损及漏水现象。若发现破损和漏水，立即采用水泵抽水、专用堵漏材料堵水和补焊等方法及时修补，直至不再漏水。

4)底托板和支撑架的打捞回收

围堰拖离现场后，打捞船进行打捞工作。

5)气囊回收