王 磊

(中國鐵道科學(xué)研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

公安長江公鐵兩用特大橋位于湖北省荊州市，大橋由江陵縣向南跨越長江連接公安縣。大橋設(shè)計里程DK27+298.918—DK33+616.746，全長6 317.828 m，其中DK28+18.6—DK30+34.5按公鐵合建設(shè)計，合建段長度2 015.9 m，鐵路分建段長4 301.928 m。大橋通航孔主橋采用(98+182+518+182+98)m雙塔鋼桁斜拉橋，全長1 080 m。主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔頂高程+204.00 m，塔底高程+21.50 m，斜拉索為空間雙索面，立面上每塔兩側(cè)各有17對索，全橋136根斜拉索。鐵路等級為Ⅰ級，設(shè)計行車速度160 km/h，公路為一級雙向四車道，設(shè)計速度80 km/h。3#和4#墩為主塔墩，基礎(chǔ)采用先圍堰后平臺方法施工。

2 鋼圍堰結(jié)構(gòu)構(gòu)造

3#墩基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼吊箱圍堰，圍堰為平面尺寸68.2 m×40.0 m，兩端半圓的圓端型結(jié)構(gòu)，底節(jié)高度為18.0 m，水上加高頂節(jié)5.5 m，雙層壁板厚度為2.0 m。3#墩鋼吊箱圍堰主體結(jié)構(gòu)包括側(cè)板、底隔艙、底龍骨、內(nèi)支架和吊桿五部分。

4#墩基礎(chǔ)施工采用雙壁鋼套箱圍堰，圍堰為平面尺寸68.2 m×40.0 m，兩端半圓的圓端型結(jié)構(gòu)，底節(jié)高度為21.0 m，水上加高頂節(jié)2.7 m，雙層壁板厚度為2.0 m。4#墩鋼套箱圍堰主體結(jié)構(gòu)包括側(cè)板、底隔艙、內(nèi)支架三部分。

圍堰側(cè)板內(nèi)外壁采用水平角鋼連接，使其具有足夠的強(qiáng)度和剛度來抵抗水壓力。圍堰底隔艙為雙壁結(jié)構(gòu)，既作為圍堰下水的滑道，又作為圍堰封底時的隔墻，有利于大面積混凝土澆筑的質(zhì)量控制。圍堰下水后，依靠圍堰側(cè)板和底隔艙一起提供浮力。3#墩和4#墩圍堰下水后的吃水深度分別為4.3 m和4.0 m，底托板(底托架)脫落后的吃水深度分別為4.0 m和3.6 m。內(nèi)支架規(guī)格采用型鋼，用于承受圍堰抽水時內(nèi)外水頭差產(chǎn)生的壓力荷載，并兼作鋼護(hù)筒導(dǎo)向架和鉆孔平臺。吊桿的主要作用是在圍堰封底時承受混凝土的重量，底板的作用是在圍堰封底時作為混凝土的底托板。

3 下水方案

3#和4#墩鋼圍堰均采用氣囊斷纜法下水。

3.1 3#墩圍堰下水結(jié)構(gòu)

3#墩圍堰在底龍骨下設(shè)置兩塊寬15 m、長69 m，厚18 mm的鋼板作為底托板，每側(cè)底托板下各布置24個φ1.2 m×15 m氣囊，與圍堰側(cè)板和底隔艙一起作為圍堰下水的主要承重結(jié)構(gòu)。

3.2 4#墩圍堰下水結(jié)構(gòu)

4#墩圍堰下水利用底隔艙的兩道長邊作為滑道，由于4#墩圍堰側(cè)板和底隔艙均設(shè)置有刃腳，所以在每道底隔艙下設(shè)置底托架，再鋪設(shè)長67 m、寬8.5 m、厚18 mm的鋼板作為底托板，使底托架底面比圍堰刃腳底低70 cm，保證圍堰在下水過程中不與刃腳發(fā)生碰撞而致使氣囊破裂。

3#(4#)圍堰下水后，為了使底托板(底托架)與圍堰順利分離，底托板(底托架)自重通過在圍堰上設(shè)置鋼絲繩吊掛承受。待圍堰自浮穩(wěn)定后，在水深滿足條件下割除鋼絲繩，使圍堰與底托板(底托架)完全分離。

3.3 河床清淤

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

3.4 坡道清理硬化

圍堰下水前，坡道前端15 m左右需進(jìn)行換填和處理，將1∶10的坡度處理為1∶7，并進(jìn)行換填，保證在下水過程中地基不發(fā)生沉陷。

3.5 布置氣囊

鋼圍堰全面檢查合格后，先將圍堰與地壟通過后纜繩固定相連，后纜繩間設(shè)置斷纜器，按照計算好的氣囊大小及數(shù)量布置氣囊，氣囊位置應(yīng)事先彈線準(zhǔn)確定位，然后按設(shè)計擺設(shè)氣囊，采用15 m3的壓風(fēng)機(jī)對氣囊進(jìn)行充氣將圍堰頂起。3#墩圍堰下水共需φ1.2 m×15 m氣囊48條，4#墩圍堰下水共需φ1.2 m×8 m氣囊48條。

3.6 抽取鋼支凳

待底托板(底托架)與鋼支凳脫空分離后，抽取鋼支凳，再按設(shè)計補(bǔ)充其余氣囊，并充氣，使各氣囊均勻受力。

3.7 圍堰起滑、斷纜、圍堰入水

緩慢勻速放松后纜繩，依靠自重分力鋼圍堰開始下滑，利用滾動的氣囊，順著硬化清理好的坡道勻速滑移。待圍堰距水邊15 m左右(事先撒好石灰的標(biāo)記線處)進(jìn)行斷纜，斷纜應(yīng)保持同步，讓圍堰加速沖入水中，迅速達(dá)到深水區(qū)域。

3.83 #(4#)圍堰與底托板(底托架)分離

為了使圍堰下水后不致順?biāo)鞫タ刂?，事先在距離岸邊約70 m處設(shè)置一艘臨時定位船，設(shè)置臨時拉纜將圍堰與臨時定位船連接，并保證臨時拉纜預(yù)留足夠長度。待圍堰下水后，利用臨時拉纜穩(wěn)定圍堰，并利用臨時定位船上的卷揚(yáng)機(jī)慢慢收緊臨時拉攬，使圍堰在距離河岸約80 m處，水深不小于8 m的情況下，開始圍堰與底托板(底托架)的分離。待圍堰穩(wěn)定后，在附近水域待命的拖輪迅速靠幫圍堰，進(jìn)行拖輪編隊，浮運(yùn)圍堰至墩位。

4 鋼圍堰下水監(jiān)控要點(diǎn)

4.1 鋼圍堰檢查監(jiān)控要點(diǎn)

按照設(shè)計圖紙、《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB 10212—2009)和《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50205—2001)等相關(guān)條款，對圍堰進(jìn)行各項(xiàng)檢查，主控項(xiàng)目檢查要點(diǎn)如表1所示。

表1 鋼圍堰主控項(xiàng)目檢查要點(diǎn)

一般項(xiàng)目的檢查規(guī)定:圍堰制造允許偏差及檢驗(yàn)方法如表2所示;內(nèi)支架分段制作、安裝偏差及檢驗(yàn)方法如表3所示;側(cè)板、底隔艙分段制作偏差及檢驗(yàn)方法如表4所示;底托架制作安裝偏差及檢驗(yàn)方法如表5所示;鋼圍堰拼裝、就位允許偏差和檢驗(yàn)方法如表6所示。

表2 鋼圍堰制造允許偏差及檢驗(yàn)方法

表3 內(nèi)支架分段制作、安裝偏差及檢驗(yàn)方法

表4 側(cè)板、底隔艙分段制作偏差及檢驗(yàn)方法

表5 底托架制作安裝偏差及檢驗(yàn)方法

表6 鋼圍堰拼裝、就位允許偏差和檢驗(yàn)方法

4.2 下水前的準(zhǔn)備及下水過程中的控制要點(diǎn)

4.2.1 下水前的準(zhǔn)備

1)技術(shù)交底

相關(guān)專業(yè)技能交底，參加人員須明確各自職責(zé)，掌握操作要領(lǐng)和控制要點(diǎn)。

2)統(tǒng)一指揮

配備對講機(jī)，調(diào)至同頻率，確保通信指揮設(shè)備狀態(tài)正常。保證指揮的統(tǒng)一性、下水步驟的協(xié)調(diào)性、政令的暢通性、信息共享性，確保圍堰安全平穩(wěn)下水。

3)安全控制

①人員穿戴好勞動防護(hù)用品。②設(shè)置警戒線。圍堰下滑時，氣囊周圍20 m范圍內(nèi)不得有人。③了解作業(yè)區(qū)域水深、流速、河床地質(zhì)等有關(guān)情況，為船舶行駛拋錨和定位做好安全準(zhǔn)備工作。④施工前，應(yīng)與當(dāng)?shù)睾Ｊ虏块T聯(lián)系，商定有關(guān)航運(yùn)和施工的安全事項(xiàng)，并通報有關(guān)單位。⑤應(yīng)配備足量的救生圈和救生衣等救生器材。下水處上、下游各150 m處設(shè)巡邏示警船。⑥具體下水日期要綜合考慮當(dāng)時的天氣、風(fēng)力及潮水位情況，應(yīng)在風(fēng)力較小和無雨水的天氣下進(jìn)行，并盡量選擇高潮位時段。⑦圍堰四周布設(shè)航標(biāo)燈。⑧GPS監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，設(shè)備及附屬設(shè)施(發(fā)電機(jī)、配電柜、氧氣和乙炔等)安置牢固。

4)后錨繩設(shè)置

臨時錨碇系統(tǒng)按圖設(shè)置，地壟結(jié)構(gòu)、卷揚(yáng)機(jī)以及滑車組等后拉纜結(jié)構(gòu)須保證足夠的安全系數(shù)，以確保圍堰在下水前不致失去控制。卷揚(yáng)機(jī)基礎(chǔ)加焊完成，試機(jī)正常，滑車打油。

5)坡道清理硬化

坡道不得存有可能刮破氣囊的尖銳物或突起的固態(tài)物，以免戳穿氣囊，須保證坡道的干凈平整且具有一定的承載力。前端宜整修成圓弧形。坡道不平整、底板不平或地基夯實(shí)不到位，易導(dǎo)致下陷或下滑阻力過大。當(dāng)鋼圍堰無法正常滑移時，可通過調(diào)節(jié)氣囊壓力，間接地調(diào)整下傾坡度，必要時采用裝載機(jī)或拖輪掛鋼絲繩牽引，直至鋼圍堰開始下滑。

6)河床清淤

需對近灘水深進(jìn)行一次復(fù)測，滿足設(shè)計水深后，方可下滑氣囊，否則須進(jìn)行清淤處理，保證圍堰入水處上、下游各10 m范圍內(nèi)水深和拖輪吃水的要求。河床清淤不到位易導(dǎo)致圍堰在河床擱淺。

7)圍堰下水前細(xì)節(jié)檢查

①關(guān)鍵部位的焊縫不得存在漏焊、少焊、氣孔和夾渣等問題。②輔助設(shè)施須進(jìn)行檢查，拉纜不得有破損和燒傷等損傷，與地壟的連接必須牢靠。卸扣必須緊實(shí)不得出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象。底托板和圍堰須有效連接。打磨底托板焊縫，采用鋼管對托板邊緣包邊處理，避免尖銳物劃破氣囊。③吊掛系統(tǒng)中，吊筋上、下端和輔助設(shè)施(頂推架、拉耳、馬口等)焊接質(zhì)量應(yīng)滿足要求。④在側(cè)板外壁上標(biāo)記刻度，以便掌握圍堰入水后的狀態(tài)。

8)下水氣囊安放和充氣

①使用合格氣囊和標(biāo)定合格的壓力表。在氣囊充氣過程中，應(yīng)密切關(guān)注氣囊的漏氣情況，防止局部氣囊受力過大，造成圍堰受力集中而引起破壞。②氣囊應(yīng)對稱布置。③氣囊充氣的順序應(yīng)盡量對稱和分散，相鄰的氣囊分成兩批次充氣，充氣壓力為0.17 MPa，由壓力表控制。④氣囊布置應(yīng)嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行，嚴(yán)格控制充氣壓力，保持鋼圍堰平衡并對氣囊進(jìn)行保護(hù)，防止碰傷或電傷。

9)鋼支凳抽取

抽取鋼支凳時應(yīng)謹(jǐn)慎，不得掛壞氣囊。支承點(diǎn)須清理干凈，并作地面平整，不影響后序氣囊滾動。

4.2.2 下水過程中的控制要點(diǎn)

1)斷纜下放

預(yù)先在離水邊15 m的坡道上，用石灰撒一條標(biāo)記線，拉纜應(yīng)緩慢且勻速放松，在前端不斷補(bǔ)充氣囊，依靠圍堰自重分力使其開始下滑。當(dāng)圍堰達(dá)到標(biāo)記線時，指揮斷纜人員同時打掉脫鉤器，完成斷纜。

2)圍堰入水

圍堰下水速度不宜過大或沖滑不宜太遠(yuǎn)，以免圍堰失去有效控制。下滑距離過短或下水速度不足，易導(dǎo)致圍堰在河床擱淺。

3)圍堰缺陷修補(bǔ)

待圍堰自浮穩(wěn)定后，須查看圍堰是否有破損及漏水現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)破損和漏水，立即采用水泵抽水、專用堵漏材料堵水和補(bǔ)焊等方法及時修補(bǔ)，直至不再漏水。

4)底托板和支撐架的打撈回收

圍堰拖離現(xiàn)場后，打撈船進(jìn)行打撈工作。

5)氣囊回收

圍堰入水后，待圍堰穩(wěn)定，即可安排人員對氣囊進(jìn)行回收。

4.2.3 其它注意事項(xiàng)

1)輔助材料的規(guī)格、型號和數(shù)量應(yīng)滿足現(xiàn)場要求。臨時性拉纜的直徑、連接部位強(qiáng)度和卡環(huán)數(shù)量應(yīng)滿足要求。鋼套箱圍堰與底托板連接的鋼絲繩不宜過細(xì)，數(shù)量不宜過少，宜通過施工分析檢算后合理布置。在下滑或入水過程中鋼絲繩易繃斷，圍堰與底托板相對滑動，會造成底托板或底托架嚴(yán)重變形，刺破底隔艙，導(dǎo)致無法正常分離。

2)編制應(yīng)急救援方案。人員、材料和機(jī)械設(shè)備的數(shù)量、規(guī)格和型號應(yīng)滿足相關(guān)要求。

5 結(jié)語

公安長江公鐵兩用特大橋3#和4#墩基礎(chǔ)施工分別采用雙壁鋼吊箱和鋼套箱圍堰，圍堰采用氣囊法成功下水。本文整理和總結(jié)了現(xiàn)場監(jiān)控中的要點(diǎn)，為類似工程施工提供了經(jīng)驗(yàn)，具有重要的借鑒意義。

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