彭 柱 羅光財(cái) 鄭袁林

(1.中建五局，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

深水流急區(qū)雙壁鋼圍堰施工測(cè)量技術(shù)

彭 柱 羅光財(cái)1鄭袁林1

(1.中建五局，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

基于對(duì)在建工程武隆烏江大橋主墩雙壁鋼圍堰方案的分析，就深水流急區(qū)域橋梁深水基礎(chǔ)雙壁鋼圍堰施工測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了探討，闡述了首節(jié)鋼圍堰拼裝定位測(cè)量、初步定位及接高測(cè)量等技術(shù)，以供參考。

雙壁鋼圍堰，測(cè)量，定位，橋梁

近二十年來(lái)，因墩位處深水急流區(qū)、地質(zhì)條件復(fù)雜，大型橋梁、特大型橋梁的主墩基礎(chǔ)工程大規(guī)模地采用雙壁鋼圍堰,作為水深流急區(qū)域橋梁復(fù)合式基礎(chǔ)的擋水外圍結(jié)構(gòu)[1-4]。雙壁鋼圍堰，尤其是千噸級(jí)雙壁鋼圍堰，盡管采用了錨碇系統(tǒng)固定，由于結(jié)構(gòu)龐大，同時(shí)還需在水上進(jìn)行分片拼裝接高，圍堰的精確定位受水位、流速的變化、河床面的高差狀況、氣象條件、圍堰的位置以及刃尖標(biāo)高的變化等諸多項(xiàng)因素影響和制約，因此，給施工測(cè)量提出了更高的要求。如何有效地解決雙壁鋼圍堰浮動(dòng)下接高測(cè)量、施工定位、精確著床等施工測(cè)量問(wèn)題，對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想、保證結(jié)構(gòu)理想受力和確保工程質(zhì)量至關(guān)重要[5]。本文以武隆縣土坎烏江大橋?yàn)檩d體，對(duì)深水流急區(qū)域中千級(jí)噸雙壁鋼圍堰的施工測(cè)量技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況及雙壁鋼圍堰方案

在建武隆縣土坎烏江大橋，橋梁跨徑組合為2×25 m連續(xù)箱梁+(96+180+96)m連續(xù)剛構(gòu)+3×30 m連續(xù)箱梁，橋梁總長(zhǎng)度為523.5 m，橋位橫跨烏江，橋位處江面寬約165 m，其中橋梁3號(hào)、4號(hào)主墩位于河流主干道內(nèi)，承臺(tái)頂面設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為167.308 m和165.205 m，承臺(tái)底標(biāo)高為163.308 m和161.205 m，墩位處河床標(biāo)高159.205 m，設(shè)計(jì)勘察期水位標(biāo)高為164.87 m，實(shí)測(cè)常水位標(biāo)高為165.5 m，河床地質(zhì)為砂土層、卵石層。

主墩基礎(chǔ)施工設(shè)計(jì)采用雙壁自浮式鋼圍堰，鋼圍堰外徑19 m，內(nèi)徑17 m，壁厚1.0 m，3號(hào)圍堰高19 m，4號(hào)圍堰高21 m，頂面高程分別為179.308 m，179.205 m，刃腳段圍堰夾壁內(nèi)澆筑水下C25混凝土。鋼圍堰豎向分為4個(gè)節(jié)段，鋼圍堰結(jié)構(gòu)布置如圖1所示，鋼圍堰總重量約1 468 t。

2 首節(jié)鋼圍堰拼裝定位測(cè)量

圍堰均分成12塊，單塊角度45°，如圖1所示，為保證拼裝時(shí)上部重量平衡，不致于使拼裝產(chǎn)生較大傾斜，采用對(duì)角對(duì)稱拼裝，拼裝順序以1，2→7，8→5，6→11，12→3，10→4，9 的順序布置。為保證鋼圍堰幾何外形的正確性，控制圍堰的平面尺寸、圓度和垂直度，在首節(jié)圍堰拼裝前，根據(jù)圍堰尺寸在拼裝平臺(tái)上測(cè)量放出圍堰的中心和每塊圍堰的平面位置，在中心和每塊圍堰的四個(gè)角點(diǎn)位置處用紅油漆標(biāo)明。在吊裝圍堰單塊到位后首先進(jìn)行支墊，再進(jìn)行臨時(shí)支撐設(shè)置。每塊圍堰設(shè)置8個(gè)臨時(shí)支撐點(diǎn)，每側(cè)4個(gè)，通過(guò)手拉葫蘆固定在拼裝平臺(tái)上，如圖2所示。

鋼圍堰垂直度通過(guò)直角三角形原理來(lái)進(jìn)行調(diào)整，首先在拼裝平臺(tái)上定出圍堰底口圓心，圓心到圍堰內(nèi)壁底口的水平距離a為定值(a=19 m),圍堰高度b為定值(b=6 m)，a，b為直角邊，則圍堰內(nèi)壁頂點(diǎn)到圓心的距離c也為定值(c=√a2+b2),即c=19.925 m，原理圖見(jiàn)圖3。通過(guò)葫蘆調(diào)整圍堰內(nèi)壁頂口到圓心的距離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圍堰垂直度的調(diào)整(見(jiàn)圖3)。

最后通過(guò)拉頂口直徑來(lái)校核圍堰拼裝質(zhì)量。按照設(shè)計(jì)要求圍堰頂面中心偏位(順橋向和橫橋向)不大于±20 mm，圍堰平面尺寸誤差不大于±30 mm；同平面直徑差不大于±20 mm，傾斜度不大于H/1 000，高度誤差不大于±10 mm，節(jié)間錯(cuò)臺(tái)不大于2 mm。

3 首節(jié)鋼圍堰的初步定位及接高測(cè)量

在岸上完成首節(jié)鋼圍堰的拼裝后，通過(guò)滑軌和拖船托浮圍堰進(jìn)入橋墩位置，經(jīng)過(guò)初步定位后，再進(jìn)行2層邊接高退思補(bǔ)過(guò)加重(注水)下沉。

3.1 初步定位測(cè)量

為控制鋼圍堰的平面位置及垂直度，首先對(duì)首節(jié)鋼圍堰頂面進(jìn)行精確分中，在其頂確定A，B，C，D四個(gè)對(duì)稱特征點(diǎn)，如圖4所示，通過(guò)測(cè)定四點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)掌握鋼圍堰的實(shí)際位置及姿態(tài)?？紤]到鋼圍堰時(shí)刻處于浮動(dòng)的狀態(tài)，在岸上兩個(gè)通視情況良好的控制點(diǎn)各架設(shè)1臺(tái)高精度全站儀，利用極坐標(biāo)法[5]同時(shí)測(cè)定對(duì)稱軸上兩點(diǎn)(A，B或C，D)的三維坐標(biāo)。由A，B，C，D四個(gè)對(duì)稱特征點(diǎn)實(shí)測(cè)三維坐標(biāo)，可知鋼圍堰對(duì)稱中心O(XO，YO)的實(shí)際平面位置為：

(1)

扭角(AB偏離橋軸線的夾角)為:

(2)

南北方向的垂直度為:

(3)

上下游方向的垂直度為:

(4)

根據(jù)鋼圍堰的實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果來(lái)對(duì)錨碇系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整(見(jiàn)圖5),使鋼圍堰對(duì)稱中心逐步就位到橋墩的設(shè)計(jì)中心,并根據(jù)XC與XD或和YA與YB的差值來(lái)調(diào)整鋼圍堰的扭角使其小于±10′,同時(shí)通過(guò)控制鋼圍堰的各隔艙內(nèi)注水量來(lái)調(diào)節(jié)鋼圍堰的垂直度。各項(xiàng)調(diào)整是相輔相成的，必須通過(guò)反復(fù)進(jìn)行，最終才能達(dá)到允許范圍內(nèi)，控制指標(biāo)為平面位置偏差不大于±20 cm，扭角不大于±20′，垂直度不大于H/1 000。為確保測(cè)量無(wú)誤，應(yīng)在不同的控制點(diǎn)架設(shè)全站儀或交替測(cè)量對(duì)稱特征點(diǎn)，進(jìn)行觀測(cè)比較及檢驗(yàn)。

3.2 鋼圍堰水上拼裝接高

鋼圍堰每節(jié)段分塊在鋼圍堰制作工廠加工完成并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，運(yùn)至墩位處安裝。接高段和首節(jié)段的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求是一樣的，但由于對(duì)于處于水上浮動(dòng)狀態(tài)的鋼圍堰，在接高過(guò)程中，每項(xiàng)指標(biāo)都控制是難經(jīng)實(shí)施的，在接高過(guò)程中，只要控制住傾斜度，其他指標(biāo)就可控制住了。

在土坎烏江大橋鋼圍堰接高過(guò)程中，在底層對(duì)接圍堰的頂口內(nèi)外壁之間焊設(shè)限位卡，一側(cè)用直立型鋼，另一側(cè)為傾斜狀，便于起吊就位。分塊圍堰對(duì)稱就位后，用長(zhǎng)鋼卷尺量頂口距離是否滿足17 m內(nèi)徑尺寸，并采取三角斜邊量距法[5，6]，進(jìn)行垂直度調(diào)整。用3 m長(zhǎng)水平尺靠接縫處內(nèi)外壁，檢查接塊的垂直度。鋼圍堰水上接高到第2節(jié)，圍堰高度10 m，即可進(jìn)行圍堰著床和注水下沉。

4 鋼圍堰精確定位

1)鋼圍堰上口軸線對(duì)稱點(diǎn)尋找。在接后的鋼圍堰頂口再次準(zhǔn)確找出對(duì)稱特征點(diǎn)A，B，C，D(見(jiàn)圖4)。

2)鋼圍堰注水下沉。在鋼圍堰井壁內(nèi)注水，采用兩臺(tái)抽水泵均勻?qū)ΨQ注水下沉，使鋼圍堰下沉至距離河床30 cm～50 cm，在下沉過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)對(duì)錨鏈、錨繩和錨碇設(shè)施進(jìn)行檢查，及時(shí)監(jiān)控錨繩的受力狀態(tài)，并予以及時(shí)調(diào)整，保證各錨繩受力均勻。

3)鋼護(hù)筒下放和鋼圍堰精確定位測(cè)量。鋼圍堰經(jīng)過(guò)接高及注水，體重及吃水深度(僅出浮出水面2 m內(nèi))增大，在風(fēng)浪較小時(shí)，浮動(dòng)很小，測(cè)量?jī)x基本上可以置平，定位鋼護(hù)筒限位架時(shí)，可直接在鋼圍堰上橋軸線方向A(或B)特征點(diǎn)上架設(shè)全站儀控制鋼護(hù)筒的定位。鋼護(hù)筒下放，采取對(duì)稱的兩護(hù)筒同時(shí)下放的方法。在第一對(duì)護(hù)筒即將著床時(shí)，開(kāi)始對(duì)鋼圍堰進(jìn)行精確定位。精確定位的方法與前面的初步定位的方法相同，特征點(diǎn)高程采用水準(zhǔn)儀精確測(cè)量。對(duì)主錨、邊錨及拉纜施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)調(diào)整錨繩和拉纜保證鋼圍堰的平面位置滿足定位精度要求。調(diào)整圍堰上游下拉纜和下游下拉八字尾纜，必要時(shí)采取在隔艙內(nèi)不均勻注水以調(diào)整圍堰的垂直度。精確定位控制指標(biāo)為平面位置橋軸線方向偏差不大于±5 mm，上下游方向軸線方向偏差不大于±10 mm，南北方向高程差不大于±10 mm，上下游方向高程差不大于±20 mm，扭角不大于±10′。在護(hù)筒著床過(guò)程中鋼圍堰精確定位的工作必須全程跟蹤監(jiān)測(cè)，直至多對(duì)成樁完成，鋼圍堰已不再浮動(dòng)為止。在每個(gè)鋼護(hù)筒著床前，要用吊垂線的方法檢測(cè)護(hù)筒的垂直度。

4)鋼圍堰著床測(cè)量。圍堰位置調(diào)整到著床位置后，用四臺(tái)100 m3/h流量的低揚(yáng)程水泵，向各艙內(nèi)均勻注水，保證在下沉?xí)r圍堰的垂直度，使其迅速精確著床。著床后測(cè)量檢查平面位置和傾斜度，若滿足要求，則繼續(xù)往隔艙內(nèi)均勻注水，始終保持圍堰頂水平，逐步實(shí)現(xiàn)圍堰刃腳全線著床。若不滿足，則用下拉纜進(jìn)行調(diào)整，若發(fā)生傾斜，則往標(biāo)高高的隔艙注水調(diào)平。但同時(shí)要保證圍堰隔艙內(nèi)外水面高差控制在6 m范圍內(nèi)。鋼圍堰著床位置精度應(yīng)達(dá)到：中心軸線偏位不大于5 mm。

5)鋼圍堰吸泥下沉和竣工測(cè)量。鋼圍堰精密定位著床后，圍堰繼續(xù)接高并后吸泥下沉。由于圍堰部分已經(jīng)嵌入河床覆蓋層里，圍堰相對(duì)穩(wěn)定，同樣利用全站儀極坐標(biāo)法測(cè)定節(jié)段特征點(diǎn)A，B，C，D的三維坐標(biāo)[7]，求得圍堰的頂面中心偏移及高程、底中心偏移、刃腳高程、扭角、傾斜等圍堰觀測(cè)資料，指導(dǎo)圍堰的接高、下沉和糾偏等的實(shí)施。

表1 3號(hào)、4號(hào)墩鋼圍堰觀測(cè)成果表

圍堰下沉到位著巖后，必須清除干凈圍堰內(nèi)基底，暴露成片的基巖面，以便進(jìn)行圍堰的封底。此時(shí)必須精密測(cè)定圍堰的精確位置，可采用多種方法分別測(cè)量、計(jì)算及校核。在土坎烏江大橋鋼圍堰施工中，仍采用三維極坐標(biāo)法選取4個(gè)導(dǎo)線控制點(diǎn)進(jìn)行閉合測(cè)量，測(cè)定圍堰的頂中心位置，采用水準(zhǔn)儀閉合高程法精確測(cè)量圍堰的頂中心高程，并重新推算圍堰的偏移、傾斜和扭角等。3號(hào)、4號(hào)墩鋼圍堰最后觀測(cè)成果如表1所示。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)武隆縣土坎烏江大橋深水急流區(qū)域基礎(chǔ)的特點(diǎn)采取了一系列的測(cè)控方法，有效地解決了千噸級(jí)雙壁鋼圍堰動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的施工定位、水中接高、精確著床以及鋼護(hù)筒下放、精確定位等問(wèn)題。各道工序得到的檢測(cè)結(jié)果均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，表明了測(cè)控方法對(duì)千噸級(jí)雙壁鋼圍堰定位具有可靠的精度保證，通過(guò)精確定位測(cè)量技術(shù)實(shí)施，獲得了預(yù)期效果和寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)大型深水急流區(qū)橋梁基礎(chǔ)施工具有一定的參考價(jià)值。

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Construction measurement technology of double-wall steel cofferdams in deep water and rapid flow area

PENG Zhu LUO Guang-cai1ZHENG Yuan-lin1

(1.ChinaConstructionFifthEngineeringDivision,Changsha410000,China)

Based on the analysis of the main pier double-wall steel cofferdam scheme at Wujiang Bridge in Wulong in the constructing project, the paper explores the measurement technology of the double-wall steel cofferdams in deep water and rapid flow area, and illustrates the assembly location measurement, the initial location and ascending measurement of the first segment of steel cofferdam, so as to provide some reference.

double-wall steel cofferdam, measurement, location, bridge

1009-6825(2014)11-0246-03

2014-02-02

彭 柱(1979- )，男，工程師; 羅光財(cái)(1979- )，男，工程師; 鄭袁林(1983- )，男，工程師

TU198

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