對(duì)巨型圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河施工的探討

永泰長榮

鑒于長江中下游近些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，河岸兩邊空地較少，即使有空地，場地多大小受限，或距橋址較遠(yuǎn)。傳統(tǒng) 圍堰下河均采用輪軌式下河施工，或氣囊法直線下河，受場地限制較大。圍堰下河采用氣囊法轉(zhuǎn)角度下河，取得了良好的 效果，有效規(guī)避了鋼圍堰下河場地受限的缺點(diǎn)，我們對(duì)此進(jìn)行了施工技術(shù)研究，并結(jié)合實(shí)例加以總結(jié)。

關(guān)鍵詞：巨型；氣囊法；圍堰；轉(zhuǎn)角度；地錨；套箱

1 圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河

1.1 施工工藝流程

巨型圍堰氣囊法轉(zhuǎn)角度下河施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

1.2 圍堰下河前準(zhǔn)備要點(diǎn)

1.2.1 吃水深度計(jì)算

下水自浮穩(wěn)定底托架、底托板脫離后，確定吃水深 度。

1.2.2 國堰下水前的檢查

為確保圍堰順利、安全下水，圍堰下水前應(yīng)安排專 人做詳細(xì)的圍堰檢查，圍堰檢查主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi) 容：

(1)圍堰及其附屬結(jié)構(gòu)的各部位構(gòu)件用料、數(shù)量、 尺寸是否與設(shè)計(jì)圖紙相符。圍堰及其附屬結(jié)構(gòu)的各部  位施工焊縫質(zhì)量尤其是焊縫高度是否滿足設(shè)計(jì)要求， 焊縫焊渣是否及時(shí)清除。

(2)拼接縫對(duì)接處焊縫是否存在錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，部分拼 接縫縫隙如果較大需增加板條處理。

(3)圍堰刃腳與底托架是否抄墊牢固，托架與底隔 艙抄墊是否密實(shí)。

(4)包板處鋼管與鋼板之間焊縫的焊渣是否打磨平 滑，避免劃傷氣囊。做好圍堰水密試驗(yàn)(煤油滲透試

驗(yàn)),確保圍堰下水安全。

1.2.3 下水域道處理

本課題探討項(xiàng)目中圍堰拼裝場地前端到水口的距 離為150m,高差為10.5m, 為保證圍堰調(diào)向和下水的需 要，需將目前的坡道按如下處理：從圍堰的前端往江邊 55m,坡道按1:22處理，此坡道主要用于圍堰的調(diào)向位 置；再往前65m,坡度按1:15處理，此坡道主要用于圍 堰方向調(diào)整后的下滑坡道；再往前30m 左右，坡道按 1:8處理，此坡道用于圍堰下河加速區(qū)。

圍堰下水區(qū)域必須進(jìn)行清淤，清淤的深度根據(jù)實(shí) 際計(jì)算情況確定，但為了保證下水順利，清淤深度按設(shè) 計(jì)要求水深再加深一倍；為保證浮運(yùn)時(shí)拖輪的拖帶，保 證圍堰下底隔艙托架不會(huì)影響拖船靠近圍堰，清淤的 面積應(yīng)盡量增大，不僅僅包含圍堰本體部分；由于圍堰 的轉(zhuǎn)向，相鄰的吊機(jī)軌道與下河滑道相互交叉，在下水 前應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況將吊機(jī)混凝土軌道去除，保證下河 滑道順暢。

對(duì)于圍堰前端的場地，由于江水的回落，圍堰前端 到江邊的水口距離為150m。江水回落后的地基跟原來 的地基的地基承載力有一定的差別，需對(duì)裸露的地基 進(jìn)行重新處理，以達(dá)到承載要求，在水口處擬采用在換 填片石后上鋪麻料的方式進(jìn)行加強(qiáng)。

坡道修整方法：水口部分利用挖機(jī)開挖，換填片石 后鋪麻料，推土機(jī)推平后，利用壓路機(jī)碾壓密實(shí)，其它 位置推土機(jī)直接推坡，鋪麻料碾壓，保證滑道兩側(cè)標(biāo)高 一致。

1.2.4 套箱下水拖拉設(shè)備的配備

為保證圍堰在滑道能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)向和向前移動(dòng)，并 能控制圍堰下滑的速度和大致方向，需要在圍堰上設(shè) 置后拉纜。圍堰初期調(diào)整方向在圍堰拼裝場地前方約60m 范圍內(nèi)進(jìn)行，此坡道的坡比為1:22,則后端的地錨 設(shè)計(jì)拉力約140t。轉(zhuǎn)向后進(jìn)行地錨轉(zhuǎn)換，此時(shí)圍堰在1: 15的坡道上進(jìn)行下滑，位于下滑坡道正后方的地錨設(shè) 計(jì)拉力約200t 。根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)和圍堰的外形結(jié) 構(gòu)，初步確定圍堰下河時(shí)的牽引采用兩點(diǎn)牽引法，牽引 點(diǎn)的位置布置在正對(duì)底隔艙的位置，通過一個(gè)地錨進(jìn) 行固定牽引。初步選定轉(zhuǎn)向用地錨和下滑地錨均采用 設(shè)計(jì)拉力為250t 的地錨，提供圍堰下水過程中圍堰的 牽引。當(dāng)圍堰入水浮起后，圍堰下的18mm 鋼墊板和底 隔艙支架由浮吊進(jìn)行打撈回收。

現(xiàn)場下水設(shè)備和地錨布置為：后端控制圍堰轉(zhuǎn)向 的地錨布置于拼裝圍堰的正端頭35m距離處，與圍堰 內(nèi)隔艙板設(shè)置四個(gè)拉耳。根據(jù)受力要求，地錨需提供約 200t的錨固力，按長7m 寬 6m 深 4m 尺寸布置，地錨結(jié) 構(gòu)為混凝土埋置式，頂與地面平齊，錨力通過外露的錨 環(huán)傳至錨體內(nèi)。在拼裝場地外側(cè)，即圍堰轉(zhuǎn)向下滑坡道 的正后端同樣設(shè)置一個(gè)250t 主地錨?？刂评|通過2 臺(tái)180t 滑車組(15t 卷揚(yáng)機(jī)、六門走十二滑車組)與地牛 相連，在鋼圍堰上設(shè)置牽引耳板，提供地牛牽引索的附 著點(diǎn)，圍堰與托板之間應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)的限位連接。

2 受力計(jì)算與分析

2.1 地龍計(jì)算

根據(jù)下水場地布置，在圍堰后方設(shè)置下水用地龍， 地龍荷載按250t (圍堰自重沿水平方向的分力)設(shè)計(jì)。

2.1.1 地龍抗傾覆計(jì)算

地龍重量：[(7+5)×1/2×6]×4×2.4=345.6t

地龍重心距 A 點(diǎn)距離為：6×(2x7+5)π3×(7+5)]= 3.167m

地龍對(duì)A 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩為：345.6×3.167=1094.5t*m

下滑力對(duì)A 點(diǎn)的傾覆力矩為：250×3=750t·m

穩(wěn)定系數(shù) K=1094.5/750=1.46>1.4

地錨背側(cè)被動(dòng)土壓力未計(jì)入，為安全儲(chǔ)備，實(shí)際穩(wěn) 定系數(shù)大于1.46。

2.1.2  預(yù)埋件計(jì)算

單個(gè)預(yù)埋件設(shè)計(jì)荷載為250t,單個(gè)鋼銷受力125t, 鋼銷直徑為120mm:

鋼銷抗剪計(jì)算：125×107(0.785×1202×2)=55.25MPa< 120MPa。

孔壁承壓計(jì)算：125×109(80×120)=130.2MPa<

200MPa。

預(yù)埋件與混凝土粘結(jié)力計(jì)算：125×10(500×2×

3897)=0.32MPa<0.79MPa。

2.2 氣囊計(jì)算

2.2.1  氣囊參數(shù)

采用直徑1.2m, 長 8m(有效長度按7m 考慮)氣囊。

氣囊間距2.5m,共54個(gè)，具體技術(shù)參數(shù)如表1。

表1氣囊參數(shù)表

直徑(m	)工作壓力	工作高度(m)	單位長度承載力(um)	氣囊長度(m)	氣囊承載力4)
1.2	0.17MPa	0.7	13.62	7	95.3
		0.6	16.34	7	114.4
		0.5	19.07	7	133.5
		0.4	21.79	7	152.5
		03	24.51	7	171.6
		0.2	27.24	7	190.7

根據(jù)以上參數(shù)，單個(gè)氣囊可以簡化為剛度系數(shù)為 190t/m的彈簧受力。

2.2.2  鋼圍堰下河地形

由于目前拼裝下河場地尚未明確，因此僅考慮入 水段坡度，經(jīng)試算，圍堰入水處坡度為1:8時(shí)，圍堰下 河較為安全。假定起滑時(shí)圍堰情況如下：

圖2圍堰下河布置圖

氣囊在岸上拼裝時(shí)，54個(gè)氣囊平均受力，單個(gè)氣囊 受力約34t, 此時(shí)，根據(jù)剛度系數(shù)反算出氣囊工作高度

為：1.2-34/190=1.0m。

2.2.3 計(jì)算假定

圍堰自重忽略坡度影響；圍堰剛度相對(duì)很大，假定 為一剛體；氣囊受力假定為彈性體；同樣時(shí)間里，圍堰 下滑長度為氣囊移動(dòng)長度的2倍；氣囊入水后即不考

慮其作用；下河過程中，假定地基不發(fā)生沉降。

2.2.4 模型參數(shù)

整個(gè)下水過程分成8個(gè)工況計(jì)算。每個(gè)工況采用 MIDAS 建立計(jì)算模型，建模考慮單根滑道承受0.55倍 總重量。

單元長度總長78m,   設(shè)定材料彈性模量為：2.1× 10°N/mm3,  使梁為一無限大的剛體(相對(duì)而言);單元截 面為1m×1m 矩形截面，材料容重為：130.5kN/m3。

浮力：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，建立三維實(shí)體，根據(jù)每個(gè)工 況下入水長度截取體積與浮心。

約束條件采用只受壓桿件模擬，根據(jù)氣囊參數(shù)，取 彈性系數(shù)為190t/m。每隔2.5m 設(shè)置一個(gè)，共27個(gè)。計(jì)

算簡圖如下：