大型雙壁鋼圍堰氣囊法下水施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析

永泰長(zhǎng)榮

大型雙壁鋼圍堰體積和質(zhì)量大，其下水作業(yè)難度較大。氣囊法下水施工技術(shù)能很好地解決這一難 題，具有簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。此文以南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋主墩基礎(chǔ)工程為例，介紹深水基礎(chǔ) 大型雙壁鋼圍堰氣囊下水施工技術(shù)的特點(diǎn)及其相應(yīng)的控制技術(shù)和手段，對(duì)施工的具體工藝流程和操 作步驟進(jìn)行詳細(xì)的闡述，對(duì)工程的施工組織設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入分析和探討。

關(guān)鍵詞：雙壁鋼圍堰；氣囊法；下水施工；經(jīng)濟(jì)分析

Abstractarge -gale double wall steel cofferdam s which have big volmes and weights,involvesm any difficulties during undervater operations Launching constructon techniques with air -cap,in the characteristie of simple accurate and econam cal and practical,can easily sove this problem This artcle tak ing main pier oundaton constructions in Nanjing DashengguanYangte River Bridge for exmple,introduces characteristics and relevant conttol technolbgies and measures of hunching constructon with air -cap in the deepwater,and makes a detailed deerpton and further discusson of its constructon process and operatonseps,aswell as constructon organ zaton design and econcm ic periom ance

KeyW ords:double wall steel cofferdan;launching con structon w ith air-cap;econcm ic analyses

鋼圍堰施工采用的氣囊法下水施工技術(shù)始創(chuàng)于 20世紀(jì)90年代末蕪湖長(zhǎng)江大橋的建設(shè)，系借鑒和 引進(jìn)邊緣學(xué)科、軍事工業(yè)和造船工業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，并 消化吸收造船廠用平底駁托起大型輪船下水的方法 而發(fā)明的一項(xiàng)重要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)。京滬高速鐵路南京大 勝關(guān)長(zhǎng)江大橋在這一創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，借助簡(jiǎn)易坡道 和平移設(shè)施，采用氣囊法斷纜下水施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 鋼圍堰整體自浮。2007年12月，亞洲最大最古老 的沉船“南海一號(hào)”出水后，就是采用類似方法被拖 移入廣東陽(yáng)江市海上絲綢之路博物館——水晶宮 的。本文對(duì)該施工技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，以期 為同行提供參考。

南京大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋是京滬高速鐵路的控制性

工程，是滬漢蓉鐵路及南京樞紐的重要組成部分，同 時(shí)還搭載南京市雙線地鐵。大橋全長(zhǎng)9.273 km,主 橋及合建段引橋按六線(京滬高速鐵路雙線、滬漢 蓉鐵路雙線、南京地鐵雙線)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主跨為(108 +192+336+336+192+108)m。水中6號(hào)、7號(hào)、8 號(hào)主墩基礎(chǔ)均采用雙壁鋼圍堰法施工，在圍堰內(nèi)完 成承臺(tái)和部分墩身灌筑。以8號(hào)墩為例，該墩采用 的雙壁鋼吊箱圍堰(簡(jiǎn)稱鋼吊箱)為圓端形，平面尺 寸為80m   ×38m,高 2 6 5m, 壁 厚 2m,質(zhì)量約 6000 t。鋼吊箱分3節(jié)制造，底節(jié)高14.5m,質(zhì)量 約3100 t 中節(jié)高9.3m,質(zhì)量約2100 t 頂節(jié)高32 m,質(zhì)量約800 t。其主要結(jié)構(gòu)由龍骨底板、側(cè)板、主 隔艙、吊桿、內(nèi)支撐桁架及上下導(dǎo)環(huán)組成。底板龍骨 為格構(gòu)式結(jié)構(gòu)，其頂面布置肋板，在底板上縱向設(shè)置 兩組加強(qiáng)桁架，以滿足鋼吊箱下水過(guò)程中底板縱向 剛度的要求。

2 下水方案簡(jiǎn)述

大勝關(guān)長(zhǎng)江大橋鋼吊箱底節(jié)系一防水結(jié)構(gòu)，體  積和質(zhì)量都較大，橫截面面積為蕪湖長(zhǎng)江大橋鋼圍  堰的4～7倍，質(zhì)量為其35倍，故整體下水難度大。 因需要進(jìn)行長(zhǎng)距離的水上浮運(yùn)，加上工期緊迫，在整  體下水方案比選中，只能因地制宜選擇氣囊法下水

坡進(jìn)行換土夯實(shí)、硬化作業(yè)，使之成為坡度為1:10 的臨時(shí)坡道，然后在坡道前端沿下水區(qū)開挖一個(gè)水 深為7m的圍堰自浮區(qū)，以保證鋼吊箱底節(jié)自??；第 二步，利用氣囊托起鋼吊箱底節(jié)，使之在垂直分力和 拖輪牽引力的作用下，沿坡道快速下滑，待其滑至水 邊時(shí)，解除后面的控制拉纜，使之加速?zèng)_入水中并實(shí) 現(xiàn)自浮；最后整體浮運(yùn)至墩位，定位下沉。鋼吊箱下

施工技術(shù)。具體操作步驟為：首先對(duì)臨江的一段斜    水布置見圖1。

3 鋼吊箱底節(jié)下水施工

3.1 工藝流程

圖1 鋼吊箱下水布置示意

深度變?yōu)?.37m,加上底板龍骨高度，箱體總?cè)胨?深約為1.95m。

3.22 坡道坡度調(diào)節(jié)及地基處理

施工準(zhǔn)備一鋼吊箱底節(jié)拼裝，地錨埋設(shè)，坡道換  填土、夯實(shí)平整、硬化、調(diào)整→鋼吊箱下氣囊布置及  充氣一拆除鋼吊箱拼裝支承點(diǎn)一調(diào)整氣囊位置及數(shù)  量→放松后拉纜、鋼吊箱起滑→后拉纜控制鋼吊箱  前行一滑至水邊、斷纜、放滑入水→鋼吊箱整體入  水、自浮、鋼托板脫落一拖輪綁定鋼吊箱、臨時(shí)錨碇、 并割除接高鋼筒一鋼吊箱浮運(yùn)、解除臨時(shí)錨碇，氣囊  法回收鋼托板→場(chǎng)地清理，進(jìn)行下一步工作。

3.2 下水坡道布胃

3.21 吃水深度調(diào)節(jié)

鋼吊箱底節(jié)箱體質(zhì)量為3100 t,入水后可提供 浮力的面積為666m2,吃水深度約為4.35m。為減 小吃水深度，將鋼吊箱底板隔倉(cāng)內(nèi)下導(dǎo)環(huán)處預(yù)留的 46個(gè)鉆孔樁圓孔中的38個(gè)，用鋼筒接高封閉至水 面以上，即除鋼吊箱尾端8個(gè)圓孔外，其余均用 中3.6 ×1.7～3.2m、8=6mm 的鋼筒接高，其底口與 下導(dǎo)環(huán)滿焊，并滿足水密要求，保證倉(cāng)內(nèi)不進(jìn)水。該 方法將可提供浮力的面積增至2260m2, 箱體吃水

(1)坡道坡度調(diào)節(jié)。鋼吊箱底節(jié)由兩排承托在 混凝土面坡道上的15m長(zhǎng)的氣囊組滾動(dòng)前行。坡 道必須平順、勻緩、無(wú)橫坡，寬度大于氣囊長(zhǎng)度。坡 道寬50m、長(zhǎng)70m、平均高約1.5 m。鋼吊箱拼裝 場(chǎng)距江邊水平距約40m,拼裝場(chǎng)至江邊的原始坡度

偏小，約為1:12,鋼吊箱入水十分困難。據(jù)氣囊的

承載特性及受力情況分析，必須保證氣囊的最大工 作高度不小于0.3m,因此必須把坡道分為3個(gè)調(diào) 節(jié)段，坡度由140逐漸調(diào)整為1:10。坡道的調(diào)整 詳見圖2。

  

圖2 河床斷面及坡道調(diào)整示意

(2)坡道地基處理。原始坡道地基的主要成分

是粉細(xì)砂，需換填黏土和碎石；近水面10m 處為淤泥，需進(jìn)行清淤并拋填片石，上鋪10 cm厚6%水泥 穩(wěn)定層，碾壓夯實(shí)；全坡道表層澆混凝土進(jìn)行硬化處 理；在坡道下水處鋪設(shè)兩塊寬15m、長(zhǎng)20m的鋼板 作為坡道路基墊板，保證地基承載力達(dá)到100 kPa  3.3 氣囊布置

(1)氣囊受力計(jì)算。單個(gè)φ1.5m  ×15m氣囊

承載力見表1。

表1  中1.5m氣囊單個(gè)承載力技術(shù)參數(shù)

氣囊工作高度H/m	0.2	0.3	04	0.5	0.6	0.7
單個(gè)氣費(fèi)承載力/	168	151	134	118	100	84

表中工作高度 H,系鋼托板離地面高度，承載力 己考慮2倍的安全系數(shù)。

(2)氣囊用量計(jì)算。氣囊的工作高度 H取 0.5m,鋼吊箱底節(jié)下水的整體質(zhì)量 G=3100  t氣 囊個(gè)數(shù) n=70,則氣囊的安全系數(shù) K為：

K=118n/G=118×70/3100     =266>K(常規(guī) 情況 K?=1.2～1.4)

考慮到鋼吊箱底部氣囊會(huì)存在受力不均勻，在  計(jì)算時(shí)將單個(gè)氣囊的受力控制在150 t 以內(nèi)，選用  70個(gè)氣囊是安全可靠的。為確保施工的順利進(jìn)行， 另需配置20個(gè)備用氣囊。氣囊布置見圖3。

圖3 氣囊布置

(3)氣囊布置與充氣。鋼吊箱底節(jié)拼裝完成  后，其下的氣囊分兩側(cè)對(duì)稱布置于混凝土支墩(支  承點(diǎn))間，間距為2～25m。當(dāng)與支墩位置重合時(shí)， 待支墩拆除后再布置，圓弧段最前端10m 范圍內(nèi)不  考慮布置氣囊。氣囊在充氣前，必須事先布置好地  錨及卷?yè)P(yáng)機(jī)等裝置，并將鋼吊箱錨固牢靠，保證其在  被頂起后不滾動(dòng)滑脫。氣囊充氣應(yīng)盡量對(duì)稱、分散  進(jìn)行，相鄰的氣囊分兩批充氣。當(dāng)氣囊充氣至鋼吊  箱被頂起09m 高時(shí)，鋼吊箱脫離支承點(diǎn)約10 cm,   拆除并清理混凝土支墩及鋼支撐，使地面平整，不致  影響氣囊滾動(dòng)。