湘江特大桥钢围堰施工技术

成宏永 杨长海

（齐河县铁道战备舟桥处，山东 齐河 251100）

1 工程概况

新增石长铁路湘江特大桥位于长沙市区西北14km的湘江西岸月亮岛，大桥全长2557.17m，全桥共设57个墩，2个台，其中湘江主河道主跨采用（63.65m+8×96m+61.5m）连续梁；下部结构墩台为桩基承台、单线矩形桥台，桥墩均采用圆端形桥墩，水中墩38#、39#、40#、41#、42#、43#承台均入岩层2-5m，采用钢围堰施工。

湘江水属季节性河流，随季节性雨水变化水位变化较大，短时间内可形成洪水，且40#～42#墩位于深水区有2孔通航航道，湘江通航等级为II（3）级航道，通航净空10m，水中墩施工受通航影响，干扰较大。汛期和枯水季节水位变化达6米左右，风险大。施工水位26.81m，河床标高19.31m～21.31m，河床呈“U”字形。湘江大桥线路方向近E-W向，江水流向近S-N向。

2 施工方案的比选

水中墩基础施工分为“先桩后堰”与“先堰后桩”两种方法：先桩后堰即先搭设水上钻孔平台进行钻孔作业，待钻孔桩完毕后再进行钢围堰施工，然后进行封底与承台作业；先堰后桩即先进行钢围堰与封底施工，然后在钢围堰上布置钻孔平台进行钻孔作业，待钻孔桩完毕后直接在围堰内进行承台作业。

从地质图可以看出，本工程墩位处覆盖层较浅，平台钢管桩打入困难，立桩不稳，搭建固定钻孔平台极为困难，存在很大的安全风险；并且承台大部嵌入岩层，须采用水下钻孔爆破法进行开挖，不宜采用先桩后堰的施工方法。在该工程中采用先堰后桩的施工方法有以下几个优点：

（1）先堰后桩的施工方法可有效克服难以搭建固定钻孔平台和钢护筒埋设困难、易漏浆的施工难题，实践已证明该地址易塌孔漏浆；

（2）可在桩基施工前采用大爆破作业，大面积抓渣、清渣，充分发挥大型设备的性能，工效快、工期短；

（3）避免“先桩后堰”施工时，围堰下沉着床时进行爆破作业对已完工的桩基可能造成的损伤，也避免了“先桩后堰”施工后，无法采用大型爆破和大面积抓渣的情况；

（4）利用下沉到位的双壁钢围堰作为钻孔平台基础结构，仅需铺设平台面层即可进行钻孔作业，可节约大量的平台基础（即钢管桩）材料投入。

故采取先堰后桩施工法，先下沉钢围堰后，以围堰为基础搭设钻孔平台。因工期紧张，浮龙门安装与围堰加工及引爆清渣平行进行，因浮龙门可重复利用、浮平台搭拆的简便快捷等特点，拟采用浮龙门下沉 38#、39#、40#、41#、42#、43# 墩钢围堰，可在雨季来临前完成施工围堰施工任务。

3 施工方案

3.1 施工方案概述

本工艺使用了我处特有的六七式铁路舟桥器材。利用2艘机动舟994顶推10t浮桅杆吊到墩位处上游抛水泥重力锚；在浮龙门空挡处用型钢搭设钢围堰拼装浮平台，用机动舟顶推浮龙门到墩位处固定，钢围堰单元块在加工场预制好后，用平板车与运输船将围堰单元块运至施工墩位处，利用浮吊配合拼装钢围堰，利用浮龙门将拼装好的钢围堰下放到位之后，浇注围堰井壁混凝土、撤出浮龙门、（搭设简易平台以及拼装下一个墩位围堰底节）、放置钢护筒、水下混凝土封底，最后钻孔平台搭设。

3.2 围堰运输及下沉系统的简介

3.2.1 水上起重机械：10t浮吊两台，由10节标准舟节（舟桥器材）拼组为吊机浮体，起重系统用桅杆吊杆件拼装而成，共需2台。施工准备阶段可先拼装浮吊；

3.2.2 水上运输设备：租用100t的驳船运输材料，利用我处器材994机动舟提供动力。

3.2.3 浮龙门：浮龙门结构为16节中-60舟节（舟桥器材）及4个分水节（舟桥器材）组成四条舟体，将两条舟体拼在一起组成一组，两组舟体拉开16m（略大于围堰宽度）空档；将两组舟体通过2组贝雷梁连接成整体（每组贝雷梁为3榀，用铆栓链接，拆装方便）；支墩为8根¢800钢管桩；浮龙门横梁采用两组贝雷梁，每组贝雷梁为3榀；由4台5t的慢速卷扬机提供动力，在贝雷梁上安装4组4轮滑轮组，起重钢丝绳经过6次穿过滑轮组后安装吊钩组成起吊系统，经检算浮龙门结构满足受力的要求，浮龙门结构见下图（A图为立面图，B图为侧面图）（单位：mm）。

A图

B图

3.2.4 浮平台：浮龙门拼组完成后，在浮龙门空挡处安装5组工字钢，前、后各安装一组3I36b长为24m工字钢，中间安装一组2I36b长为24m工字钢，中间间隔各安装一组2I36b长为18m，所有工字钢用螺丝跟浮体链接固定，便以多次拆除与安装。其中中间一组工字钢拆除撤离难度较大，中间对接处采用发轮盘链接，降低作业难度，有力保障了施工安全。

4 施工工艺的说明

4.1 围堰的加工

首先在加工场制作胎具，各种部位杆件集中下料，根据设计结构将各杆件先组装为一小单元块（即将水平环板与水平横撑及水平斜撑角钢为一单元，隔舱板与其龙骨角钢为一单元等），形成流水作业面，最后将各个单元组装起来后，进行集中焊接，进而加快围堰加工速度。

4.2 抛带揽重力锚

经后面计算已通过，在上游抛入2个重为8.5t的重力锚提供的锚碇力足够克服浮龙门及围堰的阻水力，一个墩位上下游各2个重力锚，在通过测量配合，用两艘机动舟顶推浮吊抛重力锚。

4.3 钢围堰拼装下沉施工

4.3.1 将加工好的单元块进行检查与试拼，合格后用平板车运送到码头装船，最后通过运输船与994机动舟运输到墩位处进行拼装。

4.3.2 机动舟顶推浮龙门就位到墩位处后，进行底节围堰的拼装。首先根据围堰外围尺寸在浮平台上放样，为了拼装方便可焊接挡板限位。利用浮吊完成围堰底节的拼装。

4.3.3 围堰底节拼装完成后，安排1人指挥，4人操作卷扬机，4人在4个吊点处观察。吊起围堰底节静止观察几分钟，然后利用2台浮吊拆除浮平台，利用前后浮平台的型钢做好前后及侧面的限位装置，将围堰下放到水中。

4.3.4 围堰的接高、下沉

计算底节围堰的注水高度，底节围堰处于悬浮状态，向各个隔舱内均匀注水，围堰顶出水面好施工时停止注水，利用增减隔舱水来调节上有水对围堰底冲击造成的围堰倾斜。

因船只过往较频繁，水流波动较大。在上部梁贝雷桁架上安装四个倒链与四根钢丝绳，挂在围堰的四个吊耳上，使得围堰稳固，便于接高施工。

围堰接高时将单元块对称接高，防止围堰倾斜。对位时第二节与底节各部杆件应相对应，符合设计尺寸的要求，各个隔舱板及壁板不漏水。随着围堰的接高，调节导链稳固围堰。

第二节拼装焊接完成后，经检查各部位的密封性与焊接质量合格后，向围堰均匀注水继续下沉，同上述接高第三节。

4.3.5 围堰着床

当套箱焊接完毕后，对套箱隔舱内灌水同步下沉并纠偏，当距河床标高50cm左右即停止灌水下沉，用全站仪观测套箱顶上顺桥向的两个点，调整围堰的倾斜和偏位，直到两点的坐标与设计坐标基本相符为止，然后立即启抽水机向隔仓同时注水，使围堰迅速下沉。围堰下沉过程中随时用全站仪监控围堰顶面的4个观测点，发现偏位，立即纠正。

4.3.6 浇注围堰隔舱混凝土

围堰隔舱混凝土浇注施工工艺水下混凝土封底相同，特别注意要控制相邻隔舱混凝土高差，且应从围堰顶标高较大隔舱处浇注。浇注完成后撤出浮龙门，进行另一墩围堰的下沉。

4.3.7 刃脚支垫及封堵

刃脚下到标高后，潜水员下水进行摸底探平，以确保钢围堰的稳定。为保证封底混凝土的可靠性，防止混凝土流失，用袋装水泥及砂子在封堵围堰内刃脚。

4.3.8 搭设平台、安放护筒

支垫完毕后，在钢围堰顶部搭设平台，通过测量确定预留钻孔桩桩位，将护筒从预留孔下放至河床上，待护筒全部沉放固定完毕后，将护筒所有护筒链接起来成一整体，并且在护筒内投放沙袋，确保护筒的稳定的同时，防止水下封底时混凝土流入护筒内。最后进行水下封底。

5 阻水力及锚固检算

5.1 按照本方案基本计算数据

河面宽700m～1000m，平均水深为h=6m，水流速约为v=0.8m/s，桅杆吊浮体的外围尺寸为：l1=129.6m，平均吃水h1=0.4m；浮龙门船外围尺寸为l2=28m×28m，最大浸水深度 h2=0.7m，钢围堰尺寸为：l3=17.2m×14.4m，最大吃水深为h3=8m，出水面4.6m。

5.2 浮体阻水力的检算

其中： V1—挤压后水流速（m/s）;

n1—河床平均水深与浮墩吃水深度之比；

m—浮墩空隙距离与浮墩宽度之比；

u—水流挤压系数，取0.9。

根据上式计算得墩位处水流速：V1=1m/s

围堰着床瞬间阻水力最大工况计算：

式中：f：摩擦系数（铁驳为 0.17，木船为 0.25）；S：驳船浸水面积，约为（m2）；L：浮体浸水线长（m）；B：船宽（m）；T：吃水深度（m）；V：船和水相对移动速度（m/s）φ：水流阻力系数,直方体箱型船取30。F：驳船入水部分垂直水流方向的投影面积（m2），如果驳船截面垂直水流方向则为BT。

根据上式计算：

桅杆吊浮体阻水力R1=3.9kN：浮龙门阻水力R2=5.1kN；钢围堰着河床瞬间阻水力R3=42.9kN

水阻合力为：R=R1+R2+R3=51.9 kN

围堰风阻力：因风向常年多为北风，（跟逆水流方向），可不算。

用2个混凝土重力锚提供锚碇力，每根钢丝绳所需锚碇里为：T1=51.9/2=25.95kN

5.3 锚固的检算

采用活动水泥锚碇：锚定河段最大水深9m，河床有1m多的泥沙。

（1）重力锚尺寸为1.5m×1.5m×1.5m，用钢筋锚与混凝土制作而成，每面伸出4个50cm槽钢。锚重G=1.53×2.4t=8.1t

实际每个重力锚提供的锚碇力R实=43.2KN>25.95KN重力锚满足要求。

（2）锚缆（绳）长度

公式中：R：总阻力（KN）；q：锚缆重量（KN/m）；h：河床到浮驳船顶面高度(m)；5h：锚缆躺在河床上的长度（m）；L：悬缆长度（m）。

取90m即可。

由于河道过往船只过多，实际取120m，Φ 22的钢丝绳的破断拉力为250kN，钢丝绳的安全系数为：250/25.95=9.6，安全系数较大。

锚机拉力为30 KN>25.95KN，锚机拉力满足要求。

6 结束语

实践证明，本方案在实际操作中方便、快捷、可行。有效的缩短了施工工期，避免了季节性雨季和通航的影响，该方案满足了紧张工期的同时，节约成本，提高效益。可供类似环境工程的墩桩基施工参考。

［1］吴德馨,浮桥施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.