公安长江公铁两用特大桥3号墩双壁钢吊箱围堰设计

章耀林

(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300)

公安长江公铁两用特大桥3号墩双壁钢吊箱围堰设计

章耀林

(中国铁建大桥工程局集团有限公司，天津300300)

公安长江公铁两用特大桥主桥为(98+182+518+182+98)m的双塔双索面钢桁梁斜拉桥，其3#桥塔墩采用变直径钻孔摩擦桩基础。3#墩基础施工采用双壁钢吊箱围堰方案。围堰为圆端形结构，尺寸为68.2 m(长)×40.0 m(宽)×23.5 m(高)，分2节，底节高18.0 m，顶节为单壁，双壁厚2.0 m。该围堰的设计充分考虑了其建造、运输和运营阶段的主要工况，并结合现场实时反馈的情况对围堰结构进行结构修改和检算。计算结果和工程实践均表明围堰结构合理、可靠。

公铁两用桥;斜拉桥;桩基础;钢吊箱围堰;设计

1　工程概况

公安长江公铁两用特大桥位于湖北省荆州市，大桥由江陵县向南跨越长江连接公安县。公安长江公铁两用特大桥上层为设计时速100 km/h双向4车道高速公路，下层为国铁双线I级铁路，全长6 317.822 m。其中主桥为(98+182+518+182+98)m的双塔双索面钢桁梁斜拉桥，由北向南依次为1#～6#墩(3#，4#墩为主桥的桥塔墩)。3#墩基础采用36根2.8 m钻孔灌注桩，桩长85 m。桩长范围均为覆盖层，地层结构主要为粉细砂和细圆砾土。3#墩处原河床的高程约+13.250 m，一般冲刷后高程为+4.300 m，局部冲刷后高程为+2.740 m。3#墩承台平面尺寸为58.4 m× 33.6 m，厚6.0 m，承台顶高程为+21.450 m，承台底高程为+15.450 m。3#墩基础布置见图1。

图1　3#墩基础布置(单位:m)

3#墩处100年一遇洪水位为+41.480 m，20年一遇洪水位为+39.770 m。洪水期水流流速2.5 m/s。水位最高时段为6月至10月，水位最低时段为当年12月至次年3月，高水位与低水位相差约8 m。

2　3　#墩基础施工方案

根据工期计划安排，3#墩钻孔桩在汛期施工，承台安排在枯水期施工。钢吊箱围堰在钻孔桩施工期间的设防水位为+38.5 m，承台施工期间最大抽水水位按+34.0 m控制。综合考虑水文地质、环境条件、施工资源等因素，确定基础采用双壁钢吊箱围堰方案。

总体施工步骤是“先围堰后平台”:先制造钢围堰，底节围堰浮运到位后插打钻孔桩钢护筒，然后围堰挂设于钢护筒上，形成钻孔桩施工平台;钻孔桩施工完毕后，围堰加高(安装上节围堰)后下放到设计高程，封底，围堰内抽水，施工承台。

3　双壁钢吊箱围堰的设计

3.1双壁钢围堰结构

3#墩钢吊箱围堰分2节，底节围堰高18 m，顶节围堰(单壁结构)高5.5 m，顶节在工厂内分块制造，在墩位处拼装接高。围堰尺寸为68.2 m(横桥向)× 40.0 m(顺桥向)×23.5 m(高)，壁厚2 m。3#墩围堰布置见图2。

3#墩双壁钢吊箱围堰主要构件均采用Q235B钢材，除壁板、水平环板和底板面板采用钢板外，其余构件均采用型钢。围堰主要构件参数见表1。除表1所列构件外，围堰上还需设置一些辅助构件，如围堰下河用拉耳、围堰定位用马口等。

图2　3#墩围堰布置(单位:m)

表1　3#墩围堰构件参数mm

3.2围堰计算工况

根据围堰加工—运输—施工的全过程，将围堰的计算分为8个工况。

1)工况1:围堰下水前

图3　围堰下水布置(单位:m)

图4　3#墩围堰锚碇系统布置

公安长江公铁两用特大桥3#墩围堰底节采用气囊法下河。在下河前，底节围堰位于坡度1∶10的斜坡上，并用地垄临时锚固围堰。围堰下河布置见图3。此工况主要分析围堰下河拉缆和围堰上拉耳的受力情况。

2)工况2:围堰下水和浮运

围堰下水准备工作完成后断缆，在自重作用下，由气囊托起围堰沿坡道滑入水中。围堰的底隔仓和围堰壁提供浮力，使得围堰能自浮于水面。然后用拖轮将围堰浮运至墩位处。此工况主要计算围堰的浮运稳定性和吃水深度。

3)工况3:围堰定位

3#墩围堰浮运到墩位后需要借助拉缆定位。定位时设置前后定位船，水中抛设霍尔锚、岸上设置地垄，围堰上设置转向马口。3#墩钢围堰锚碇系统布置见图4。此工况主要分析锚碇和拉缆马口的受力情况。

4)工况4:围堰挂桩、渡洪

底节围堰下水浮运到位后，利用锚碇系统精确定位，浮吊插打14根定位钢护筒，调整围堰井壁内水位，安装挂桩牛腿，使定位钢护筒与围堰固结形成平台，36根桩基础分6个循环进行钻孔。钻孔桩施工期间，依靠14根定位钢护筒与围堰形成的钻孔平台渡洪。渡洪期间最高水位为+38.5 m、最大流速为2.5 m/s。此时，设计荷载为钻机重量、水流力、围堰自重、围堰浮力。此工况下，主要分析内支架受力、护筒的入土深度以及护筒受力情况。

5)工况5:围堰吊放系统计算

根据施工步骤，在钻孔桩施工完成后围堰需要接高、下放，二次挂桩。考虑到在低水位(+28.000 m)时，钢围堰的浮力小于其重力，故需要设置吊放系统，见图5。将围堰先吊起，待解除围堰挂装设备后，再下放围堰到设计高程，进行二次挂装。

图5　3#墩围堰吊放系统(长度:mm;高程:m)

本文取+28.000 m施工水位计算围堰吊放系统，一共利用4根钻孔桩钢护筒(1#，6#，31#，36#)作为支撑，每根钢护筒处采用8根32精轧螺纹钢筋(PSB930)吊放围堰。吊放系统布置见图6。由于1#，36#护筒偏位较大，将吊点位置水平转动90°。

图6　3#墩围堰吊放系统布置(单位:mm)

6)工况6:围堰下沉

钻孔桩施工完毕后，接高围堰。当水位较高时，围堰浮力大于其自重，故在围堰井壁内注水下沉围堰。围堰下沉时，由于底隔舱已全部入水，所以围堰总重靠围堰井壁提供的浮力平衡，围堰井壁承受由围堰自重吃水产生的水压力。此时，围堰井壁内外产生由自重引起的水头差，设计荷载为围堰井壁内外水头差引起的水压力。此工况下，主要分析侧板受力情况。

7)工况7:围堰封底

围堰下沉到位时，二次挂桩，施工封底混凝土。此时，封底混凝土重量由吊杆传递至内支架，最后由挂桩牛腿承受。此时，设计荷载为封底混凝土浮重、围堰自重、围堰浮力。此工况下，主要分析底板、底龙骨、吊挂、内支架受力情况。

8)工况8:围堰内抽水

封底混凝土达到设计强度后，施工围堰井壁内填充混凝土，围堰内抽水至承台底，施工承台。此时，围堰外最高抽水水位按+34.0 m设计，围堰承受围堰内外水头差产生的水压力。此工况下，主要分析填充混凝土以上的侧板、内支架、封底混凝土的受力情况，围堰抗浮计算(封底混凝土与护筒间粘结力)，以及低水位施工承台时，封底混凝土与护筒间粘结力的计算。3.3计算结果

经上述各工况的计算分析得到围堰各主要构件的应力，见表2。计算结果表明，在整个施工过程中，各构件受力均满足相关规范要求。

表2　3#墩围堰主要构件应力

4　结语

在公安长江公铁两用特大桥3#墩双壁钢吊箱围设计过程中，根据施工现场的施工情况和水文条件，对围堰的结构不断优化设计，以方便施工、节省投资。同时考虑施工中可能发生的实际情况对结构进行了检算，确保了结构安全。经实际工程检验，证明了该围堰的设计是合理、可靠的，可为后续同类桥梁基础的施工提供借鉴。

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［12］中华人民共和国交通运输部．JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范［S］．北京:人民交通出版社，2011．

(责任审编 郑冰)

Design of No．3 Pier Double-walled Steel Boxed Cofferdam of Gong'an Yangtze River Rail-cum-road Super-long Bridge

ZHANG Yaolin
(China Railway Construction Bridge Engineering Bureau Group Co．，Ltd．，Tianjin 300300，China)

T he main bridge of Gong'an Yangtze river rail-cum-road super-long bridge is a double-pylon and doublecable plane steel truss girder cable-stayed bridge with span arrangement of(98+182+518+182+98)m．The foundation for the No．3 pylon pier is the one of frictional bored piles with variable diam eters and constructed by the schem e of double-wall steel boxed cofferdam．The cofferdam is a round-end structure with a size of 68.2m long，40m wide and 23.5m high，which is divided into two lifts with the bottom lift being 18.0m high and the top lift being a single wall，the double-wall thickness is 2.0m．On the basis of fully considering the main working condition of the cofferdam within its construction，transportation and operation stages，com bining the situation of real-time feedback，the cofferdam structure was designed and checked．The calculation and engineering practice prove that the cofferdam structure is reasonab le and reliable．

Rail-cum-road bridge;Cable-stayed bridge;Pile foundation;Steel boxed cofferdam;Design

U445.55;U448.27

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．11

1003-1995(2016)11-0042-04

2016-04-24;

2016-09-07

章耀林(1984—)，男，工程师，硕士。