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深水基础钢围堰施工技术


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文章编号: ( 1671 -2579 2005 ) 04 -0128 -03

第25 卷

第4 期

深水基础钢围堰施工技术
傅琼阁
(长沙理工大学,湖南 长沙 410076 ) 摘 要:介绍了武汉军山大桥深水基础钢围堰的施工方法及施工步骤, 并对异形钢围堰

的受力情况进行了分析, 产生的技术效果良好, 可为深水基础的设计和施工提供参考。 关键词:武汉军山长江公路大桥;异型钢围堰;深水基础

! 工程概述
武汉军山长江公路大桥位于武汉市西南郊武汉关 上游约28 k m 处, 是京珠、 沪蓉两条国道主干线跨越 长江共用的特大桥, 也是武汉市外环公路的过江工程。 主桥为48 + 204 + 460 + 204 + 48 m 五跨连续双塔双索 面半漂 浮 体 系 钢 箱 梁 斜 拉 桥, 设 计 行 车 速 度 为 120 设计荷载为汽车 - 超 20 级, 双向六车道。主梁 k m/ h, 钢箱梁高3 m , 宽38 .8 m , 宽度居国内同类桥梁之首。

斜拉索全桥共设 4 > 18 对, 顺桥向标准间距为 12 m , 横桥向间距为36 m 。主塔高 163 .6 m , 主塔基础采用 桩长40 " 进入微风 19 根! 2 .5 m 的钻孔灌注桩, 42 m , 化岩层8 m , 桩顶以上是直径 30 m 、 厚 6 m 的圆形承 台。主塔基础采用双壁钢围堰挡水结构进行施工, 钢 围堰内径30 m , 外径33 m ; 围堰总高30 .5 m 。采用异 形钢围堰, 即在圆形钢围堰的上下游处焊接两个簸箕 形构 造, 以方便塔柱变化处的施工 (图 1 ) 。工 程 于 1999 年1 月开工, 2001 年11 月建成通车。

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 水下混凝土成桩。本基桩施工采用导向钻杆技术和新 围堰体系、 基桩、 承台等构造的多项技术指标非常先 的钻头配重方式, 解决了钻孔高度大、 钻杆自由长度大 的钻孔施工难题, 保证了两塔42 根3 m 大直径钻孔灌 注桩成功的施工。 " .# 承台施工 南北主塔承台在钢围堰内抽水后, 以围堰内壁为 侧模, 在桩顶部钢护筒上搭设底模进行浇筑。承台施 工通过采用分层、 布散热管通水散热、 选定低水化热的 混凝土配比、 浇完蓄水等措施, 控制了大体积混凝土施 工的温差影响, 保证了承台施工质量。 进。在设计和施工中, 采用了先进的钢围堰、 基桩、 封 底混凝土、 承台的复合基础结构。研究决定将钢围堰 由嵌岩改为着岩、 对基桩结构进行优化, 选定钢围堰施 工的有利时机, 布设钢围堰全铁锚锚碇系统, 布置基础 施工漂浮状态的吊装设施, 采用水陆两栖方式供应封 底混凝土, 采用先进的基桩清水钻孔工艺及承台大体 积温控技术, 以及所进行的其他一系列技术工作, 保证 了结构先进、 合理、 安全, 其施工质量、 安全和工期都达 到了很好的状况。因此, 南京长江第二大桥深水基础 的设计和施工技术达到了国内领先、 世界一流水平。

# 总结
南京长江第二大桥的深水基础, 工程规模大, 设 计、 施工难度大。 其地质、 水文等施工条件很不利, 钢

参考文献:
[ 公路桥涵施工技术规范 [S ] 1 ] JT J 041 -2000 , . [ ] , 公路斜拉桥设计规范 [ ] 2 JT J 027 -96 S .

收稿日期: (修改稿) 2005 -01 -13 作者简介: 傅琼阁, 男, 硕士研究生, 工程师.

深水基础钢围堰施工技术 4 期 129 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !

图! 大型异形钢围堰一般构造图 (标高单位为 m , 其他单位为c m )

位, 将首节钢围堰在岸边拼装焊接成整体, 浮运至墩位

" 异形钢围堰的施工
在武汉军山长江公路大桥主 6 # 索塔墩施工过程 中, 由于桥面很宽, 如果按常规设计, 钢围堰的直径将 达到44 m 。大桥设计和施工单位参照传统的圆形钢 围堰的设计, 创造性地采用了异形双壁钢围堰, 巧妙地 把圆形和特殊的簸箕形结合在一起, 以满足施工中不 同施工时间的需要。异形钢围堰采用 @235 - A 级钢 材, 平面为圆形外加 2 个簸箕形, 分 6 个节段, 簸箕形 构造分两期制作安装。为防止发生渗漏, 浇筑封底混 凝上, 与钢围堰作为整体抵抗浮力的作用, 在钢围堰刃 脚段内壁板上设置了抗剪环板。该结构在承台施工高 水位差 (围堰内外设计水位差为 22 m ) 的情况下为圆 形结构受力, 这样充分发挥了圆形钢围堰结构受力条 件好的特点。在下塔柱施工时, 长江水位已经降至 16 (钢围堰内外水位差为 8 .5 m ) , 此时抽空簸箕形构 m 造与圆形构造之间的水, 切割与下塔柱相干扰的部分 钢围堰, 钢围堰就由圆形结构转化成异形结构。这样 既满足了基础各施工阶段的要求, 方便了施工, 又节省 了大量钢材, 缩短了工期, 保证了结构在渡洪期间的安 全。由于异形双壁钢围堰的使用在国内是首次, 施工 中遇到了许多新问题: 缺少现 ① 异形结构受力复杂, 有的参考资料, 计算分析复杂而且十分重要。为此, 采 用了精确的模型进行各种工况下的受力分析; ② 由于 河床水域受限, 为了施工方便, 采用了单导向船定位。 对于首次采用的定位方法, 进行了详细的安排和组织; 无覆盖层, 钢围堰着床后稳定性不 ③ 河床冲刷严重, 易保证。 异形钢围堰的施工步骤: ① 首节钢围堰制造与定

处初定位; 调平围堰, 以后的 ② 在首节钢围堰锁定后, 每一节段均在拼装船上组拼焊接成整体, 运到墩位处, 每接高一 以250 t 浮吊整节起吊与下一节进行焊接, 节即均匀灌水下沉。当围堰接高下沉至刃尖距河床 然后均匀灌水, 快速实 0 .5 m 左右时对围堰精确定位, 施钢围堰刃脚的着床, 然后均匀吸泥稳步下沉即可实 现钢围堰的着岩。并对钢围堰采取有效的稳定措施, 以整平围堰、 抵抗水流冲击和冲刷, 牢固地稳定围堰; 预计下沉着床时间短, 故对锚碇系统的布设极为简化, 利用打桩船作定位船, 充分利用其上的绞车和锚缆设 施。导向船利用一艘起重船在主航道一侧导向, 用钢 丝缆将钢围堰环绕系在起重船上, 岸侧设有三条岸缆, 考虑到钢围堰着床时覆盖层冲刷无几, 采取了抛筑钢 筋网石笼加固措施。钢围堰的锚碇系统是采用一条导 向船和一条定位船的方案, 导向船和定位船均自成体 系, 自身稳定性及调节能力强, 能抵抗水流力、 风压力 及船舶撞击, 通过定位船来抵抗围堰所承受的水流力, 通过导向船来稳定和调整钢围堰, 并在钢围堰另侧设 下放钻孔钢 拉缆平衡稳定钢围堰; ③ 钢围堰内清基、 护筒、 封底钢围堰。清基后, 根据 19 根钻孔桩的设计 布置, 将钻孔钢护筒插入定位架中, 焊接固定。再对钢 围堰进行水下混凝土浇注封底; ④ 钻孔桩施工。钢围 堰封底完成后, 即进行钻孔桩施工、 抽水、 桩头处理和 清除围堰内的杂物、 凿平封底混凝土, 浇注垫层混凝 开始索塔的 土, 绑扎承台钢筋; ⑤ 承台施工完成后, 施工。

# 异形钢围堰的受力分析
异形钢围堰受力计算分悬浮阶段及浇注承台前钢

中 外 公 路 25 卷 130 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 围堰最大抽水状态两种工况。钢围堰受力的主要计算 荷载有静水压力、 动水压力、 船舶撞击力、 浪击力、 风荷 载、 施工荷载以及壅水所产生的压力等。异形钢围堰 空间分析计算根据桥址处多年月平均水位以及下塔柱 施工与钢围堰切割不同的工序安排, 拟定了 3 种计算 工况, 并对各工况均进行静力分析, 并为避免钢围堰结 构发生共振, 同时希望通过振型分析找到结构的薄弱 环节, 对后两种工况还进行动力分析计算。另外还进 行了钢围堰的抗滑、 抗倾覆、 抗浮稳定性验算。静力计 算结果表明, 钢围堰各部分在实际施工状态的控制应 力均符合要求。振型分析结果显示, 钢围堰 1 、 2 阶振 型的主要变形形式非常类似于最简单的圆环振型。稳 定性验算中, 抗滑、 抗倾覆、 抗浮安全系数分别为2 .4 、 均满足要求。 3 .8 、 1 .3 , 下塔柱施工期间, 簸箕形构造范围内圆形部分分 两期切割, 为了掌握钢围堰在切割过程中的应力状态, 确保施工安全, 对其进行了应力监控。钢围堰受力工 况有: 下沉状态、 着床状态、 最大抽水状态、 一期切割完 成、 二期切割完成等。从钢围堰各部位理论计算及根 据测试结果计算的应力值对比可以看出: 各部位的应 力值均在容许范围内, 异形钢围堰处于最不利状态时, 结构是安全的, 应力变化值也较小。应力监测和分析 结果有效地指导了钢围堰的切割施工。 军山长江公路大桥的主塔异形钢围堰, 也可以做 成矩形、 圆端形或多边形 (例如温州大桥主塔的八边形 围堰) , 其在设计施工方面的成功经验, 在一定程度上 填补了国内基础设计和施工技术的空白, 极大地丰富 了我国的深水基础建设的内容, 并且给围堰施工的深 水基础的设计和施工提供了参考。

" 结论
( 选用大型异形双壁钢围 1 )针对主塔结构特点, 堰方案, 在满足主塔基础及下塔柱施工需要的前提下, 与常规圆形围堰相比, 可大幅度减少围堰规模, 显著降 低造价。 ( 长江枯水期水流小的条件 2 )在深水无覆盖层, 下, 成功地采用单导向船定位、 下沉大型异形双壁钢围 堰。该方案与传统双导向船方案相比, 有效地缩短了 工期, 降低了成本。 ( 3 )大型异形钢围堰前阶段应变理论计算值与实 测值基本一致的结果表明: 本文的计算方法是可行的, 考虑的工况是合理的。 ( 4 )异形双壁钢围堰的混凝土封底的施工工艺和 质量控制方法非常重要, 必须引起高度重视。 ( 5 )钢围堰节间环板的厚度应尽量采用较厚的钢 板, 因为实际研究与施工时, 上下两节必然会产生一定 的偏差, 竖向加劲肋在节间需通过节间环板传力, 节间 环板采用厚板有利于节段间的传力。为了改善异形钢 围堰在转点处的局部应力, 增设角点板能有效地降低 转点处的局部应力。 参考文献:
[ [ 1 ] 李军堂. 芜湖长江大桥双壁钢围堰施工 J] . 铁道建筑, ( ) 2000 5 . [ [ 2 ] 陈明宪. 大型桥梁深水基础的设计与施工 J] . 湖南交通 科技, (增刊) 1994 . [ [ 3 ] 项海帆. 21 世纪世界桥梁工程的展望 J] . 土木工程学 报, ( 2000 3) . [ [ 4 ] 林丙潮. 公路桥梁深水桩基础若干问题的探讨 J] . 重庆 交通学院学报, ( 2001 5) .

! 产生的技术效果
武汉军山长江公路大桥, 在不利的水文地质条件 下, 经过经济合理的设计, 在国内首次采用了大型异形 双壁钢围堰钻孔基础, 在长江上施工取得了成功, 并且 积累了丰富的实践经验。如前所述, 因本桥桥面很宽, 索塔下塔柱的斜率又较大, 异形双壁钢围堰的采用优 点明显。通过对比可知, 异形双壁钢围堰较常规圆形 钢围堰, 几何尺寸小, 材料用量省 (钢材节省 32 .8 % , 混凝土节省68 .9 % ) 。本桥采用的异形钢围堰有其独 特的施工技术特点: 节省投资 ! 适合工程建设实际, 和缩短工期, 结构安全。 " 施工工序单一, 主要是拼 装、 焊接, 施工方便。 # 灌水下沉, 如果发生偏移, 可 以排水上浮。$ 部分钢围堰可以回收利用。


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