钢围堰施工技术

南京大胜关长江大桥主桥3#墩

钢套箱围堰施工技术

中铁大桥局四公司南京大胜关长江大桥项目部

二〇〇七年十二月

1．工程概况

南京大胜关长江大桥位于既有南京长江大桥上游约20㎞的大胜关桥位，已建成的南京长江三桥位于本桥位下游1.55㎞，距长江入海口约350公里。大胜关桥是规划中沪汉蓉铁路和南京市地铁跨越长江的重要通道。

主桥上部结构为2联（2×84m）连续钢桁梁+（108+192+336×2+192+108）m六跨连续钢桁拱，全长1615m。主桥3#墩是B联2x84m钢桁连续梁中间固定墩，钻孔桩直径2.5m，桩长85.2m，呈纵向4排横向7排布臵；承台呈矩形，平面尺寸为41m×24.5m，顶面标高0.0m、底面标高-5.0m。

1.1地质情况

3#墩位于长江北侧河槽浅水区，河床面高程为-2.99m，覆盖层厚度大，由上至下分为四大层，第①大层为填筑土及全新统河成相最新沉积的松散状细砂层，厚度20.91m；第②大层缺失；第③大层，主要由全新统河床相地层，主要由中、细砂组成，中密状为主，局部段顶部呈稍密状，厚21.09m；底部为第④大层，主要由上更新统河床相粗颗粒的中、粗砾砂组成，呈密实状，厚14.8m。该段下伏基岩为白垩系成岩程度差的泥岩、泥质粉砂岩，岩质软弱，基岩岩面平缓，岩面高程-59.79m。

围堰处饱和松散状细砂基本承载力[σ0]=190Kpa，极限摩阻力τ=25Kpa。 1.2水文特征

潮汐：桥址河段处于感潮区内，潮汐为不正规半日潮，潮差较小，水流基本为单向流，河床演变及造床作用主要受上游泾流控制。平均涨潮时间为8.5小时左右，平均落潮时间为3.8小时左右。

潮位：最高潮位+8.78m，最低潮位-0.03m，多年平均潮位3.65m，汛期最大潮差1.31m，枯季最大潮差1.56m，平均涨潮潮差0.52m。

流速：长江流域以雨洪迳流为主，每年5～10月为汛期，11月～翌年4月为枯水期，洪峰多出现在6～8月，1月或2月水位最低。洪水期主流表面最大流速2.28m/s，中水期主流表面最大流速为2.75m/s。

水位：二十年一遇洪水位+7.99m。围堰拼装及下放在枯水期（11月～翌年4月），此阶段最高施工水位为+3.0m。

1.3施工冲刷

按铁路工程设计技术手册《桥渡水文》有关冲刷公式进行分析计算，渡洪水位取+8.0m，流速2.0m/s,经计算一般冲刷-6.0m，局部冲刷-21.52m。

2．施工方案

2.1平台、围堰结构形式

根据施工进度及河床标高、水位等因素综合考虑，3#墩基础施工采用先平台后围堰的方案，钻孔施工平台为型钢梁+支撑桩式，承台施工挡水结构为双壁钢套箱围堰。

钻孔施工平台分为钻孔平台和作业平台两部分，平台上设一台120t〃m动臂塔吊配合施工。平台由支承钢管桩、钢护筒和梁系组成。支承桩为φ1200mm，壁厚为12mm的螺旋钢管桩，钢护筒上端设支承牛腿，平台梁系支承在钢管支承桩和护筒牛腿上。平台结构型式见图1。

图1钻孔桩施工平台结构图

钢套箱围堰总高14.5m，分两节，其中顶节（单壁）高1.5m，围堰下放就位后安装，底节（双壁）高13m，壁厚1.6m，围堰平面尺寸（外壁）为44.4m×27.9m，自重约800t。围堰刃脚部分高2.0m（体积221.12m3），围堰外周长144.6m，设计有16个

封闭隔仓。围堰封底厚度2.5m。具体见下图2。

图2 钢套箱围堰结构图

2.2钢围堰施工方案比选

钢套箱围堰施工包括拼装及下放两部分，常用的方案有墩位处拼装+扁担梁+吊挂系统下放，或岸上（岸边）拼装浮运就位+大型浮吊下放。两种方案比选见下表： 比选方案一 内容 岸上组拼浮运+大型浮吊下放 1.岸上拼装围堰施工条件良好，充分利用现有场地设施。已成功实施过4#、5#、6#墩吊箱和套箱钢围堰的组优 拼和浮运，方案与本墩相似，具有可点 控性。 2.钻孔施工和围堰组拼平行施工，工序衔接紧密可有效压缩施工工期。 1.使用方式受限。大型浮吊吊放钢围堰虽吊装作业时间短，但对围堰所处河床要求较高，所占水域较大，不可缺 见因素多，事先需要做好清淤平整工点 作，工程量较大。 2.施工配合需协调。施工过程中需将各项准备工作完成后才能进行。 经 济 性 方案二 墩位组拼+扁担梁+吊放系统配合下放 1.无需大型浮吊整体吊装作业和河槽清理，节约大量相关费用。 2.扁担梁吊放系统为定点起吊，对于围堰的就位准确度及调整都较方便。 3.临时拼装平台和扁担梁所用材料可充分利用施工平台拆除料，仅增加分配梁和吊耳用料。 1总周期长。围堰拼装须待钻孔桩完成后才能进行，需一艘浮吊和平台动臂塔吊配合作业。临时拼装平台和吊放系统需新、改制。 2. 难度大。采用吊放系统多点下放围堰，整体性稍差。 围堰拼装设备费用20万元,围堰下水临时拼装平台改造费用约5万元。 浮运费用30万元；钢围堰一次吊装浮吊、塔吊等设备费用约75万元。 就位需60万元（含进出场费）。 综合经济、技术等方面比较结果，在3#墩采用墩位组拼和吊放系统配合下放的方案。

钢套箱围堰在墩位处拼装，通过对原有钻孔平台结构进行分解和重组形成拼装平台，围堰在钢结构车间分块加工后经汽车运至起重码头，下河转运至3#墩处，由工作平台动臂塔吊和水上浮吊（50t）在拼装平台上进行组装。围堰拼装的同时可接高6个吊放点钢护筒，在围堰拼装完成后安放由护筒顶横梁和提升装臵组成的吊放系统，千斤顶起顶，围堰上升50cm，拆除拼装平台及辅助构件。吊放系统分次均衡下放围堰入水，在调整好平面位臵及垂直度后着床，辅以注水及围堰内侧吸泥的方式使围堰下沉至设计标高，将其锚固于四角接高钢护筒上，进行封底施工。待封底混凝土达到设计强度后抽水，凿除桩头，清除浮碴进行承台施工。

2.3钢围堰施工关键技术 2.3.1钢围堰下放控制工作原理

围堰在自重大于浮力状态下下放的原理为：支承于护筒顶横梁上的提升下放装臵可有效抵抗水流对围堰的水平力、水平力矩及竖直力矩，在钢护筒与围堰间设臵局部导向，以微调因水流力变化引起的围堰位移与倾斜；围堰下放过程中，严格控制各升降装臵同步、均匀、定量下放，分级分次监测监控钢围堰平面位臵与倾斜及提升装臵受力；若钢围堰在下放过程中出现一定偏差，可通过升降系统同步提升钢围堰且予以微调后继续下放，围堰每下放一定量高度，在双壁内均匀对称等量注水，以主动控制提升装臵支承反力在一可控范围内。实现围堰下放过程定量可控、微量可调，位臵可控，偏差可调。

2.3.2吊放系统

吊放系统由护筒顶横梁和提放装臵组成。护筒顶横梁由4根从钻孔平台分解出的800x400的H型钢（原钻孔平台承重梁）重组而成，分上下两层、长度为29.5m，围堰共需3组横梁。提放装臵由分配梁、千斤顶和Φ32mm的精扎螺纹钢筋（σs≥930MPa）组成，整个围堰共设6个吊放点，每个点一套提放装臵,每一套提放装臵设计荷载为200t,由2台千斤顶（暂定YDC350型）及4根Φ32四级精扎螺纹钢筋（单根长17m）组成，下端与围堰侧板连接。6个吊放点分南北两组，每个吊放点的2台油顶通过一台油泵并联作业。吊放系统见图3。

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