青島永泰長榮
標(biāo)題: 大型雙壁鋼圍堰氣囊法下水施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 2023-12-30 17:37
標(biāo)題: 大型雙壁鋼圍堰氣囊法下水施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析
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，具有簡便易行、經(jīng)濟(jì)實用的特點。此文以南京大勝關(guān)長江大橋主墩基礎(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)的特點及其相應(yīng)的控制技術(shù)和手段，對施工的具體工藝流程和操 作步驟進(jìn)行詳細(xì)的闡述，對工程的施工組織設(shè)計和經(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
Abstract
arge -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，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)明的一項重要創(chuàng)新技術(shù)。京滬高速鐵路南京大 勝關(guān)長江大橋在這一創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，借助簡易坡道 和平移設(shè)施，采用氣囊法斷纜下水施工技術(shù)，實現(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”出水后，就是采用類似方法被拖 移入廣東陽江市海上絲綢之路博物館——水晶宮 的。本文對該施工技術(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 時還搭載南京市雙線地鐵。大橋全長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，主跨為(108 +192+336+336+192+108)m。水中6號、7號、8 號主墩基礎(chǔ)均采用雙壁鋼圍堰法施工，在圍堰內(nèi)完 成承臺和部分墩身灌筑。以8號墩為例，該墩采用 的雙壁鋼吊箱圍堰(簡稱鋼吊箱)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程中底板縱向 剛度的要求。
2 下水方案簡述
大勝關(guān)長江大橋鋼吊箱底節(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)行長距離的水上浮運，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、硬化作業(yè)，使之成為坡度為1:10 的臨時坡道，然后在坡道前端沿下水區(qū)開挖一個水 深為7m的圍堰自浮區(qū)，以保證鋼吊箱底節(jié)自浮；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，解除后面的控制拉纜，使之加速沖入水中并實 現(xiàn)自?。蛔詈笳w浮運至墩位，定位下沉。鋼吊箱下
施工技術(shù)。具體操作步驟為：首先對臨江的一段斜 水布置見圖1。
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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、臨時錨碇、 并割除接高鋼筒一鋼吊箱浮運、解除臨時錨碇，氣囊 法回收鋼托板→場地清理，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，將鋼吊箱底板隔倉內(nèi)下導(dǎo)環(huán)處預(yù)留的 46個鉆孔樁圓孔中的38個，用鋼筒接高封閉至水 面以上，即除鋼吊箱尾端8個圓孔外，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長的氣囊組滾動前行。坡 道必須平順、勻緩、無橫坡，寬度大于氣囊長度。坡 道寬50m、長70m、平均高約1.5 m。鋼吊箱拼裝 場距江邊水平距約40m,拼裝場至江邊的原始坡度
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。
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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；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)氣囊受力計算。單個φ1.5m ×15m氣囊
承載力見表1。
表1 中1.5m氣囊單個承載力技術(shù)參數(shù)
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存在受力不均勻，在 計算時將單個氣囊的受力控制在150 t 以內(nèi)，選用 70個氣囊是安全可靠的。為確保施工的順利進(jìn)行， 另需配置20個備用氣囊。氣囊布置見圖3。
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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)對稱布置于混凝土支墩(支 承點)間，間距為2～25m。當(dāng)與支墩位置重合時， 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 錨及卷揚機(jī)等裝置，并將鋼吊箱錨固牢靠，保證其在 被頂起后不滾動滑脫。氣囊充氣應(yīng)盡量對稱、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，鋼吊箱脫離支承點約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。
3.4 輔助設(shè)施布胃
(1)鋼托板。鋼吊箱底部縱向布置2塊寬
17m、長82m、厚20mm的鋼托板，其作用是保證鋼
吊箱下滑過程中氣囊工作面平整以均勻傳力。事前 需對鋼托板進(jìn)行如下處理：①用鋼管包邊保護(hù)氣囊。 為使氣囊進(jìn)出鋼托板時不被刺傷且不影響鋼吊箱下 滑，需在鋼托板外露邊緣(除前端臨江側(cè))用中50× 3.5mm 鋼管包邊并點焊牢；②鋼托板與鋼吊箱間設(shè) 臨時限位板。為避免鋼吊箱下滑時與鋼托板相對滑 動，防止鋼吊箱前端在入水前或少量入水時即與鋼 托板脫離而墜入河床，從而影響鋼吊箱入水漂移和 鋼托板打撈，需在鋼托板前端設(shè)卡板，與鋼吊箱頂部 吊掛連接固定，待鋼吊箱整體入水后，解除吊掛，鋼 托板自動與鋼吊箱脫離，沉入水中。
(2)后拉纜及地錨。為控制鋼吊箱下滑運動過 程、下滑速度和大致方向，需設(shè)置后拉纜，后拉纜采 用地錨控制。地錨對稱布置于鋼吊箱后端30m 處， 共設(shè)2個，每個設(shè)計水平拉力為150 t,地錨為埋置 式鋼筋混凝土錨，長5m、寬 3m、深 4m,頂與地面 平齊，預(yù)埋厚40mm的鋼板錨環(huán)。后拉纜一端通過 150t 滑車組(15 t卷揚機(jī)、五門走十滑車組)與地錨 相連，另一端與鋼吊箱龍骨上設(shè)置的牽引耳板連接 固定。單個地錨的工程耗材用量為：C20 混凝土
60m3, 碎石墊層3.8m3,鋼筋228t 槽鋼5.01 t鋼
板1.21 to
(3)保險纜。為防止鋼吊箱入水后在水流作用 下向下游移位走偏，在鋼吊箱前端上游側(cè)設(shè)置牽引 拉纜固定座，拋設(shè)一個10 t霍耳式鐵錨并用φ200 mm 尼龍纜和鋼吊箱相連接。
3.5 鋼吊箱下水步驟
(1)起滑。鋼吊箱下水的所有準(zhǔn)備工作就緒 后，具體下水日期的確定還需綜合考慮當(dāng)時的天氣、 風(fēng)力及潮水情況。應(yīng)盡量選擇高潮位時段，在風(fēng)力 較小、無雨水的天氣下進(jìn)行。當(dāng)氣囊完全托起鋼吊 箱，坡道清理完成后，慢慢放松后拉纜，必要時在前 端不斷補(bǔ)充氣囊，直至水邊。
(2)斷纜、放滑入水。控制鋼吊箱下滑至距水 邊約10m時，后拉纜斷纜，讓鋼吊箱自由加速下滑， 最終依靠慣性入水并向江中滑行一段距離。
(3)鋼吊箱臨時定位。鋼吊箱整體入水后，會 在慣性、風(fēng)力、水流等作用下繼續(xù)漂浮，同時底板內(nèi) 進(jìn)水，鋼吊箱入水深度增大，最終達(dá)到穩(wěn)定入水深 度。為控制鋼吊箱，使其不致繼續(xù)漂浮或擱淺，應(yīng)在 坡道上游江中布置1000 t 臨時定位船(工程駁)1 艘，主錨采用2個7t霍耳式鐵錨，錨繩為φ48 mm
鋼絲繩及φ60mm有檔錨鏈；邊錨和尾錨均采用3 t 霍耳式鐵錨，共5個，錨繩為φ32mm鋼絲繩和φ30 mm 錨鏈。鋼吊箱下水自浮穩(wěn)定后，利用4艘拖輪， 將其拖到臨時定位船位置順?biāo)蛳挡矗缓筮M(jìn)行接 高封閉鋼筒割除施工。
(4)鋼托板回收。鋼托板的尾端事先與岸上的 150t地錨及卷揚機(jī)連接好，當(dāng)鋼吊箱入水浮運后， 將鋼托板拖至近岸邊，再利用氣囊法將其拖拉上岸 回收。
3.6 應(yīng)急措施
由于鋼吊箱自重大，結(jié)構(gòu)不同于船舶，氣囊法下 水會存在諸多不確定因素。遇下列情況時，應(yīng)采取 應(yīng)急措施。
(1)吊箱不滑移?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)氣囊壓力，調(diào)整 其工作高度，從而改變下滑坡度，使鋼吊箱滑移。必 要時可采用裝載機(jī)或拖輪掛鋼絲繩牽引，直至開始
下滑。
(2)鋼吊箱走偏。需保證兩側(cè)氣囊工作壓力、 工作高度相同，若有不正情況應(yīng)及時糾偏。
(3)鋼吊箱在下沖階段擱淺。當(dāng)鋼吊箱因氣囊 不滾動而停止在江邊時，可通過拖輪向江中拖拉，同 時左右搖晃，使其入水自??；若上述處理無效時，則 在鋼吊箱前端注水，使后端翹起，減輕后端對邊坡的 壓力，從而減小下滑阻力，使鋼吊箱入水。
(4)鋼吊箱側(cè)板漏水。側(cè)板密封焊接質(zhì)量不合 格，或吊箱在移動及下水過程中局部結(jié)構(gòu)受力過大， 都容易造成焊縫裂開，從而導(dǎo)致側(cè)板進(jìn)水，應(yīng)配備備 用水泵及時抽水，并迅速補(bǔ)焊小隔倉或采用專用堵 漏材料進(jìn)行堵水。
4 施工周期
主要節(jié)段施工周期見表2。其中凈操作時間 為：6m3/min 空壓機(jī)充滿一個氣囊耗時7～8mn; 清除鋼吊箱下支承墩188個耗時3～4 h;自開始下 滑至準(zhǔn)備沖滑約耗時2 h,斷纜后約需沖滑58 s完 成下河動作。
表2施工周期
續(xù)表2
5 勞動力配置
勞動力配置見表3。
表3勞動力配置
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工種 | 地錨 施工 | 滑車組安 裝、坡道 調(diào)整、臨 時錨碇系 統(tǒng)布置 | 氣囊布置 及充氣 | 鋼吊箱 下水 | |
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注：不含測工及技管人員16人。
6 主要機(jī)具設(shè)備
主要機(jī)具設(shè)備配置見表4。
表4主要機(jī)具設(shè)備
| 機(jī)械名稱及規(guī)格 | 單位 | 數(shù)量 | |
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| 內(nèi)燃拖輪1340 RW /1799 kW | | | |
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7 經(jīng)濟(jì)分析
為制定切實可行的大型鋼圍堰整體下水方案， 施工人員經(jīng)過查閱大量國內(nèi)相關(guān)資料和多次舉辦專 家論證會，擬定了3個方案并對其進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)比選。
方案1。先施工鉆孔平臺，鉆孔完成后拆除平 臺，進(jìn)行鋼吊箱分塊拼裝。其優(yōu)點是技術(shù)可行，有成 熟經(jīng)驗，質(zhì)量控制較易。其缺點是水上分塊拼裝時 間長、工序多；施工期長，約95 d; 費用高，約為氣囊 法 的 2 倍 多 。
方案2。租用滑移下水碼頭，將鋼吊箱底節(jié)分 單元運至碼頭后再拼裝成整體，然后滑移下水。該 方案的優(yōu)點是下水工藝成熟。該方案的缺點是占用 碼頭時間長，受滑道坡道和長度的影響較大，質(zhì)量控 制較難，水上長距離浮運安全風(fēng)險大，施工工期約 50 d.費用仍偏高，約為氣囊法的1倍多。
方案3。鋼吊箱底節(jié)在岸上整體拼裝好，采用氣 囊法下水。該方案的優(yōu)點是技術(shù)上可行，可因地制宜 修建簡易坡道；水上浮運距離短；節(jié)省施工時間，約需 41 d;費用較小。該方案的缺點是缺少成功下水先 例，有一定風(fēng)險。經(jīng)研究，項目組組織有類似小型結(jié) 構(gòu)物下水經(jīng)驗的專業(yè)施工隊伍，對可能出現(xiàn)的問題采 取了相應(yīng)措施。實踐證明，該方案工藝簡化、節(jié)省施 工時間、可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，該技術(shù)方案已申報省 部級科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎，其參考定額見表5。
表5 大型鋼圍堰底節(jié)下河參考定額
(平面3.000m2以上)
工作內(nèi)容：滑道清理、拖拉設(shè)備安拆、氣囊布置、下河
續(xù)表5
8 結(jié)束語
南京大勝關(guān)長江大橋大型雙壁鋼圍堰氣囊法下 水的成功實踐，開拓了我國橋梁深水基礎(chǔ)施工的新 方法，創(chuàng)造了鋼圍堰斷纜后整體下水僅用了58 s的 新記錄，最大限度地節(jié)省了施工時間，降低了施工成 本，為類似工程提供了施工、工藝和定額方面的經(jīng) 驗，具有重要的借鑒意義。
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聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護(hù)舷的資料部分會青島永泰長榮工廠技術(shù)資料，也有網(wǎng)絡(luò)上搜集下載所得，本著氣囊護(hù)舷行業(yè)資料共享的精神，我們拿出來分享，如有侵權(quán)，請聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
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