王 磊

(中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

公安長江公鐵兩用特大橋位于湖北省荊州市，大橋由江陵縣向南跨越長江連接公安縣。大橋設計里程DK27+298.918—DK33+616.746，全長6 317.828 m，其中DK28+18.6—DK30+34.5按公鐵合建設計，合建段長度2 015.9 m，鐵路分建段長4 301.928 m。大橋通航孔主橋采用(98+182+518+182+98)m雙塔鋼桁斜拉橋，全長1 080 m。主塔為鋼筋混凝土結構，塔頂高程+204.00 m，塔底高程+21.50 m，斜拉索為空間雙索面，立面上每塔兩側各有17對索，全橋136根斜拉索。鐵路等級為Ⅰ級，設計行車速度160 km/h，公路為一級雙向四車道，設計速度80 km/h。3#和4#墩為主塔墩，基礎采用先圍堰后平臺方法施工。

2 鋼圍堰結構構造

3#墩基礎施工采用雙壁鋼吊箱圍堰，圍堰為平面尺寸68.2 m×40.0 m，兩端半圓的圓端型結構，底節(jié)高度為18.0 m，水上加高頂節(jié)5.5 m，雙層壁板厚度為2.0 m。3#墩鋼吊箱圍堰主體結構包括側板、底隔艙、底龍骨、內支架和吊桿五部分。

4#墩基礎施工采用雙壁鋼套箱圍堰，圍堰為平面尺寸68.2 m×40.0 m，兩端半圓的圓端型結構，底節(jié)高度為21.0 m，水上加高頂節(jié)2.7 m，雙層壁板厚度為2.0 m。4#墩鋼套箱圍堰主體結構包括側板、底隔艙、內支架三部分。

圍堰側板內外壁采用水平角鋼連接，使其具有足夠的強度和剛度來抵抗水壓力。圍堰底隔艙為雙壁結構，既作為圍堰下水的滑道，又作為圍堰封底時的隔墻，有利于大面積混凝土澆筑的質量控制。圍堰下水后，依靠圍堰側板和底隔艙一起提供浮力。3#墩和4#墩圍堰下水后的吃水深度分別為4.3 m和4.0 m，底托板(底托架)脫落后的吃水深度分別為4.0 m和3.6 m。內支架規(guī)格采用型鋼，用于承受圍堰抽水時內外水頭差產(chǎn)生的壓力荷載，并兼作鋼護筒導向架和鉆孔平臺。吊桿的主要作用是在圍堰封底時承受混凝土的重量，底板的作用是在圍堰封底時作為混凝土的底托板。

3 下水方案

3#和4#墩鋼圍堰均采用氣囊斷纜法下水。

3.1 3#墩圍堰下水結構

3#墩圍堰在底龍骨下設置兩塊寬15 m、長69 m，厚18 mm的鋼板作為底托板，每側底托板下各布置24個φ1.2 m×15 m氣囊，與圍堰側板和底隔艙一起作為圍堰下水的主要承重結構。

3.2 4#墩圍堰下水結構

4#墩圍堰下水利用底隔艙的兩道長邊作為滑道，由于4#墩圍堰側板和底隔艙均設置有刃腳，所以在每道底隔艙下設置底托架，再鋪設長67 m、寬8.5 m、厚18 mm的鋼板作為底托板，使底托架底面比圍堰刃腳底低70 cm，保證圍堰在下水過程中不與刃腳發(fā)生碰撞而致使氣囊破裂。

3#(4#)圍堰下水后，為了使底托板(底托架)與圍堰順利分離，底托板(底托架)自重通過在圍堰上設置鋼絲繩吊掛承受。待圍堰自浮穩(wěn)定后，在水深滿足條件下割除鋼絲繩，使圍堰與底托板(底托架)完全分離。

3.3 河床清淤

要求距岸邊3 m處水深不小于5.5 m，距岸邊40 m處水深不小于8 m，距岸邊50 m處水深不小于9 m。

3.4 坡道清理硬化

圍堰下水前，坡道前端15 m左右需進行換填和處理，將1∶10的坡度處理為1∶7，并進行換填，保證在下水過程中地基不發(fā)生沉陷。

3.5 布置氣囊

鋼圍堰全面檢查合格后，先將圍堰與地壟通過后纜繩固定相連，后纜繩間設置斷纜器，按照計算好的氣囊大小及數(shù)量布置氣囊，氣囊位置應事先彈線準確定位，然后按設計擺設氣囊，采用15 m3的壓風機對氣囊進行充氣將圍堰頂起。3#墩圍堰下水共需φ1.2 m×15 m氣囊48條，4#墩圍堰下水共需φ1.2 m×8 m氣囊48條。

3.6 抽取鋼支凳

待底托板(底托架)與鋼支凳脫空分離后，抽取鋼支凳，再按設計補充其余氣囊，并充氣，使各氣囊均勻受力。

3.7 圍堰起滑、斷纜、圍堰入水

緩慢勻速放松后纜繩，依靠自重分力鋼圍堰開始下滑，利用滾動的氣囊，順著硬化清理好的坡道勻速滑移。待圍堰距水邊15 m左右(事先撒好石灰的標記線處)進行斷纜，斷纜應保持同步，讓圍堰加速沖入水中，迅速達到深水區(qū)域。

3.83 #(4#)圍堰與底托板(底托架)分離

為了使圍堰下水后不致順水漂流而失去控制，事先在距離岸邊約70 m處設置一艘臨時定位船，設置臨時拉纜將圍堰與臨時定位船連接，并保證臨時拉纜預留足夠長度。待圍堰下水后，利用臨時拉纜穩(wěn)定圍堰，并利用臨時定位船上的卷揚機慢慢收緊臨時拉攬，使圍堰在距離河岸約80 m處，水深不小于8 m的情況下，開始圍堰與底托板(底托架)的分離。待圍堰穩(wěn)定后，在附近水域待命的拖輪迅速靠幫圍堰，進行拖輪編隊，浮運圍堰至墩位。

4 鋼圍堰下水監(jiān)控要點

4.1 鋼圍堰檢查監(jiān)控要點

按照設計圖紙、《鐵路鋼橋制造規(guī)范》(TB 10212—2009)和《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》(GB 50205—2001)等相關條款，對圍堰進行各項檢查，主控項目檢查要點如表1所示。

表1 鋼圍堰主控項目檢查要點

一般項目的檢查規(guī)定:圍堰制造允許偏差及檢驗方法如表2所示;內支架分段制作、安裝偏差及檢驗方法如表3所示;側板、底隔艙分段制作偏差及檢驗方法如表4所示;底托架制作安裝偏差及檢驗方法如表5所示;鋼圍堰拼裝、就位允許偏差和檢驗方法如表6所示。

表2 鋼圍堰制造允許偏差及檢驗方法

表3 內支架分段制作、安裝偏差及檢驗方法

表4 側板、底隔艙分段制作偏差及檢驗方法

表5 底托架制作安裝偏差及檢驗方法

表6 鋼圍堰拼裝、就位允許偏差和檢驗方法

4.2 下水前的準備及下水過程中的控制要點

4.2.1 下水前的準備

1)技術交底

相關專業(yè)技能交底，參加人員須明確各自職責，掌握操作要領和控制要點。

2)統(tǒng)一指揮

配備對講機，調至同頻率，確保通信指揮設備狀態(tài)正常。保證指揮的統(tǒng)一性、下水步驟的協(xié)調性、政令的暢通性、信息共享性，確保圍堰安全平穩(wěn)下水。

3)安全控制

①人員穿戴好勞動防護用品。②設置警戒線。圍堰下滑時，氣囊周圍20 m范圍內不得有人。③了解作業(yè)區(qū)域水深、流速、河床地質等有關情況，為船舶行駛拋錨和定位做好安全準備工作。④施工前，應與當?shù)睾Ｊ虏块T聯(lián)系，商定有關航運和施工的安全事項，并通報有關單位。⑤應配備足量的救生圈和救生衣等救生器材。下水處上、下游各150 m處設巡邏示警船。⑥具體下水日期要綜合考慮當時的天氣、風力及潮水位情況，應在風力較小和無雨水的天氣下進行，并盡量選擇高潮位時段。⑦圍堰四周布設航標燈。⑧GPS監(jiān)控設備運行狀態(tài)良好，設備及附屬設施(發(fā)電機、配電柜、氧氣和乙炔等)安置牢固。

4)后錨繩設置

臨時錨碇系統(tǒng)按圖設置，地壟結構、卷揚機以及滑車組等后拉纜結構須保證足夠的安全系數(shù)，以確保圍堰在下水前不致失去控制。卷揚機基礎加焊完成，試機正常，滑車打油。

5)坡道清理硬化

坡道不得存有可能刮破氣囊的尖銳物或突起的固態(tài)物，以免戳穿氣囊，須保證坡道的干凈平整且具有一定的承載力。前端宜整修成圓弧形。坡道不平整、底板不平或地基夯實不到位，易導致下陷或下滑阻力過大。當鋼圍堰無法正常滑移時，可通過調節(jié)氣囊壓力，間接地調整下傾坡度，必要時采用裝載機或拖輪掛鋼絲繩牽引，直至鋼圍堰開始下滑。

6)河床清淤

需對近灘水深進行一次復測，滿足設計水深后，方可下滑氣囊，否則須進行清淤處理，保證圍堰入水處上、下游各10 m范圍內水深和拖輪吃水的要求。河床清淤不到位易導致圍堰在河床擱淺。

7)圍堰下水前細節(jié)檢查

①關鍵部位的焊縫不得存在漏焊、少焊、氣孔和夾渣等問題。②輔助設施須進行檢查，拉纜不得有破損和燒傷等損傷，與地壟的連接必須牢靠。卸扣必須緊實不得出現(xiàn)滑脫現(xiàn)象。底托板和圍堰須有效連接。打磨底托板焊縫，采用鋼管對托板邊緣包邊處理，避免尖銳物劃破氣囊。③吊掛系統(tǒng)中，吊筋上、下端和輔助設施(頂推架、拉耳、馬口等)焊接質量應滿足要求。④在側板外壁上標記刻度，以便掌握圍堰入水后的狀態(tài)。

8)下水氣囊安放和充氣

①使用合格氣囊和標定合格的壓力表。在氣囊充氣過程中，應密切關注氣囊的漏氣情況，防止局部氣囊受力過大，造成圍堰受力集中而引起破壞。②氣囊應對稱布置。③氣囊充氣的順序應盡量對稱和分散，相鄰的氣囊分成兩批次充氣，充氣壓力為0.17 MPa，由壓力表控制。④氣囊布置應嚴格按照施工方案進行，嚴格控制充氣壓力，保持鋼圍堰平衡并對氣囊進行保護，防止碰傷或電傷。

9)鋼支凳抽取

抽取鋼支凳時應謹慎，不得掛壞氣囊。支承點須清理干凈，并作地面平整，不影響后序氣囊滾動。

4.2.2 下水過程中的控制要點

1)斷纜下放

預先在離水邊15 m的坡道上，用石灰撒一條標記線，拉纜應緩慢且勻速放松，在前端不斷補充氣囊，依靠圍堰自重分力使其開始下滑。當圍堰達到標記線時，指揮斷纜人員同時打掉脫鉤器，完成斷纜。

2)圍堰入水

圍堰下水速度不宜過大或沖滑不宜太遠，以免圍堰失去有效控制。下滑距離過短或下水速度不足，易導致圍堰在河床擱淺。

3)圍堰缺陷修補

待圍堰自浮穩(wěn)定后，須查看圍堰是否有破損及漏水現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)破損和漏水，立即采用水泵抽水、專用堵漏材料堵水和補焊等方法及時修補，直至不再漏水。

4)底托板和支撐架的打撈回收

圍堰拖離現(xiàn)場后，打撈船進行打撈工作。

5)氣囊回收

圍堰入水后，待圍堰穩(wěn)定，即可安排人員對氣囊進行回收。

4.2.3 其它注意事項

1)輔助材料的規(guī)格、型號和數(shù)量應滿足現(xiàn)場要求。臨時性拉纜的直徑、連接部位強度和卡環(huán)數(shù)量應滿足要求。鋼套箱圍堰與底托板連接的鋼絲繩不宜過細，數(shù)量不宜過少，宜通過施工分析檢算后合理布置。在下滑或入水過程中鋼絲繩易繃斷，圍堰與底托板相對滑動，會造成底托板或底托架嚴重變形，刺破底隔艙，導致無法正常分離。

2)編制應急救援方案。人員、材料和機械設備的數(shù)量、規(guī)格和型號應滿足相關要求。

5 結語

公安長江公鐵兩用特大橋3#和4#墩基礎施工分別采用雙壁鋼吊箱和鋼套箱圍堰，圍堰采用氣囊法成功下水。本文整理和總結了現(xiàn)場監(jiān)控中的要點，為類似工程施工提供了經(jīng)驗，具有重要的借鑒意義。

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