大型双壁钢围堰体积和质量大，其下水作业难度较大。气囊法下水施工技术能很好地解决这一难 题，具有简便易行、经济实用的特点。此文以南京大胜关长江大桥主墩基础工程为例，介绍深水基础 大型双壁钢围堰气囊下水施工技术的特点及其相应的控制技术和手段，对施工的具体工艺流程和操 作步骤进行详细的阐述，对工程的施工组织设计和经济性进行深入分析和探讨。 关键词：双壁钢围堰；气囊法；下水施工；经济分析
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
钢围堰施工采用的气囊法下水施工技术始创于 20世纪90年代末芜湖长江大桥的建设，系借鉴和 引进边缘学科、军事工业和造船工业的先进经验，并 消化吸收造船厂用平底驳托起大型轮船下水的方法 而发明的一项重要创新技术。京沪高速铁路南京大 胜关长江大桥在这一创新的基础上，借助简易坡道 和平移设施，采用气囊法断缆下水施工技术，实现了 钢围堰整体自浮。2007年12月，亚洲最大最古老 的沉船“南海一号”出水后，就是采用类似方法被拖 移入广东阳江市海上丝绸之路博物馆——水晶宫 的。本文对该施工技术及其经济性进行分析，以期 为同行提供参考。
南京大胜关长江大桥是京沪高速铁路的控制性 工程，是沪汉蓉铁路及南京枢纽的重要组成部分，同 时还搭载南京市双线地铁。大桥全长9.273 km,主 桥及合建段引桥按六线(京沪高速铁路双线、沪汉 蓉铁路双线、南京地铁双线)标准设计，主跨为(108 +192+336+336+192+108)m。水中6号、7号、8 号主墩基础均采用双壁钢围堰法施工，在围堰内完 成承台和部分墩身灌筑。以8号墩为例，该墩采用 的双壁钢吊箱围堰(简称钢吊箱)为圆端形，平面尺 寸为80m ×38m,高 2 6 5m, 壁 厚 2m,质量约 6000 t。钢吊箱分3节制造，底节高14.5m,质量 约3100 t 中节高9.3m,质量约2100 t 顶节高32 m,质量约800 t。其主要结构由龙骨底板、侧板、主 隔舱、吊杆、内支撑桁架及上下导环组成。底板龙骨 为格构式结构，其顶面布置肋板，在底板上纵向设置 两组加强桁架，以满足钢吊箱下水过程中底板纵向 刚度的要求。 2 下水方案简述 大胜关长江大桥钢吊箱底节系一防水结构，体 积和质量都较大，横截面面积为芜湖长江大桥钢围 堰的4～7倍，质量为其35倍，故整体下水难度大。 因需要进行长距离的水上浮运，加上工期紧迫，在整 体下水方案比选中，只能因地制宜选择气囊法下水 坡进行换土夯实、硬化作业，使之成为坡度为1:10 的临时坡道，然后在坡道前端沿下水区开挖一个水 深为7m的围堰自浮区，以保证钢吊箱底节自浮；第 二步，利用气囊托起钢吊箱底节，使之在垂直分力和 拖轮牵引力的作用下，沿坡道快速下滑，待其滑至水 边时，解除后面的控制拉缆，使之加速冲入水中并实 现自浮；最后整体浮运至墩位，定位下沉。钢吊箱下
施工技术。具体操作步骤为：首先对临江的一段斜 水布置见图1。
3 钢吊箱底节下水施工 3.1 工艺流程 图1 钢吊箱下水布置示意 深度变为1.37m,加上底板龙骨高度，箱体总入水 深约为1.95m。 3.22 坡道坡度调节及地基处理
施工准备一钢吊箱底节拼装，地锚埋设，坡道换 填土、夯实平整、硬化、调整→钢吊箱下气囊布置及 充气一拆除钢吊箱拼装支承点一调整气囊位置及数 量→放松后拉缆、钢吊箱起滑→后拉缆控制钢吊箱 前行一滑至水边、断缆、放滑入水→钢吊箱整体入 水、自浮、钢托板脱落一拖轮绑定钢吊箱、临时锚碇、 并割除接高钢筒一钢吊箱浮运、解除临时锚碇，气囊 法回收钢托板→场地清理，进行下一步工作。 3.2 下水坡道布胃 3.21 吃水深度调节 钢吊箱底节箱体质量为3100 t,入水后可提供 浮力的面积为666m²,吃水深度约为4.35m。为减 小吃水深度，将钢吊箱底板隔仓内下导环处预留的 46个钻孔桩圆孔中的38个，用钢筒接高封闭至水 面以上，即除钢吊箱尾端8个圆孔外，其余均用 中3.6 ×1.7～3.2m、8=6mm 的钢筒接高，其底口与 下导环满焊，并满足水密要求，保证仓内不进水。该 方法将可提供浮力的面积增至2260m², 箱体吃水 (1)坡道坡度调节。钢吊箱底节由两排承托在 混凝土面坡道上的15m长的气囊组滚动前行。坡 道必须平顺、匀缓、无横坡，宽度大于气囊长度。坡 道宽50m、长70m、平均高约1.5 m。钢吊箱拼装 场距江边水平距约40m,拼装场至江边的原始坡度 偏小，约为1:12,钢吊箱入水十分困难。据气囊的 承载特性及受力情况分析，必须保证气囊的最大工 作高度不小于0.3m,因此必须把坡道分为3个调 节段，坡度由140逐渐调整为1:10。坡道的调整 详见图2。 图2 河床断面及坡道调整示意 (2)坡道地基处理。原始坡道地基的主要成分 是粉细砂，需换填黏土和碎石；近水面10m 处为淤泥，需进行清淤并抛填片石，上铺10 cm厚6%水泥 稳定层，碾压夯实；全坡道表层浇混凝土进行硬化处 理；在坡道下水处铺设两块宽15m、长20m的钢板 作为坡道路基垫板，保证地基承载力达到100 kPa 3.3 气囊布置 (1)气囊受力计算。单个φ1.5m ×15m气囊 承载力见表1。 表1 中1.5m气囊单个承载力技术参数
表中工作高度 H,系钢托板离地面高度，承载力 己考虑2倍的安全系数。 (2)气囊用量计算。气囊的工作高度 H取 0.5m,钢吊箱底节下水的整体质量 G=3100 t气 囊个数 n=70,则气囊的安全系数 K为： K=118n/G=118×70/3100 =266>K(常规 情况 K₀=1.2～1.4) 考虑到钢吊箱底部气囊会存在受力不均匀，在 计算时将单个气囊的受力控制在150 t 以内，选用 70个气囊是安全可靠的。为确保施工的顺利进行， 另需配置20个备用气囊。气囊布置见图3。 图3 气囊布置 (3)气囊布置与充气。钢吊箱底节拼装完成 后，其下的气囊分两侧对称布置于混凝土支墩(支 承点)间，间距为2～25m。当与支墩位置重合时， 待支墩拆除后再布置，圆弧段最前端10m 范围内不 考虑布置气囊。气囊在充气前，必须事先布置好地 锚及卷扬机等装置，并将钢吊箱锚固牢靠，保证其在 被顶起后不滚动滑脱。气囊充气应尽量对称、分散 进行，相邻的气囊分两批充气。当气囊充气至钢吊 箱被顶起09m 高时，钢吊箱脱离支承点约10 cm, 拆除并清理混凝土支墩及钢支撑，使地面平整，不致 影响气囊滚动。
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