南京大胜关长江大桥主桥6号墩围堰下河及定位施工技术
墩位后采用了“锚碇系统+前定位船”的定位方案完成了钢围堰的水中精确定位。 该施工方法为桥梁深水基础施工钢围堰制造、下河浮运及锚碇定位提供了示范作用。关键词：双壁钢套箱围堰；整体拼装；U形浮箱；气囊滑移入水；锚碇系统Technology of Cofferdam Sinking and Fixing for No.6 Pier ofNanjing Dashengguan Yangtze River Bridge
Abstract: 2 m high steel cofferdam with double wall pouringjacket without bottom was employed as water retaining struc-ture and drilling platform for bearing platform construction of No.6 pier of Nanjing Dashengguan Yangtze River Bridge.The14.5 m high bottom part of steel cofferdam was manufactured separately at the factory and assembled together at theriver bank.U shape steel buoyancy tank was set at the bottom of the cofferdam as bearing structure between air hags and cofferdam.Theairbagswerearrangedparallelatbothsidesofbuoyancytankandslidintoriverslowlywiththeself weight of the cofferdam under control of rear traction force.The location by "anchor system plus prelocalization boat"se-curedtheaccuratepositionof thecofferdaminwateraferithadbeenfloatedtothepier.Thisconstructionmethodhas providedanexampleforthemanufacture,floating transportation andanchoringofsteelcofferdaminconstructionof bridge deep water foundation.Key words:steelcofferdamwithdoublewallpouringjacket;integralassembly;Ushapebuoyancytank;airbagsliding into water;anchor system
1 工程简介1.1主墩结构简介新建南京枢纽大胜关长江铁路大桥工程位于既有 南京长江大桥上游约20 km、已建成的南京长江三桥 1.55 km 的大胜关桥位。其中主桥为(108+192+2×336+192+108)m 连续钢桁拱桥，是京沪高速铁路、 沪汉蓉铁路和南京市地铁共计六线铁路跨越长江的通道。大桥主桥6号主墩采用46根直径为2 .8 m 的 钻 孔桩基础，钻孔桩按纵向5排、横向10排行列式布置。 桩底标高- 120.0m, 桩顶标高- 13.0 m, 桩长107 m; 钢护筒直径为3.2 m, 护简底标高-43 .0m, 护筒顶标高为+10 . 0m, 钢护筒总长为53 m; 圆端形高桩承台 平面尺寸为34 m×76m, 底面标高- 13.0 m, 顶 面 标高-7.0 m;墩座厚4.0 m。6号墩钢套箱围堰长80.2m, 宽38.2m, 高27m,双壁间距为2 m。底节钢围堰高14 . 5 m,重 约 2000 t,钢围堰结构总图如图1所示。1.2 水文条件大胜关长江大桥桥址河段处于感潮区内，潮汐为不正规半日潮，潮差较小，水流受上游径流控制基本为单向流。河床演变即造床作用主要受上游径流控制，平均涨潮时间约3.9h, 平均落潮时间约8.5 h; 最高潮 位+8.31 m, 最低潮位-0.37 m, 汛期最大潮差 1.27m, 枯水期最大潮差1.56m。长江流域以雨洪径流为主，每年5～10月为汛期， 11月～翌年4月为枯水期，1月或2月水位最低，设计 洪水时主流表面最大流速为2.28 m/s。6 号墩位于长 江主河槽北侧，河床面高程-8.91～-9.94 m, 施工常水深约15 m。
(a)6号墩双壁钢套箱围堰立面图
1/2内支架平面(b)钢围堰井壁图图1 钢围堰结构总图(单位：m)
2 6号墩基础施工总体方案6号墩基础施工采用双壁钢套箱围堰+无导向船锚碇定位方案，壁厚2 m 的无底钢套箱围堰作为承台施工的挡水结构，兼作为钻孔桩施工平台。套箱围堰分为底节(h=14.5m) 和顶节(h=12.5m)2 大节段。 底节围堰在拼装完成后整体滑移入水，浮拖至墩位处， 通过锚碇系统定位，插打16根定位钢护筒，挂桩后形成钻孔平台，进行钻孔桩施工。钻孔桩施工完成后，大型吊船水上接高围堰，解除挂桩系统，围堰下沉着床，万方数据通过吸泥、射水、压重等措施下沉围堰至设计标高，封 底，围堰内抽水，施工承台和墩身。3 6号墩底节钢套箱围堰滑移下河及 浮运3.1 6号墩底节钢围堰入水方案6号墩底节双壁钢围堰在工厂分块制造、长江大 堤外滩地上拼装后采用气囊法整体滑移下河。底节钢 套箱围堰因其刃脚形状和滩地条件等特点，不能直接 采用垫橡胶气囊抄垫滑移下河，故采取在围堰底部设置U 形浮箱，气囊按要求排列在浮箱底部。浮箱在滑 移过程中作为围堰和气囊之间的承载梁，并在围堰下 水过程中可为围堰提供部分浮力。围堰通过其自重分 力下滑，后方设置地锚及牵引系统以控制下滑速度，确 保钢围堰平稳缓慢地滑人水中。3.1.1围堰拼装场地加固处理为便于钢围堰能够在自重的作用下顺利滑移入 水，围堰的拼装场地设在长江大堤外1:28坡度的滩地 上，拼装前地基经夯实处理，自拼装场至水边区段采取 铺洒石灰土的办法进行地基加固处理，以满足围堰向 前滑移时气囊对地基的压力强度。对围堰滑道前端近水区的边滩区域采取抛石挤淤 后吹填细沙，并使近水前沿形成一定水深的陡坎，确保 围堰滑移到该处时后端不至被搁浅。U形浮箱底用钢支墩沿浮箱龙骨布设，钢支墩在滑移气囊充气完成后撤除。3.1.2围堰入水处河床清理围堰滑移前，将围堰拼装区前沿水边至水深7 m (围堰自浮的吃水深度及浮箱的高度约6m) 的范围内 河床面障碍物清除掉，以保证围堰全部入水后能与注 满水的浮箱完全脱离并实现自浮的安全距离。3.1.3围堰在后牵引力控制下滑移入水在U 形浮箱两侧尾部设置牵引耳板、围堰后方设 置控制滑移速度的牵引地笼及2台10t 卷扬机和滑车 组成的牵引系统。将50只直径为1.5 m 长 6 m 充 气 气囊平行均布于浮箱的底部，并充气至设计压力后撤 除钢支墩，完成围堰下水前的准备工作。同步启动2台牵引卷扬机，钢围堰(包括浮箱)在 后方牵引力控制下，依靠结构的自重分力缓慢地顺坡 向前滑移。在围堰顺坡向前滑移的过程中，应将后方 空出的气囊迅速转移至前方指定位置进行抄垫，防止 围堰前端触地搁浅。钢围堰下水情景如图2所示。
图2 钢围堰下水情景图万方数据当围堰滑移至3/4人水后，通过解除围堰尾部牵引力、在围堰前端双壁隔仓中注水等方法使围堰前倾， 同时用一艘3000kW拖轮在水中辅助牵引，使6号墩底节钢围堰后端快速滑移人水，避免在近水边滩区停 留时间过长造成围堰搁浅事故。围堰完全入水后，在牵引拖轮的牵引力和侧向拖 轮的顶推力作用下，围堰连同辅助浮箱整体在水面上 转体90°,并临时锚泊3000t 趸船(铁驳)边，灌水下 沉U 形浮箱后，围堰在水中完全自浮，具备了在水上 浮拖的条件。3.2钢围堰浮拖6号墩底节围堰人水区距南京长江大桥北堡上游 约800m, 距大胜关大桥桥址处约20km。 该航段为长 江南京段的主干航道，水势相对平缓，航路中深槽水深 均在10m 以上。围堰浮拖应选择气象、水文条件对浮 运较为有利的日期进行。底节围堰浮运时共配备大马 力拖轮5艘，领水主拖采用操纵性能优良的360°全回 转拖轮，以稳定航向，控制淌航和前进的速度。两侧各 设帮拖2艘左右挟持，既稳定航向、增加稳性又便于控 制船位。4 钢围、调整钢围堰的位置。锚碇系统组成：堰锚碇定位4.1 钢围堰锚碇系统设计桥址处水流呈单向流态，6号墩底节围堰定位系 统采用锚碇系统+前定位船方案(无后定位船)。前 定位船主要承担确定定位船主锚采用4个8 t 霍耳式铁 锚，定位船边锚每侧采用2个5 t霍耳式铁锚；钢围堰 边锚每侧采用4个8 t 霍耳式铁锚，钢围堰尾锚采用 2个8t 霍耳式铁锚；定位船与钢围堰间用4根直径为 47.5mm 拉缆相联，锚碇系统具体布置如图3所示。
4.2钢围堰锚碇定位钢围堰的锚碇系统应在底节围堰浮运到位前抛设 完成。抛设时要求位置误差在±5 m以内。抛锚顺序 应按先上游后下游的原则进行。考虑到锚抓牢受力时 会有一定的位移，抛锚时应设一定的预偏量。4.2.1主定位船定位首先抛设主定位船1号～4号主锚，并预绞收紧 锚绳使各主锚受力；之后依次进行5号~8号边锚的 抛设工作，对称预绞收紧锚绳使各边锚受力，将主定位 船定位于设计位置。再在主定位船后端围堰拉缆锚固 座上挂设四根围堰主拉缆。4.2.2围堰边锚及后锚抛设围堰边锚缆绳先放置在左右两侧的临时定位船 上。施工时先抛临时定位船自身的领水锚和涨水锚， 后抛设钢围堰边锚和尾锚，并将临时定位船初定位在 距墩中心两侧约75 m 处。临时定位船自身的领水锚 和涨水锚不得抛入墩中心两侧36m 范围内，以便于围 堰和拖轮安全进档。4.2.3钢围堰锚碇系统挂缆围堰浮运到墩位处一定范围后，围堰前拖轮解缆 驶离，此时两侧帮拖轮和尾拖轮继续将围堰浮运到墩 位上游约10m 处，通过抛锚船将前定位船上的4根主拉缆按1号～4号的顺序依次带到围堰上游端的主拉缆转向铰并与牵引系统连接，通过牵引系统预施拉力， 收紧主拉缆，稳定围堰。之后，南、北侧拖轮解缆驶离，临时定位船绞锚靠 近围堰，抛锚船将临时定位船上尾锚挂缆至围堰的相 应设计位置上。再将围堰的边锚按先上游后下游、先 北侧后南侧的顺序依次将围堰四角的八个边锚过到围 堰上并预收紧。从而完成围堰全部锚碇系统的挂设。
4.2.4钢围堰紧缆定位钢围堰紧缆定位时，应将设置在钢围堰施工平台 顶上的锚碇牵引系统对称收紧各锚的缆绳，调整围堰 的顺桥向和横桥向的轴线及围堰中心的位置实现围堰 的精确定位。底节钢围堰精确定位后，在该围堰的顶层支撑上 安装钢护筒导向结构，插打16根定位钢护筒，并在护 筒顶设置支承环，通过向钢围堰双壁内注水，使钢围堰 下沉落至支承环上完成体系转换，围堰挂桩形成固定 式钻孔施工平台，进行钻孔桩基础施工。5结语大型桥梁施工钢围堰采取工厂分块制造、江边滩 地整体拼装、气囊辅助滑移入水方案，取得了安全快捷 的施工效果，节省了水上超大型浮吊和拼装平台的投 入；采用围堰自身的锚碇系统+前定位船进行精确定 位的施工方法，极大地简化了围堰精确定位的施工步 骤，加快了定位速度。在之后的武汉二七长江大桥、武 黄铁路黄冈长江大桥等多座桥梁施工中，此法均得到 很好的推广。
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