第3卷第4期 铁道科学与工程学报 Vo1.3 NO.4 2006年8月 JOURNAL OF RAILWAY SCIENCE AND ENGINEERING Aug 20o6 天 兴洲 长江大桥3号主塔墩钢吊箱围堰施工 陈宁贤,邓永锋 (中铁大桥局集团五公司,江西九江332001) 摘要:大型钢吊箱围堰在工厂整造成型、整体下水并浮运至墩位进行定位,是现代特大型桥梁深水基础施工的发展 方向,可以提高钢吊箱围堰的制造精度,减少在墩位处现场拼装的水上作业量。整造浮运的钢吊箱围堰集钻孔桩施工 平台、钢护筒插打导向结构及承台施工挡水围堰等多种功能于一身,可以大大缩短钻孔桩施工完毕后至开始承台施工的工 序转换时间,缩短整个基础的施工时间。但围堰整造成型后结构庞大,对锚碇系统投设及围堰的精确定位标准等均有 特殊的要求,并给围堰浮运拖带及定位等带来一系51】的困难。以天兴洲长江大桥3号墩为例,介绍了大型钢吊箱围堰锚碇 系统抛设及对拉预绞的施工方法,简述了双壁钢吊箱围堰浮运拖带方案的选择及围堰精确定位的方法。 关键词:锚碇;抛设;预绞;钢吊箱围堰;浮运;定位 中图分类号:U445 55 6 文献标识码:A 文章编号:1672—7029(2006)04—0074—05 Steel wall cofferdam construction of the No.3 main tower pier for Tianxingzhou Yangtze River Bridge CHEN Ning—xian,DENG Yong—feng (The 5th Engineering Co ,Ltd ,China Zhongtie Major Bridge Engineering Group,Ji ̄imlg 332001,China) Abstract:Manufacturing the large・—scale steel box wall cofferdam in the factory and locating it through floating‘・ transport to the pier is the development direction of the deep water foundation construction of modern super bridge, which Can increase the manufacturing accuracy ofthe steel box wall cofferdam nad decrease the aquatic workload ofas— sembling work on the spot of the pier.The whole manufactured and float—transported large—scale steel obx wall cof- ferdam integrates various functions together,such as being a construction platform for drilling a hole for piles,the ori— ented structure of steel protecting tube in the putting homework,the cofferdam to block the water for construction of pile caps etc.It can consumedly shortens the conversation time between the end of drilling construction and the begin— ning of pile caps consturction,and SO shortens the whole foundation construction time.However,the structure scale of cofferdam is huge after it Was wholly manufactured to the shape,it has special requierment for hurling anchorage block system and the standard of the accurate location for cofferdam etc.,and brings a series of dififculties for cofferdam lfoating—transport drga nad locating etc.Talking the No.3 pier of Tianxingzhou Yangtze River Bridge as an example, this paper describes the east・—anchor nad taking consturction methods of nachorgae block system for the large——scale steel wall cofferdaln.and meanwhile it gives a brief introduction to the selection of floating—transport scheme and ae— curate locatinn methnd flnr r1nI】h1P steP1 wal1 offerdam Key words:anchorage blcok;east・—anchor;fixing;steel wall cofferdam;floating——transport;location 天兴洲公铁两用长江大桥是武广铁路客运专 km处,其主桥为双塔三索面三主桁斜拉桥,主桥桥 线跨越长江的桥梁,位于武汉长江二桥下游约9.5 式布置为(98+196+504+196+98)m。3号墩为大 收稿日期:2OO6—05—10 作者简介:陈宁贤(1967一),男,江西九江人,高级工程师,从事桥梁建造施工研究 维普资讯 http://www.cqvip.com
第4期 陈宁贤,等:天兴洲长江大桥3号主塔墩钢吊箱围堰施工 75 图1锚碇系统总布置图 Fig.1 The location plan of nchoraage block system 桥主塔墩,其基础为40根直径为3.40 m钻孑L灌注 桩,行列式布置为横桥向8排,纵桥向5排;承台平 面为矩形,长65.3 m,宽39.8 m,高6.0 m。3号墩 2锚碇抛设及预绞 围堰所受的水流冲击力通过定位船传递给锚 碇系统,定位船仓面上设置有主锚、尾锚及前后拉 位于长江主河道深槽中,其基础施工采用双壁钢吊 箱围堰法,围堰平面为矩型,轮廓尺寸:长69.5 m, 宽44.0 m,高15.0 m;围堰浮运总质量约3 100 t,自 浮状态下吃水深度约2.3 m;围堰在桥位下游约5 缆的收紧装置及测力装置,在抛锚前必须将这些装 置安装完毕。 2.1 锚碇抛设 km的青山船厂制造,整体下河,浮运至墩位进行锚 碇。围堰的锚碇系统为前后定位船加重锚体系,前 定位船采用2艘40O t铁驳并联,后定位船采用1 艘400 t铁驳;主锚采用8 t霍尔铁锚l0个,尾锚采 用6 t霍耳铁锚4个;围堰和前、后定位船问采用拉 缆连接,前拉缆为8根直径为60 mlYl钢丝绳,后拉 1)技术要求l卜 j:抛锚位置误差±5 m;定位船 位置应相对其设计位置预偏上游5 m。 2)抛锚方法:将抛锚船拖至锚位,测量好位置 后,利用卷扬机控制将铁锚慢慢放入水中。实际松 锚长度比河水深度多10 m以上后,在松锚的同时抛 锚船应缓慢向定位船遛放,使锚链在河床上摊开。 3)前后定位船就位及主尾锚抛设。 ①前定位船临时锚定:将前定位船拖至设计位 缆为4根直径为47.5 mlYl钢丝绳;围堰靠主航道侧 边锚为4个7 t霍尔铁锚,岸边侧设置2个25 t地 垅;后拉缆设置100 t预拉力,岸上边锚绳设置50 t 预拉力。围堰锚碇系统布置见图1。 置,在其上下游各抛一个临时锚,使其临时定位;利 用抛锚船依次抛下11号、l2号、13号、l4号边锚, 对称收绞边锚绳,将前定位船临时锚定,见图2。 1工程关键技术问题 1)主锚在工作状态下所受的最大水平拉力达 40O kN,如何保证l0个主锚均匀受力,不走锚。 2)围堰平面尺寸庞大,内部结构复杂,如何确 定浮运动力及拖带方案。 3)围堰拉缆均为粗钢丝绳,尤其是前拉缆直径 达60 nqnq,而且浮运时除前定位船旁可停靠一艘30 t浮吊外,其他水上设备不允许靠近围堰,围堰到 达墩位后,如何安全而且快速地将拉缆与前后定位 船连接。 图2前定位船就位及主锚抛设 Fig.2 Locating the forward position ship and casting the main anchor 4)对于这种大型围堰,如何确定其定位的精 度,采取何种措施达到所需的精度。 维普资讯 http://www.cqvip.com
76 铁道科学与工程学报 21306年8月 ②主锚碇抛设。 a.将抛锚船拖至1号主锚设计位置偏上游5~ 10 m,抛下1号主锚,将锚绳过到定位船上并预收 紧。 b.按同样的方法抛设10号主锚,预收紧主锚 绳后,起出临时领水锚。 c.对称抛设其余主锚,即按照2号、9号、3号、 8号;4号、7号、5号、6号的顺序抛投。 d.调整主锚绳:起出临时尾锚,调整边锚、主 锚,使前定位船就位,如图2所示。 ③按同样方法抛设后定位船边锚、尾锚并预收 紧,使各锚绳大致均匀一致。 2.2锚碇对拉预绞 锚碇抛设完毕后,应对所有主锚、尾锚进行预 绞,使铁锚稳固地抓入河床中。 1)利用两根对拉绳将前后定位船连接起来,收 紧、调整对拉绳,使两对拉绳受力均匀一致。 2)预绞方法:对称收绞两根锚绳到设计吨位, 观察两根锚绳索力是否减小,若减小则补足吨位, 直至索力保持设计吨位不再变化为止。 3)预绞顺序:主锚预绞力大,尾锚预绞力小,应 先绞尾锚后绞主锚;为防止由于锚链相互叠压导致 预绞时无法拉直锚链,应按照后抛设的锚碇先预绞 的顺序施工;应每次两根锚绳对称预绞。 3 围堰浮运 3.1浮运前的准备工作 围堰浮运到墩位后,应尽快将围堰与定位船连 接,利用锚碇系统稳定围堰以策安全。因此,浮运 准备工作应尽量完善。围堰下水前需布置好的设 施包括[5-7]:围堰顶操作平台、提供动力的发电机 组、辅助过拉缆的卷扬机及临时系缆桩等;前后拉 缆需布置好,即拉缆的一端连接在围堰兜缆连接装 置上,其余部分按顺序在围堰顶面展开。拉缆布置 的原则:先下放连接的拉缆靠围堰外侧,后下放连 接的拉缆靠围堰内侧。 3.2浮运动力及拖带方案 浮运动力与围堰迎水面面积、形状、吃水深度、 水流速度、拖带速度等因素有关,浮运前需沿拟定 的拖带线路对江水流速进行测量并根据测量结果 进行计算。 1)浮运时围堰相对于水的速度 = l+ 2。其 中, 。为浮运拖带的绝对速度, 为水流速度。江 水流速最大为1.8 m/s,最小为1.4 m/s,取水流速 度 2=2.0 m/s;浮运拖带的绝对速度 .=1.0 m/s,因此,浮运时围堰相对于水的速度为 =3.0 m/s。 2)浮运时作用在围堰迎水面的流水压力。 ①作用在围堰迎水面侧板上的流水压力为: Pl=凡l/22 =凡1凡2等c 2 (kN)。 其中:P为水的密度; 为流速;A为迎水面面 积。 考虑形状系数 、淹没深度影响系数n。和水 深影响系数n ,查表得 =2.32, 1=0.70,/22=0.76。 于是,Pl=nl/22 =n1n2鲁 A=562(kN)。 ②作用在围堰迎水面底板龙骨上的流水压力 P2=ml凡l凡2 =ml凡1凡2等c 2 =(kN)。 ,按T形梁取值为1.92;整个围堰有18道底 龙骨,取重叠系数m1为1.50;查表求得nl=0.88, /22 0.76, P2 m1凡1/22 =m1凡1凡2鲁c =190.7 (kN)。 ③浮运时作用在围堰迎水面的总流水压力为 P=P1+P2=752.7(kN)。 3)浮运动力。围堰浮运拖带所需的拖轮总功 率为 71= (hP)。 式中:lhp=745.7 w;n为推进器的推进系数,取 0.5; 为轴系效率,取0.96; 为传动效率,取 0.94;n 为机械效率,取0.80。 于是,T=6.219 883 7 MW。 据此,拟定围堰浮运拖带方案采用顶推为主、 帮拖辅助的方式进行,考虑到还有风力、4JD个桩孔 中涡流阻力等未计算在内,因此共设6 000 hp(即 4.474 200 MW)主顶推拖轮2艘,2 640hp(即 1.968 648 Mw)帮拖1艘,总共14 640 hp(即10.917 048 MW);拖带船队按图3编队。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第4期 陈宁贤,等:天兴洲长江大桥3号主塔墩钢吊箱围堰施工 77 图3围堰浮运现场布置 Fig.3 The spot layou!of lfoating—transport for cofferdam 3.3浮运施工 4.2围堰精确定位 4.2.1精确定位标准 1)围堰从制造船厂出发,沿着制定的航行路线 到达桥位处,慢慢向前定位船尾部靠拢,在围堰前 端与前定位船尾部之间临时系上交叉拉缆,以保证 在向前定位船过拉缆的过程中围堰不左右摆动。 根据规范要求[卜 ,吊箱围堰就位的允许偏差 为:中线扭转角≤1。,围堰最大倾斜度≤h/50(h为 围堰高度),围堰中心位置偏差≤50 iiln"l。由于3号 2) ̄lJ用停靠在前定位船边的30 t浮吊依次将 围堰顶面的拉揽接头过到前定位船上,与相应的滑 围堰结构庞大,如果仍然按规范的要求控制围堰的 位置,在极端情况下钻孔桩的位置偏差将超过700 n.rr.,车组连接。连接操作要依次一根一根地进行,先连 接下层的拉揽,再连接上层的拉缆。 3)前拉缆下放完毕,解除系在围堰前端的临时 拉缆;围堰在拖轮组的控制下缓慢向下游滑行,当 围堰滑行到3号墩位处时,前拉缆绷直受力,调整 这显然是不允许的。通过综合分析围堰制造 误差及定位误差对后续钻孔桩和承台施工的影响, 并考虑到施工控制的可能性,拟定的围堰位置控制 指标为: 1)围堰垂直度,以工厂制造时的状态作为参 考,围堰相对垂直度≤1/1000; 2)围堰平面位置,预偏上游30~50 innl; 各拉缆使其受力均匀;解除拖轮船队,保留1艘 6 000 hp(即4.474200 Mw)拖轮移至围堰侧面靠帮 继续控制围堰的横向稳定。 4)收绞后定位船边锚和临时领水锚,将后定位 3)围堰扭角偏差,按扭转偏移影响桩位偏差≤ 50 innl计算,围堰中线扭转角偏差≤2 ; 4)钢护筒垂直度:≤1/500。 4.2.2精确定位施工 船从临时停靠点向围堰尽量靠拢。 5)从后定位船上过1根牵引钢丝绳到围堰上, 利用后定位船上的卷扬机将后拉缆从围堰上牵引 到后定位船上,与滑轮组连接;各拉缆连接好后,将 后定位船向下游其设计位置溜放。 6)前后拉缆安装完毕,利用卷扬机调整拉缆, 使其全部拉直受力之后,解除最后1艘拖轮。 3号墩基础施工布置了2台浮吊,分别位于围 堰的南北两侧,吊箱围堰靠插打钢护筒进行最终定 位。 1)初定位后,对围堰进行第1次调整,使各拉 缆、锚绳达到设计拉力;围堰相对垂直度达到 1/1 000以内,围堰平面位置及4个角上扭转偏差 均调整至100 innl以内; 4 围堰定位 4.1围堰初定位 2)将围堰两对角的钢护筒吊入孔内,缓慢下放 至护筒底口距河床1 m左右时停住; 3)再次测量围堰的相对垂直度、平面位置、扭 将地垅边锚拉缆与围堰连接,抛设围堰其余边 锚,过锚缆到围堰上与相应的滑车组连接,形成完 整的围堰锚碇系统,见图1。调整各拉缆、锚绳,使 围堰大致处于设计位置。 角偏差及钢护筒的垂直度,并根据测量结果进行调 整; 4)围堰及钢护筒均满足要求后,2台浮吊同时 维普资讯 http://www.cqvip.com
78 铁道科学与工程学报 2006年8月 松钩将钢护筒插人河床,并用APE400B液压震动 打桩机向下插打到位; 5)移动浮吊至另一对角,按同样方法将2根对 角钢护筒插打到位; 6)4个角上的钢护筒插打到位后,围堰基本上 稳定,至此,围堰精确定位完成。 5结束语 天兴洲大桥3号墩围堰结构庞大,围堰的锚碇 抛设及浮运定位施工控制困难。施工中采取了多 项有效的技术措施,施工过程十分顺利,浮运定位 极为成功。围堰最终定位时的实际指标如下:围堰 垂直度为1/200o;围堰平面位置为偏上游35 InIn, 偏南12 InIn;围堰扭角偏差为1.3 ,即长边扭转25 rm,短边扭转16 rm;4个角上定位钢护筒垂直度 分别为:1/500,1/1100,1/700,1/710。 参考文献: [1]TB10(X)2.1—99,铁路桥涵设计基本规范[s]. TBII ̄Y2.1—99.Fundamental code for design on railway bridge and culvert[S]. [2]TB10203--2002,铁路桥涵施工规范[s]. TB10203--2002.Code for construction on bridge&culvert of railway[S]. [3]33310002.5—20o5,铁路桥涵地基和基础设计规范[s]. 1’Bl00O2.5—20o5.Code for desing on subsoil and founda— tion of railway bridge nad cluvertlSj. [4]JTrJ215—98,港口工程荷载规范[s]. JrrJ215—98,Load cdoe for port engineeringlSj. [5]杨文渊,徐.桥梁施工工程师手册[M].2版.北京:人 民交通出版社,2003. YANG Wen-yuan。XU Ben.Engineer’s manual for bridge cosntruction[M].2nd ed.Beijing:China Communicatiosn Press,2003. [6]李德坤.深水基础整体式双壁吊箱围堰施工技术[J]. 桥梁建设,2004(2):53—55. U De—kun.Construction technology of the whole double walled suspend box cofferdam for foundation in deep water [J].Bridge Construction,2004(2):53—55. [7]李军堂.芜湖长江大桥双壁钢围堰施工[J].铁道建筑, 2000(5):5—7. LI Jun—tang.Construction of t}le whole double walled stel cofedram fo Wuhu Yangtze River bridge[Jj.Railway Con— struction,2000(5):5—7.
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