武汉鹦鹉洲长江大桥2#墩超大型双壁钢围堰设计与施工技术

武汉鹦鹉洲长江大桥2#墩超大型双壁钢围堰设计与施工技术摘要：本文介绍了长江大桥深水基础双壁钢围堰的施工，详述了长江上直径最大的圆端型双壁钢围堰的设计、制作、气囊法下河、拼装接高、下沉定位、封底等方法，为今后类似工程提供借鉴和参考。

关键词：水中基础超大型双壁钢围堰设计与施工技术

1、工程概况

武汉鹦鹉洲过江通道工程为新内环线工程的一部分，通航孔主桥采用三塔悬索桥方案。2#墩为悬索桥的中主塔墩，其下部结构基础为39根φ2.8m钻孔灌注桩，钻孔桩采用行列式布置，纵桥向布置5排，横桥向布置9列，钻孔桩桩底标高-43.11m （黄海高程，下同），桩长40m；承台截面为圆端矩形，顺桥向尺寸34.0m，横桥向尺寸70.0m，圆端设置半径R=19.0m，承台顶标高+7.5m，底标高+1.0m，承台高6.5m。

武汉鹦鹉洲长江大桥2＃墩基础施工采用圆端型双壁钢围堰施工。双壁钢套箱围堰高度为35.5m，顺桥向尺寸41.0m，横桥向尺寸78.0m，圆端设置半径R=20.5m，共设置3道内支撑。围堰顶高程为+26.5m，围堰底高程为-9.0m。其布置图如下：

围堰布置图1

围堰布置图2

2、双壁钢围堰的设计制造与安装

2.1围堰的设计制造

采用型钢和钢板为原材料，通过在制造厂内焊接和组拼，形成钢结构半成品，再通过现场接高拼装，使钢围堰形成成品，满足设计和施工要求的尺寸。底节围堰高17m，顶节高16m，总高33m，壁仓宽2.0m，中间设两纵两槽隔仓加强结构，围堰平面面积2837m2,为目前最大圆端型双壁钢围堰。

底节钢围堰是围堰工程的核心构件，它必须在工厂内制造和拼装成节段，整体水下浮运到桥位处，再接高上节钢围堰（上节钢围堰在工厂内制造单元件，运到现场吊装焊接接高）。

2.2围堰的安装

鹦鹉洲长江大桥2#墩围堰平面为圆端矩形，总长度为78m, 宽度为41m，壁体宽为2.0m，总高度为35.5 m。围堰分三节制造拼装，底节围堰高度16m，底节围堰在桥址上游20km船厂加工制造、整体拼装，气囊法下河；中节围堰高度17m，在钢结构车间制造单元块，散件发货，驳船运输到墩位，利用浮吊分块、对称接高；顶节围堰高2.5m，后期在钢结构车间加工制作。

底节围堰由底隔舱和钢壳壁板组成，底隔舱按井字形布置，两道纵向底隔舱1为主隔舱，双壁结构，壁体宽2.4m，高度10m，两道横向底隔舱2、3为次隔舱，双壁结构，壁体宽1.5m，高度8.1m，两道纵向底隔舱1兼做底节围堰整体下河的受力结构。中节围堰由钢壳壁板和内支撑组成，内支撑为钢管构件，分三层横向布置。顶节围堰由钢壳壁板组成；整个围堰钢结构总重3700T。

底节围堰下沉到一定深度时才具备接高上节围堰的条件。因此，钢围堰的安装接高受下沉控制，将会使制造安装工序拖延时间较长。

3、围堰施工工艺

围堰下沉是深水基础施工的一项重要工序。把围堰从自浮状态下沉到江底河床上，再通过在围堰内吸泥（砂）作业，使围堰继续在土体内下沉，一直下到满足设计标高和平面位置。本围堰施工与航道整治工程同时施工，交叉干扰大。围堰需穿过江底已铺好的软体排，需首先将围堰下的软体排切割并打捞出，再下沉围堰，软体排对围堰吸泥造成严重干扰；围堰平面面积为2837m2，属于特大型结构，给下沉作业增加了一定难度。

3.1围堰下河

2#塔钢套箱围堰底节采用气囊法下河方案。由于场地客观条件限制，围堰下水前须在滑道上转36度的角度，这是一项从未有类似工程经验的特殊课题，要通过调整气囊的摆放角度实现，只有依靠操作人员的操作技术，无理论计算指导，故风险较大； 2#塔钢套箱为圆端形围堰，设置两道底隔舱及其下方的底托架作为围堰下河滑道。围堰底隔舱高10m，底隔舱下方设置的底托架横向宽度8m，下河时吊挂在隔舱顶上。底托架下方设置长8m、直径φ1.8m的高压气囊，充气托起钢套箱，在拉缆的控制下，钢套箱依靠自重沿坡道向下的分力随着气囊的滚动移动到水中，套箱入水部分依靠浮力平衡自重，直到套箱全部入水，在水中自浮。套箱围堰入水后，浮至合适水域，将底托架自与套箱底隔舱脱开，沉至河底，再利用打捞船打捞上岸。

3.2围堰浮运

在锚碇系统调整就位后，选择气象、水文条件对浮运较为有利的日期进行钢围堰下河及浮运。将制造好的底节整体围堰从滑道上移动到长江里，再浮运到桥位处，实现围堰施工工况的转换。

3.3围堰定位施工

围堰定位虽然是一道临时工序，时间较短。采用定位船和锚绳把围堰固定住，并通过调整锚绳的松紧使围堰准确就位于设计平面位置上，为下沉提供基本条件。本围堰体积大，定位调整难度大；锚绳众多调其一而影响全体，故调整关系复杂，必须反复试调；锚绳长短不一，角度不同，变形量各异，调整难度大；在定位过程中要根据水文地质条件，酌情考虑下沉预偏量。

围堰浮运到设计墩位处，需要进行定位系统设置，并利用定位系统对围堰进行初定位、精确定位等步骤，完成围堰定位施工。主要步骤有：前定位船抛锚定位及主锚抛设、后定位船抛锚定位及尾锚抛设、锚碇对拉预绞、围堰初定位、围堰精定位等。

围堰锚碇系统形成后，即可利用锚碇系统对围堰位置进行调整、定位，围堰定位时应遵循先调整围堰顶面高程，后调整平面位置和扭角的原则。第一步，使围堰垂直度满足不大于1/200的要求，并测量围堰的平面位置及扭角；第二步，根据测量结果调整围堰，使其平面位置及扭角偏差均不大于50mm；第三步，均匀收紧后拉缆，使整个尾锚系统对围堰施加预拉力。同时，均匀收紧围堰边锚，使每侧边锚对围堰施加预拉力；第四步，测量围堰的垂直度、平面位置及扭角，并根据测量结果调整围堰位置；第五布，重复第四步，直至围堰位置达到精度要求。

3.4围堰着床、第一次吸泥下沉

围堰在着床之前，呈悬浮状态，此阶段的围堰下沉较容易，只要向井壁内灌水，克服水的浮力，并调整好拉缆受力，围堰即可平衡下沉。在向井壁内灌水时，应遵循对称加载的原则，对称的隔舱，同时灌水，且流量一致，以防围堰倾斜。

在围堰底距河床表面1.0m时，对围堰进行精确定位后即可实施着床。围堰采用井壁内迅速注水加重的方法下沉，每个隔舱布置一台水泵，同时开动均匀注水，使围堰刃脚尽快落到河床上。围堰下沉过程中，应有专人不断调整前后拉缆，以使围堰稳定，下沉顺利。

围堰进入河床后，需收紧围堰拉缆，调整好围堰平面位置，完成围堰的定位着床工作。围堰着床后，在围堰第一次吸泥，下沉围堰至稳定深度（围堰底高程约+6.0m左右），围堰隔舱顶设置5组移动式吸泥平台，平台可沿围堰上下游方向移动，每个平台上布置1-4组吸泥泵吊架，吸泥泵吊架可沿顺桥向方向移动，每个吊架挂设一个吸泥泵，对围堰内吸泥。

下沉质量关键是围堰偏位和标高的控制，采用动态调整吸泥点位、吸泥深度来控制，必须严格按计划执行，杜绝盲目作业现象，否则容易引起偏位；

第一次吸泥平台布置图3

3.5围堰接高

（1）围堰侧板接高

因为围堰的顶节在水上拼装，故除了对围堰抛锚定位外，对于拼装处的水深也必须符合要求。现场采用浮吊进行拼装，并配备平板驳进行存放。

底节钢围堰在着床并入土到稳定深度后，通过侧板分舱内的水头调整钢套箱的平面高差至50mm以内，并保证底节顶部与水面高差在2m左右，开始进行上节钢围堰的分块拼装。根据分节情况围堰在高度方向有两层，在对竖向焊缝进行焊接时必须在围堰外侧搭设临时脚手架，以满足安全要求。

将焊接完毕、检查合格的单元块用浮吊吊装到拼装点，使上、下隔舱板对齐，围堰内壁轻轻靠在槽钢靠山上，检查壁板的垂直度，合格焊接内外壁板与底节的接缝。焊好后方可松钩。第一块拼装时，需对称同时进行拼装，防止产生围堰底节受力不均而发生倾斜。

拼装围堰上节时，若与底节之间有缝隙的，需进行修割或补板，保证底节与中节之间的焊缝不能漏水。

按照拼装顺序拼装第二片单元块，此时为保证单块围堰的稳定，壁板的连接缝和水平环均要求焊接，并达到实际焊缝的50%后才能松钩，同时两片间环筋间连接角钢应焊接好。

在拼装过程中，应随时测量围堰的结构尺寸、隔舱位置、垂直度等，保证底节和顶节的中心不发生较大的偏移，上下壁板在同一竖直面内。

依次拼装其他单元块。最后两块应实际测量距离后对待拼装的单元块进行修整，避免拼装时高空执行修整操作。

（2）内支撑的拼装

在拼装内支撑之前，应对整个围堰的结构尺寸进行测量，为保证钢套箱的相对尺寸，内支撑由中间往两侧拼装，观察单根内支撑的中心线与侧板隔舱的中心线对齐，经测量人员定位好后，将内支撑与侧板上焊接的垫座连成整体。依次拼装其他单根内支撑。

3.6围堰井壁填充混凝土施工

围堰井壁共分为26个隔舱，相邻隔舱之间采用封闭隔舱板或联通隔舱板进行分隔，两种分隔板交替布置，形成13对相互联通的隔舱，其中单个隔舱最大长度为10.734m，两个联通隔舱最长为21.468m。隔舱内自刃脚底部以上16.5m

范围内灌注C20水下混凝土，混凝土总方量为6094.6m3。

围堰上节拼装完成后，开始进行井壁隔舱混凝土灌注。围堰井壁混凝土灌注按照分层对称均匀灌注的原则进行，两个相互联通的隔舱同时进行灌注，每个隔舱共分三次灌注完成。

首轮采用竖直导管法进行水下混凝土灌注，灌注高度为5.5m，在施工过程中同时利用水泵将该隔舱内的水抽出，混凝土灌注到预定高度后进行下一组联通隔舱的混凝土灌注，灌注方法和高度相同。待所有隔舱第一轮全部灌注完成并将隔舱内的水抽干，然后分两轮依次进行混凝土干封，完成井壁混凝土灌注。

3.7围堰第二次吸泥下沉

围堰第二次下沉在是在覆盖层中下沉，采取空气吸泥机和搅吸泵吸泥配合吸泥下沉的方法，围堰内吸泥清淤约40000方，采用8台空气吸泥机（2台浮吊，4台门吊配合），8台搅吸泵进行吸泥工作，具体布置详见附图9（附图9 2#塔围堰二次吸泥下沉施工平面布置图）。整个围堰按照先核心区、后周边区的顺序取土吸泥。单个隔舱吸泥顺序按照先中后边、对称吸泥的方式进行。整个取土吸泥过程中，保持舱内水位高度，保证舱内水压力，同时在靠近刃脚的区域应控制取土吸泥深度，防止发生涌砂现象。