总第２７４期 ２０１６年第１期 交通科技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ １５．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２７４ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１６ 新白沙沱长江特大桥３号墩双壁钢围堰设计与施工 郭 煜 （中铁大桥局集团第一工程有限公司 郑州４５００５３） 摘要新白沙沱长江特大桥３号主塔墩基础采用双壁钢套箱围堰施工。为满足双壁钢套箱围 堰在施工各阶段的结构安全，分别对围堰拼装、封底、承台及塔座施工等各阶段的施工工况进行建 模计算分析，以确保结构安全可靠，各工序顺利进行。施工中采用钻孔桩与围堰同步施工技术，达 到了快速施工、安全优质、节约成本的目标，确保了双壁钢套箱围堰的渡洪安全，为全桥的工期目 标打下了基础。 关键词平台 围堰基础设计施工 渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥为钢桁梁 斜拉桥，孔跨布置为：８１ Ｉｎ＋１６２ ｒｎ＋４３２ ｍ＋１６２ ｒｎ＋８１ Ｉｎ，分上、下２层桥面布置。上层为４线铁 路客运专线，下层为双线铁路货车线。大桥３号 墩承台为圆端形，长６７．４ ｒｎ，宽３１．３ Ｉｎ，高６．０ ＩＴＩ，施工采用双壁钢围堰，围堰圆弧段分为１０块， 直段２２块，２层共６４块。顶层为单壁结构，高５ ｍ。主桥布置见图１。 ８１００ １６ ２００ ４３ ２００ １６ ２００ ８ １００ 设计施工难度大。 （２）河床面不平整，需设置高低刃角，拼装下 放及着床后围堰倾斜度不易控制，处理困难。 （３）水深流急，平台底下放难度大。围堰下 放到位后，围堰高低刃角处吻合度不高，冲刷不 均，封底堵漏困难。 （４）围堰拼装、下放时，钻孔桩正在进行施 工，对钻孔桩作业将产生一定影响。 （５）围堰封底混凝土近万方量，需分仓封底， 且与钻孔桩施工相协调，施工组织难度大 ｊ。 ２双壁钢套箱围堰结构设计理念及构造 Ｆ ｍ ＼ 卜０ ————— ｌ ｒ／ 图１新白沙沱长江特大桥主桥布置示意图（单位：ｃｍ） 结合各工况条件、水文资料确定围堰的设计 理念为：大壁厚、少支撑，满足整体刚度要求，抗渗 水性能好。不受施工水位限制，可承受较大的水 压力，能安全渡洪、可全年施工［引。图３所示为围 堰立面图。 塑丛堡墼圭堑三皇亘里！丝墨鱼：生里垫三皇画图 —＿＿ ’ 一ｌ’ 一 为保证施工进度，从施工成本、设备投入及方 案可行性等方面考虑３号墩基础施工采取先平台 后双壁钢套箱围堰施工方案，见图２。在平台上 进行钻孑Ｌ作业，平台下方同时进行双壁钢套箱拼 装及下放施工 。 Ｉ厂 …１ ｌ １ Ｉ Ｈ ｌ一 ， ‘Ｉ ｌ Ｉ／一 －： ｌ／＼ ＼ 阳Ｊ 墨Ｎ －一 ＼ｌ＼ ／ ＼ ／ ／ Ｖ … … ，… …ｎ 一 Ｉ ｌ Ｙ，ｌ／Ｉ／ｄ／／１．／／／ ，，， ，Ｊ “／ ；－ Ｉ。 ｚ ， 《 Ｍ：一 ：： ｖ ． ；一 ｗ ，０ ：娥 ‘一 ｒ． 囊 ‘ 、 。．． ．： “Ｉ Ｉ图３ ３号墩围堰施工设计图 图２平台上钻孔与平台下围堰同步施工示意 综合考虑确定：钢套箱围堰长度为７Ｏ．６ ＩＴＩ、 宽３４．５ ｉｎ、高２２ Ｉｎ，围堰底标高为＋１６１．１７２ ｍ。 围堰壁舱厚１．５ １ＴＩ，双壁舱断面共设置２４个密闭 １围堰施工难点 （１）承台规模大，工期紧，安全、质量要求高， 收稿日期：２０１５－０９—２５ 注水隔舱。围堰内设置２道底隔舱高度分别为 ４．７，４．９ ｍ，将围堰内分割成３个舱。 ４２ 郭煜：新白沙沱长江特大桥３号墩双壁钢围堰设计与施工 ２０１６年第１期 ３围堰设计计算 ３．１工况分析 根据钢套箱围堰施工工作时段及设计受力状 态，有如下工况。 （１）双壁钢套箱围堰在钻孔平台下安装阶 段。该阶段主要确定拼装平台形式、临时支撑设 置、底节悬浮状态、吊具吊点局部受力等。 （２）封底混凝土及侧板灌注施工阶段。该阶 段主要确定抽水后的侧板验算、围堰抗浮、封底混 凝土强度验算等。 （３）承台及塔座施工阶段。需对围堰侧板、 封底混凝土承载力、围堰整体抗浮安全系数、顶层 钢管内支撑结构、桁架内支撑承载力进行检算。 （４）下塔柱施工阶段。下塔柱施工中，围堰 外施工水位为＋１８５．０ ｍ，围堰侧板双壁内灌注 水位＋１７８．３７２ ｍ，拆除部分桁架内支撑结构，并 在塔座位置处设置撑杆，围堰内注水至＋１７５．０ ｍ，与塔座顶齐平，需对围堰侧板、桁架内支撑及 钢管内支撑结构承载力进行检算。 ３．２设计荷载取值 （１）围堰自重由模型自动考虑，并考虑１．２ 的自重系数，底节自重Ｇ ，顶节Ｇ 。 （２）封底混凝土重量（Ｇ。）。 （３）壁仓内混凝土重量（Ｇ ）。 （４）承台混凝土重量（Ｇ５）。 （５）水流力计算（Ｆ ）。根据《铁路桥涵设计 基本规范》，作用在围堰侧板迎水面上的流水压力 Ｆｗ＝ＫＡ 。 ｇ （６）水浮力计算（Ｆ ）。ｐｇＶ排。 （７）静水压力（Ｆ。）。 静水压力同时考虑 围堰侧板内及侧板外水压力，水容重按１０ ｋＮ／ｍ。 考虑，水面以下呈三角形分布。 ３．３各设计工况荷载组合及结构计算内容 荷载组合及结构设计内容见表１。 表１荷载组合 ３．４结构应力计算 由于钢套箱围堰为空间结构，各工况受力较 为复杂，利用ＭＩＤＡＳ计算软件建模进行分析计 算。根据不同工况，对结构加载，计算出内力及变 形，按照《铁路桥涵设计基本规范》《钢结构设计手 册》等相关规定进行结构计算复核。经计算，双壁 钢套箱围堰各结构部位最大应力、刚度和对应的 荷载工况见表２。 表２ 围堰各工况计算结果 结构部位 最 形 结论 对应工况 由表２可见，结构强度及刚度稳定性满足受 力及规范要求，结构是安全可靠的。 ３．５双壁钢套箱围堰抗浮稳定性计算 按３．８ ｍ的有效封底厚度、＋１８０ ｍ抽水 水位计算，封底混凝土与钢护筒之间平均粘结力 按１６０ ｋＮ／ｍ 控制，经计算抗浮稳定安全系数 １．２６＞１．１，满足要求。 ４双壁钢围堰施工 ４．１双壁钢围堰施工方案 围堰施工利用浮吊将分块的围堰侧板或隔舱 板吊至设在钻孔平台下方的轨道梁上，通过轨道 梁上电动葫芦将围堰各单元构件吊至设计位置逐 块拼装。拼装完成底节后，吊挂系统吊起底节钢 围堰，拆掉平台及分配梁，使钢围堰下沉浮在水面 上，并进行水密试验。拼装第二节围堰，注水下沉 至设计标高，下沉过程通过设置在护筒上导向保 证围堰平面位置准确，之后围堰堵漏、整平河床， 进行围堰和壁舱水下混凝土封底，安装顶节围堰。 将钻孔平台转换为围堰底层内支撑，抽水清基，施 工承台 。 ４．２双壁钢围堰底节拼装 如图４，根据轨道梁布置形式和施工性能确 定拼装顺序，利用浮吊将首个围堰块段吊至轨道 梁上，轨道梁上电动葫芦将围堰侧板滑移到设计 位置，下放到拼装平台分配梁上。上、下两侧圆弧 段围堰侧板直接利用浮吊吊装到位，吊点需要转 ２０１６年第１期 郭煜：新白沙沱长江特大桥３号墩双壁钢围堰设计与施工 ４３ 换一次。与首个围堰块段相邻的下一个块段采用 同样的吊装方式安装，在固定好的围堰块段壁板 上焊接临时接口板，利用电动葫芦、倒链精确对 接，焊接围堰侧板与护筒间临时支撑。之后进行 竖焊缝及水平环板焊缝焊接，完成后再将新拼接 的围堰块段下端固定，继续拼接下一块围堰。 一 Ｉ、Ｉ 艘 鼍 圉 －Ｅ～Ｔ．Ｙ皿４０００一 望 雪 ￡丑 ，－。邑Ｅ型一Ｔ钻．Ｙ［笋４机＝０， ．－０ １． 。 土 ｌ ｆｊ －●●●＿ 上． 匿 班±｝壬 ｊ识： Ｉ千＝ 上＿ 上幽 Ｊ ．ｊ：． 蚕 ＼ Ｉ； Ｉ ｌ图４围堰底节安装施工不意图（单位：ｒａｍ） ４．３底节围堰的提升和下放 ４．３．１底节围堰提升系统安装 底节围堰在拼装平台上拼装完成后需通过设 置在钻孔平台上的１Ｏ个提升装置将底节围堰整 体提升并下放至自浮状态。底节围堰提升下放吊 点均为焊接结构，下吊点焊接于围堰竖隔板顶部， 与其对应的上吊点焊接于钻孔平台顶面，上吊点 位置处的钻孔平台进行补强处理。 ４．３．２底节围堰的提升 提升前对各吊点进行单点试提，单点试提无 异常，即对钢围堰进行整体试提，整体试提无异 常，正式提升钢围堰。均匀、缓慢顶升千斤顶，使 围堰与拼装平台脱空，拆除拼装平台，对支撑梁沿 围堰内壁投影线向内８ ｃｍ的距离进行割除，割除 后的分配梁兼做围堰的限位装置 ４．３．３底节围堰的下放 采用１Ｏ台２ ０００ ｋＮ的液压千斤顶进行下放 施工。底节围堰达到自浮下沉状态后，对称、均匀 向围堰双壁舱内灌水，使围堰缓慢、均匀下沉，并 同步松动提升装置；当围堰下沉不均衡，某个角或 边下沉过多时，可将该边或角附近的提升装置适 当顶升，使围堰水平，然后，在对边或对角双壁舱 灌水使围堰平衡。如此逐步灌水，使底节围堰下 沉至一定高程，拆除精轧螺纹钢筋。 ４．４围堰接高下沉着床 如图５，底节围堰下沉至距水面１ １ＴＩ左右后， 在围堰悬浮状态下拼装第二节围堰，第二节围堰 高１２ ｍ。第二节围堰拼装同时，在角桩及大小里 程中间边桩钢护筒上焊接上、下２层导向装置，确 保围堰下放平面位置及垂直度满足要求。拼装完 成后开始注水下沉，下沉前对围堰刃脚范围的河 床标高进行测量，根据测得的河床标高，确定着床 顺序。围堰下沉过程中，用吸泥机清除刃脚处的 河床覆盖层，当围堰下沉到设计标高后，调整围堰 到设计位置，然后测量围堰内各点的标高。用吸 泥机将高处清平至设计标高，低洼处则用片石或 卵石回填，刃角挡板较大悬空处利用石笼内外回 填。沿围堰外侧四周测量河床面标高，其标高必 须高于围堰内０．５ ｍ以上，否则用砂袋填到此标 高，最后由潜水员下水检查是否符合要求。 图５ 围堰顶节接高施工不意图（单位：ａｒｍ） ４．５钢围堰定位 由于围堰底插板结构不能受过大的竖直力， 因此设置临时吊挂系统，将围堰利用精轧螺纹吊 挂于钻孑Ｌ平台上，然后再在围堰壁舱内预注１．５ ｍ水。密切关注水位的变化情况，根据水位变化 壁舱内及时抽水或注水调整，确保围堰稳定。 围堰下沉到位后，确定平面位置和高程均满 足设计要求后，用钢板把所有导向结构、隔仓板与 护筒之间间隙抄实，顶层导向结构与钢护筒之间 焊死，完成围堰的定位。 ４．６围堰堵漏、抛填 ４．６．１围堰的堵漏 钢围堰下沉着床后，组织潜水员对围堰着床 情况进行摸探，摸探挡板及围堰刃脚与河床面之 间有无空隙，空隙的具体位置和高度，并做好标记 和记录。同时组织人员对围堰刃脚内外侧各３ ｍ 范围内河床面标高进行确认。围堰堵漏采用的石 笼规格有３，２，１ ｍ，上游侧水流速偏大和刃脚悬空 较大处利用大石笼添堵，悬空较小处采用小石笼。 ４．６．２围堰的抛填 为确保河床面标高与封底混凝土底标高一 致，对围堰内河床标高低于设计封底混凝土底标 高的区域进行抛填，采用围堰内抛填碎石的处理 措施，围堰内碎石抛填按照先上游侧，再下游侧， ４４ 郭煜：新白沙沱长江特大桥３号墩双壁钢围堰设计与施工 ２０１６年第１期 最后中间的顺序进行。围堰刃脚四周碎石抛填结 束后，还需立即进行围堰刃脚水泥砂袋的堆码。对 围堰刃脚内碎石抛填工作进行全面摸探，根据摸探 情况对围堰刃脚底部空隙进行水泥砂袋堵漏。 ４．７围堰封底 底共用１２３ ｄ，比常规施工方法缩短近１００ ｄ。 ５ 结语 本桥采用先平台后围堰，钻孔桩与围堰同步 施工技术，围堰与平台一体化设计，双壁钢套箱围 （１）将整个围堰分为３个舱，围堰封底总体 施工顺序：上游侧隔舱一下游侧隔舱一中间隔舱 堰作为主墩基础施工的挡水结构，兼作施工平台 的承重结构。设计中在钻孔平台下进行围堰拼 （上下游隔舱的封底顺序根据钻孔桩的施工进度 情况做适当调整，优先选择先封上游侧隔舱）。 （２）考虑混凝土流动半径及护筒的阻挡等因 装、下放、着床、抛填堵漏，钻孔平台再经割除、下 放兼做围堰的桁架内支撑，材料得到了充分利用， 更重要的是钻孔桩与围堰同步施工缩短了施工工 期，为整桥施工进度提供了保障。该双壁钢套箱 围堰的成功使用为今后类似水中基础施工提供了 一素，每舱封底时均布置了不少于２２根导管，每根 导管３５ ｍ，在围堰一个舱封底完成后倒用至下一 个舱使用。测点布置原则为，每根下料导管处以 及混凝土不宜流动到的地方布置测点。 定的参考价值。 （３）封底混凝土采用泵送，坍落度１８～２２ ｃｍ，布置４台布料机，覆盖围堰整个区域。２个产 量１２Ｏ～１５０ ｍ。／ｈ混凝土工厂同时供应，确保混 凝土的供应。 （４）在灌筑混凝土的过程中，单舱采取从一 侧向另一侧纵向推进的顺序，随时测量下灰导管 口附近的混凝土顶面标高，确保了导管埋深。首 个混凝土采用１５ ｍ。的总槽，总方量达２Ｏ ｍ。以 上，成功率１００ 。 参考文献 Ｅｌｉ 蔡红珍．新白沙沱长江特大桥３号主墩基础施工方 案比选［Ｊ］．铁道建设，２０１４（２）：１４—１７． Ｅ２］ 周功建．新白沙沱长江大桥３号主墩基础施工技术 ＥＪ］．桥梁建设，２０１５（１）：Ｉ－５． ［３］ 余绍宾，张炜烽，周功建，等．新白沙沱长江六线铁 路特大桥深水基础施工技术［Ｃ］．第２１届全国桥梁 学术会议论文集：上册，２０１４． ［４］ 宁洪伟，李艳哲，贾为民，等．新白沙沱长江特大桥３ 围堰封底总历时约８０ ｈ，待混凝土达到设计 强度后抽水，效果非常好，无任何漏水现象，证明 采取的措施取得了良好的效果。围堰从拼装到封 号墩双壁钢套箱围堰施工技术ＥＪ］．施工技术，２０１４ （１７）：４９—５２． Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｏｕｂｌｅ Ｗａｌｌ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｆｏｒ Ｐｉｅｒ Ｎｏ．３ ｏｆ Ｎｅｗ Ｂａｉｓｈａｔｕｏ Ｃｈａｎｇｊ ｉａｎｇ Ｓｕｐｅｒ Ｌａｒｇｅ Ｂｒｉｄｇｅ Ｇｕｏ （１ｓｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｚｈｏｎｇｔｉｅ Ｍａｊｏｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００５３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｙｌｏｎ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｏ．３ ｍａｉｎ ｔｏｗｅｒ ｏｆ Ｘｉｎｂａｉｓｈａｔｕｏ Ｅｘｔｒａ Ｌａｒｇｅ Ｂｒｉｄｇｅ ａｃｒｏｓｓ Ｙａｎ— ｇｔｚｅ Ｒｉｖｅｒ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｄｏｕｂｌｅ—ｗａｌｌ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ—ｗａｌｌ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｉｎ ｅａｃｈ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｏ ｅａｃｈ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ｅａｃｈ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｆ— ｆｅｒｄａｍ ａｓｓｅｍｂｌｙ，ｂｏｔｔｏｍ ｓｅａｌ，ｃａｐｐｅｄ ｓｌａｂ ａｎｄ ｔｏｗｅｒ ｓｅａｔ，ｅｔｃ．，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｍｏｏｔｈ ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｅａｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｂｏｒｅｄ ｐｉｌｅ ａｎｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｂｊ ｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｑｕｉｃｋ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓａｆｅｔｙ，ｇｏｏｄ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｓｔ ｓａｖｉｎｇ ｗａｓ ｒｅａｃｈｅｄ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｄｏｕｂｌｅ—ｗａｌｌ ｓｔｅｅｌ ｃａｓｅｄ ｃｏｆｆｅｒｄａｍ ｔｏ ｔｉｄｅ ｏｖｅｒ ｆｌｏｏｄ ｓｅａｓｏｎ ｗａｓ ｅｎｓｕｒｅｄ，ａｎｄ ｓｏｌｉｄ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｗａｓ ｌａｉｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｌｉｍｉｔ ｏｂｊ ｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｂｒｉｄｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ；ｃｏｆｆｅｒｄａｍ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ