武汉青山长江公路大桥钢套箱围堰下沉施工技术

Bridge Construction, Vol. 48, No. 2, 2018 (Totally No. 249)

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文章编号：1003 — 4722(2018)02 — 0007 — 06

武汉青山长江公路大桥钢套箱围揠下沉施工技术

金红岩

(中铁大桥局集团第五工程有限公司，江西九江332001)

摘要：武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938 m的双塔双索面全飘浮体系斜拉桥，20号桥

塔墩钻孔桩基础采用哑铃形双壁钢套箱围堰（平面尺寸103.8 mX43.4 m、高37.0 m)平台一体法 施工。围堰下沉过程中，上、下游两端的河床面高差大，下沉施工分为下沉准备、着床前与着床后下

沉、清基与封堵4个阶段。下沉前安装控制及导向系统，布置吸泥设备，完成平台系统向下沉体系 的转换；随着围堰下沉，向双壁舱内注水，使下沉力始终保持在吊挂力的允许范围内，完成着床前下 沉；通过测量及数据分析掌握围堰姿态、入土深度、吊挂力，并根据检算分析指导围堰吸泥、配重，采 用下游端优先下沉、上游端配合下沉的方式完成着床后下沉；下沉至设计高程后，进行清基及封堵， 完成围堰下沉施工。围堰下沉过程姿态可控、安全平稳，围堰就位后的精度满足规范要求。

关键词：斜拉桥；桩基础；双壁钢套箱围堰；下沉；桥梁施工

中图分类号：U448. 27;U443. 162 文献标志码：A

Construction Techniques for Sinking of Steel Boxed Cofferdam

of Qingshan Changjiang River Highway Bridge in Wuhan

JIN Hong-yan

(The 5th Engineering Co., Ltd., China Railway Major Bridge Engineering Group, Jiujiang 332001, China)

Abstract： The main bridge of the Qingshan Changjiang River Highway Bridge in Wuhan is a full floating system cable-stayed bridge with double pylons, double cable planes and with the main span of 938 m. The bored pile foundation for the pylon pier No. 20 of the bridge was constructed, using the combination method of the dumbbell-shape double-wall steel boxed cofferdam (the plan dimensions being 103. 8 mX43. 4 m and the height being 37. 0 m) and the boring platform. In the sinking of the cofferdam, in consideration of the great height difference of the riverbed on the up­stream and downstream sides, the sinking construction of the cofferdam was carried out in 4 stages of the sinking preparation, sinking before and after the cofferdam was landed onto the riverbed, clearing and sealing of the base of the cofferdam. Before the sinking of the cofferdam proceeded, the control and guide systems were installed, the air-lifting equipment was arranged and the plat­form system was converted into the sinking system. As the cofferdam was being sunk down, the water was pumped into the double-wall compartment of the cofferdam so as to keep the sinking load of the cofferdam to the allowable range of the suspending forces all the time and to complete the sinking of the cofferdam before it was landed onto the riverbed. By the measurements and the collected data, the posture, embedment depth in the riverbed and suspending forces of the coffer­dam were analyzed and controlled. According to the checking calculation and analysis, the air-lift­ing and the counterweight arrangement of the cofferdam was guided and the further sinking of the cofferdam after it was landed onto the riverbed was completed by way of sinking the downstream side of the cofferdam mainly and sinking the upstream side as an aid. After the cofferdam was sunk

收稿日期：2017 —12 — 29作者筒介：金红岩，髙级工程师，E-mail:32371591®qq. com„研究方向：桥梁施工„

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down to the designed elevation, the base of the cofferdam was cleared and sealed and at this stage, the sinking construction of the cofferdam was entirely completed. In the sinking of the cofferdam, the posture of the cofferdam was controllable, the sinking process was safe and stable and the pre­cision of the cofferdam sunk in place could meet the relevant requirements in the codes.

Key words： cable-stayed bridge； pile foundation； double-wall steel boxed cofferdam； sinking； bridge construction1 工程概况

武汉青山长江公路大桥是武汉市四环线在天兴

洲尾部跨越长江的一座大桥，其主桥为（350+ 938 + 350) m双塔双索面全飘浮体系斜拉桥，主桥布置示

意见图1。主跨主梁采用整体式钢箱梁结构，边跨

主梁采用钢箱结合梁结构。该桥桥塔采用A形混 凝土结构。

2 0号桥塔墩基础采用60根紹.5 m钻孔桩，承

图1武汉青山长江公路大桥主桥布置示意

Fig. 1 Layout of Main Bridge of Qingshan Changjiang River Highway Bridge in Wuhan

台为哑铃形埋入式，承台平面尺寸为99. 6 mX39. 2

m、高9 m，顶高程+ 4. 0 m，承台中间采用宽18. 0 m

的系梁连接。20号桥塔墩基础采用哑铃形双壁钢套 箱围堰平台一体法施工，围堰集挡水结构、钻孔平台、

承台模板、钻孔桩钢护筒定位与导向4种功能于一 体。围堰平面尺寸为103. 8 mX 43. 4 m，总高37. 0

m，竖向分为3节，其中底节高18. 2 m、中节高14. 8 m、顶节高4.0 m。围堰布置示意见图2[1]。底节围堰

挂桩施工时围堰底高程为+ 5. 8 m，下沉至最终位置 时底面高程一 11. 0 m，共需下沉16. 8 m。

20号桥塔墩位于天兴洲尾部南汊主河槽转折 段北侧的冲刷区，河床原始高程为一 1.0 m左右，地 层自上而下为粉细砂层、圆砾土层、泥质粉砂岩与微 弱胶结砂岩。其中粉细砂层厚12〜14 m，底面高程 一 13〜一 15 m，圆砾土层厚4〜7 m。围堰底所处的 地层为饱和中密粉细砂层，其基本承载力为210

kPa，侧摩阻力为40 kPa。20年一遇洪水位为十26. 95 m，20年一遇洪峰流量75 300 m3/s，洪水期水流流

道法下水[2]，由拖轮浮运至墩位，采用重力锚碇加定 位船系统进行围堰定位，插打围堰定位钢护筒并挂 桩形成钻孔平台。完成钻孔桩施工后接高中节围 堰，并安装导向及吊挂系统，下沉围堰至围堰底口高

于河床面2m处。接高顶节围堰并继续下沉围堰

速为 2. 5 m/s。

2

围堰总体施工方案

底节围堰在岸上整体拼装制造，采用斜船架滑

武汉青山长江公路大桥钢套箱围堰下沉施工技术 金红岩

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至着床，继续将围堰下沉至设计高程。下沉就位后， 围堰内进行清淤及封堵、封底、抽水施工，完成双壁 钢套箱围堰施工。

由于20号桥塔墩墩位处覆盖层为易冲刷地层， 围堰施工周期长，压缩了河道过水面积且改变了水 流方向。围堰下沉过程及下沉到位时，附近河床面 出现上(游）冲下(游）淤的大高差河床状态，围堰上 游端底口处于悬空状态，下游端河床高程未出现明 显变化，围堰上、下游两端的河床面高差大。围堰下 沉河床状态示意见图3。在大高差河床状态下，双 壁钢套箱围堰下沉施工难度大。本文主要介绍20 号桥塔墩双壁钢套箱围堰下沉施工技术。

3双壁钢套箱围堰下沉施工技术

双壁钢套箱围堰下沉过程分为下沉准备、围堰 着床前下沉、围堰着床后下沉、围堰清基及封堵4个 阶段。

3. 1下沉准备

3. 1. 1

下沉控制系统女装

钻孔粧施工后，接高围堰下沉粧位处的钢护筒， 并在钢护筒顶部安装吊挂系统(作为围堰提升、下沉 的控制系统）。吊挂系统由分配梁、250 t千斤顶及 舛0 mm精轧螺纹钢筋组成。整个围堰共布置8套 吊挂系统，每套包含4个吊点，配备1台EP-D-2型 液压泵站。8套吊挂系统的8台液压泵站采用光纤 通讯连接，对每台千斤顶进行实时位移及压力监测， 并及时进行自动调整，保证钢围堰下沉的同步及安 全。围堰吊挂系统布置见图4,吊挂装置见图5。

3. 1.2下沉导向系统安装

吊挂系统安装后，对导向粧位处的钢护筒进行 接高，并在中节围堰壁板上安装8套导向装置，与底 节围堰内支撑上的导向装置共同组成双层导向体 系，2层导向装置的间距为16.43 m[3_4]。下沉导向 装置见图6。

双壁舱

撑管

导向装置

图4

围堰吊挂系统布置

Fig. 4 Layout of Suspending System of Cofferdam

图5

围堰吊挂装置

Fig. 5 Suspending Device of Cofferdam

图6下沉导向装置

Fig. 6 Guide Device for Sinking of Cofferdam

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桥梁建设 Bridge Construction2018, 48(2)

3. 1.3吸泥设备及平台布置

为保证围堰顺利下沉，对围堰内、外侧进行吸 泥。围堰范围内以抽高压射水十砂泵配合高压射 水+空气吸泥(抽砂泵布置25台，空气吸泥机布置 9台）的方式进行吸泥；围堰外侧以吸砂船配合伸缩 臂挖掘机的方式进行吸泥。围堰下沉前，在钢护筒 上搭设由贝雷梁及脚手板组成的吸泥平台，在吸泥 平台上布置2台80 t履带吊机。

3. 1.4体系转换

围堰下沉前，将围堰由钻孔粧施工阶段的平台 体系向下沉体系转换。中节围堰接高及下沉控制系 统安装后，利用下沉控制系统略微提升围堰，解除围 堰与钢护筒的挂粧装置，利用拉缆、吊挂系统，并配 合向双壁舱内抽、灌水的方式进行围堰平面位置、垂 直度精确调整，完成体系转换。

3.2围堰着床前下沉施工

围堰下沉至着床需下沉6. 3 m(围堰底高程从 + 5.8 m下至一 0.5 m)，此过程中主要通过吊挂系 统的千斤顶进行空载顶升、带载下落的连续操作，以

控制围堰的平稳下沉。围堰每下沉2.0m，根据实 时水位与围堰双壁舱内水位差值计算壁舱内灌水 量，并根据计算结果对双壁舱内对称灌水，以保证围 堰下沉的重力与浮力之差不超过吊挂系统的允许承 载力[5]。围堰下沉至底口刃脚距离河床面2.0 m时 停止下沉，接高顶节围堰。利用拉缆、吊挂系统，并 配合向双壁舱内抽、灌水的方式进行围堰平面位置、 垂直度精确调整[6]。

3.3围堰着床后下沉施工

围堰吸泥下沉至设计高程需下沉10. 5 m(围堰 底高程从一0.5 m下至一 11.0 m)，此过程中上、下 游河床面呈现大高差状态。对围堰的上、下游端2 个区域分别进行下沉施工。上游端的下沉施工与围 堰着床前的下沉施工方式相同。下游端受重力、浮 力、土体摩擦力、刃脚竖向支撑力和吊挂力的共同作 用，通过围堰内、外侧吸泥减少土体摩擦力、向围堰 双壁仓内灌注混凝土或水增加围堰自重，使得向下 有效荷载为1. 1〜1. 15倍的土体阻力[7]，以满足围 堰下沉的需要。吊挂力控制的准确度受刃脚竖向支 撑力不确定性和围堰内、外侧吸泥操作不连贯性的 影响较大，通过设定吊挂力极限值的方式满足吊挂 力的控制需要，从而保证下沉控制系统的安全。考 虑到围堰下游端下沉的操作复杂性和不确定性，采 用下游端优先下沉、上游端配合下沉的方式完成着

床后下沉。

3.3.1下沉测量及分析

(1)

为确保基础施工后钻孔粧及承台偏差符合

《公路工程质量检验评定标准》[8]要求，通过对围堰 尺寸、钻孔粧钢护筒导环位置、围堰垂直度的测量控 制和数据分析，得到围堰下沉控制精度标准为：围堰 的平面位置偏差长边<80 mm、短边<62 mm;扭转 偏移长边<15 mm、短边<40 mm;围堰垂直度采用 相对高差控制，其长边相对高差<167 mm、短边相 对高差<85 mm。

(2)

为实时掌握围堰姿态，在围堰顶面布置测

量控制的基准点，分析围堰底面与顶面的相对关系。 以2 h/次的频率测量顶面基准点的平面坐标和高 程，计算围堰底面的平面坐标以及围堰的垂直度、下 沉量、平面扭转，绘制围堰姿态示意图。

(3)

下沉过程中布置测量绳，以2 h/次的频率

测量围堰内、外侧的河床高程，绘制围堰入土示意 图。以2 h/次的频率采集吊挂系统的千斤顶带载 力，绘制吊挂力示意图。

3. 3. 2

吸泥下沉

下沉过程中，在围堰下游端及两侧的外侧面布 置伸缩臂挖掘机及吸泥船，进行围堰外侧吸泥。围

堰外侧吸泥下沉示意见图7。在围堰内侧采取高压 射水十空气吸泥及抽局压射水十砂泵的方式进行吸 泥[9]。按照实时的分析结果进行针对性的吸泥作 业，确保围堰姿态及围堰受力可控。

图7

围堰外侧吸泥下沉示意

Fig. 7 Sinking of Cofferdam by Air­Lifting at Outer Side of Cofferdam

武汉青山长江公路大桥钢套箱围堰下沉施工技术 金红岩

3.3.3围堰下游端优先下沉、上游端配合下沉

围堰下沉至底高程约一2 m时，下游端基本着 床，此时围堰下游端除内、外侧吸泥外，向壁舱内灌 水、灌注配重混凝土，以克服土体抗力下沉。为确保 围堰及吊挂系统的安全，围堰下游端根据检算分析 结果进行吸泥及配重，先进行下游端下沉；通过配重 及吊挂力调整，使得上游端跟随下游端下沉。下游 端4组吊挂系统的千斤顶保持起顶状态，并监控油 压数值，发现有下沉趋势后，根据油压读数缓慢控制 千斤顶回油，使围堰下游端下沉可控；同时上游端4 组吊挂系统的千斤顶保持起顶状态，以围堰整体垂 直度控制为准，缓慢控制千斤顶回油，使得上游端跟 随下游端下沉。

3.3.4围堰平面位置及垂直度控制

围堰着床后，布置在围堰底节底面的拉缆已基 本失效，其平面位置主要通过导向装置及布置在围 堰底节顶面的拉缆控制，其垂直度主要通过围堰吸 泥的先后顺序及双壁舱内配重控制。下沉过程中每 下沉0. 5 m纠偏1次，距离设计高程2. 0 m时，每下 沉0.1 m纠偏1次。3.4围堰清基及封堵

围堰下沉至一 11. 〇 m的设计高程后，下游端由 潜水员使用高压射水十砂泵对围堰内底面进行调 平，采用测量绳网格测量法检查清基及封堵效果。

围堰上游端出现脱空，围堰内侧由潜水员在刃 脚(含底隔舱刃脚）处码放水泥袋、拋填粒径3〜5

cm的碎石封堵层，并采用导管浇筑找平层混凝土

(控制高程为一 11. 〇 m)。围堰外侧拋填4〜5 m高 的块石，在块石上方码放4〜5 m高的袋装卵石土， 保证后续6 m高的封底混凝土不从围堰底口流失， 并平衡围堰上、下游方向的不平衡土压力[1(>11]。围 堰封堵示意见图8。4

结语

武汉青山长江公路大桥20号桥塔墩基础采用 双壁钢套箱围堰平台一体法施工，桥塔墩处于易冲

图8

围堰封堵示意

Fig. 8 Sealing of Base of Cofferdam

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刷地层，围堰下沉过程中，河床面出现上（游）冲下 (游)淤的大高差河床状态，围堰上游端底口处于悬 空状态、下游端河床高程未出现明显变化。在大高 差河床状态下，围堰下沉施工中，通过测量及数据分 析掌握围堰姿态、入土深度、吊挂力分布的情况，根 据检算分析结果指导围堰吸泥、配重施工，确保了围 堰姿态及受力状态可控；围堰着床后，采用下游端优 先下沉、上游端配合下沉的方式进行下沉控制，克服 了大高差河床状态下的围堰下沉施工困难。围堰下 沉过程中，围堰姿态可控、安全平稳。由围堰下沉到 位后的实测数据可知：长、短边平面位置偏差分别为

40 mm、18 mm，长、短边扭转偏差分别为8 mm、3

mm，长、短边垂直度相对高差分别为82 mm、31 mm，以上实测精度均满足桥梁施工规范的要求。

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金红岩

1982 —，男，高级工程师

2003年毕业于兰州交通大学土木

工程专业，工学学士。研究方向：桥 梁施工

E-mail：32371591 @qq. com

JIN Hong-yan

(编辑：王娣)