南京大胜关长江大桥6#主墩套箱围堰下沉

摘要：南京大胜关长江大桥6#主墩吊箱围堰具有体积大，质量大等特点，对下沉控制有较高的要求。

关键词：双壁钢围堰 ,下沉控制 ,吸泥辅助下沉,下沉控制计算分析

Abstract: nanjing dashengguan changjiang river bridge # 6 main piers boxed cofferdam for has big volume and quality big features, sinking control to have higher demand.

Keywords: double-wall steel cofferdams, sinking control, sucking auxiliary sinks, sinking control calculation

中图分类号：TU753文献标识码： A 文章编号：

1． 工程简介

京沪高速铁路南京大胜关长江大桥工程位于既有南京长江大桥上游约20公里的大胜关桥位，是京沪高速铁路的控制性工程之一。6#主墩基础由46根直径为2.8米的砼钻孔桩组成，其钢围堰其平面尺寸为80.2m×38.2m(长×宽)，由双层壳体组成，其分为底节和顶节两个分段。底节高为14.5m，重约1845t，分108个单元，其两端半圆中间为矩形的内、外环双壁自浮式钢结构，外环总长80.2m，总宽为38.2m，内外环间距为2m。顶节围堰为双壁钢围堰，外形为椭圆型，两端为半圆结构，高度为9.3m，总重约为1046t。

2、6#墩围堰下沉方案简述

在钻孔桩施工结束后，进行中节围堰接高施工，中节围堰分单元制造，在现场分块散拼。中节围堰拼装过程前，需进行河床的处理工作，在河床满足要求的情况下，在护筒上安装围堰提升装置，施加预升力，使围堰上浮稍许，拆除原有挂桩牛腿（伸缩吊挂梁）。

提升装置同步，等距缓慢卸载，使围堰缓慢下沉，当下沉到1.5m左右时，将下层内支架两组提升装置拆除，上层内支架四组提升装置保留。继续采取灌水方式使围堰缓慢下沉，直至下沉到设计标高。

在围堰下沉作业时，为满足围堰水平平面位置的准确性，在围堰上、下内支撑架上安装导向装置，使围堰下沉时水平位置准确。

3、围堰下沉

3．1、围堰下沉前准备

（1）围堰下沉前，清除套箱及刃脚内的水、钻渣、泥浆等，利用高压水枪或吸泥机清理干净，保证后续隔仓砼施工的质量及减少围堰自重。

（2）钢护筒接高

围堰采用千斤顶顶落下沉，即通过护筒顶挂桩设备作为大扁担梁、精扎螺纹钢筋为吊放索，千斤顶顶、落操作进行围堰下放。

吊放系统由护筒顶挂桩和提放装置组成。每一套提放装置由2台千斤顶及8根Φ32精扎螺纹钢筋组成。每个吊放点的2台油顶通过一台油泵并联作业，这样可以保证每个吊挂装置上两台千斤顶的同步性。

（3）水平导向结构安装

基于钢套箱下游入河床比较深，上游入河床较少，下沉过程中平面位置及竖向倾斜难以控制等原因，选择六根垂直度较好的桩作为套箱下沉的定位及导向桩，并分别在导向桩处的套箱围堰内支架处设双层导向架，使得套箱能沿定位桩准确下沉。

（4）考虑河床高差不同、围堰上下游承受不平衡土压力，按不平衡土压力全部由吊挂装置承担、不平衡土压力全部由上下导环承担两种工况进行受力分析。

（5）围堰提升试验

a、在围堰正式开始下沉前，将千斤顶与油泵连接，逐台千斤顶分别进行顶升试验，即对一台千斤顶施加油压使千斤顶顶升力达到最大值100t（此时两根精扎螺纹钢筋每根受力达到最大设计值25t），以检验内支架及吊挂系统安全性。

b、为确保围堰安全、顺利下沉，在围堰正式下放前对围堰进行顶升实验。即同步起顶12台千斤顶顶起5cm，并持荷10分钟，检查围堰有无异常情况。

围堰经提升试验，测试吊挂系统、围堰内支架、横梁实际受力、变形；以及12台千斤顶同步协调。

3．2、河床调整

6#墩围堰底所处河床受冲刷严重，河床呈高低不平状态。围堰上游侧刃脚底河床标高约为-20.0m，下游侧刃脚底河床标高约为-9.0m。依据设计要求6#墩围堰就位后，刃脚底设计标高为-18.0m。6#墩围堰要在河床一端高一端低的情况下下沉，其下沉精度难以控制，为保证围堰的顺利下沉，需先对河床进行平整处理后，再进行围堰的下沉作业。

首先在上游侧进行抛填片石及砂砾，使上游侧河床标高达到-18.50m，再在上游侧河床上填1m厚砂（河床填砂采用吹填），使上游侧河床标高基本达到-17.50m，从而保证上下游河床高差控制在4m以内，使围堰下沉易于掌控。

对于下游侧河床，采用挖泥船挖泥法对河床进行降低，以使上游和下游的河床标高的高差尽量小。

在河床处理完成后，需进行测量检查，以确保河床的状况达到使用要求。

（1）上游河床回填

上游河床采用抛填不同种类的砂石来进行整平。

河床标高-20.0m～-18.5m范围内抛填卵石、砂砾；-18.5m以上范围内进行填砂。

考虑到以后的封底时混凝土可能漏出，围堰下到位后在围堰外测的河床面要多抛填一定范围的卵石及砂砾。抛填区域初步定为在6#墩围堰所处水平面向外各增加2m范围内。

（2）下游吸泥

围堰下的河床为全新统河床和地层，为松散细砂, 下游河床较高，吸泥工作量巨大，选择一种好的吸泥方法非常关键。

1）围堰下游外侧吸泥前拟定了以下方法进行比选：

A、采用大型吸泥船1艘进行吸泥作业，但由于下游水较浅，大部分水深不足10米，大型吸泥船吸泥效果极差。

B、采用小型吸砂船2艘进行吸泥作业，因河床表层有一层胶结层，工作效率低，不能满足工期要求。

C、采用小型挖泥船2艘进行挖泥作业，只能挖除河床表层泥砂，工作效率不高。

D、围堰下游外侧采用三台空气吸泥机进行多点不均匀吸泥。空气吸泥机采用φ250mm并配备供应能力为20m3/min的空气压缩机及汽车吊由驳船运载。

通过分析比选，采用三台空气吸泥机进行多点不均匀吸泥的方法效果最好，工作效率高。

2）围堰内侧吸泥方法

A、吸泥的位置

主要吸除围堰内侧刃脚及隔舱板下的泥砂，考虑开始吸泥较困难，吸泥效果差：围堰内侧有三层桁架，杆件密集，吸泥管带有法兰盘，由于空间有限，吸泥过程中来回移动较困难；围堰内河床上有一层硬层，吸泥效果不佳。采取以下措施：

a 空气吸泥机采用φ250mm并配备供应能力为20m3/min的空气压缩机。

b 空气吸泥机辅以高压射水扰动破土。

c 将底节围堰顶部桁架选择性的割除斜杆，待封底后抽水前再补上，并采取多点吸泥的方式降低河床标高。

吸泥时保持吸泥机下口不低于刃尖，以免引起翻砂。

围堰下沉到河床面附近时，河床底的水流流态发生变化，流速增加，使水流对后侧的河床冲刷增加，应该控制吸泥量，严格控制围堰的位置，保证围堰位置准确。

在围堰下沉的过程中，下游刃脚先进入河床而上游刃脚还未进入河床。下游围堰刃脚在下沉过程中受到河床砂的摩擦阻力，随着围堰的不断下沉摩擦力也不断加大。下游围堰内壁考虑加水来克服阻力解决下沉困难。

3．3、下沉控制

（1）吊挂控制下沉

围堰吊挂装置安装完毕后，对围堰内壁进行抽水，内壁水全部抽干后，在6套吊挂装置作用下将围堰提升稍许，将原有部分桩位挂桩牛腿（伸缩吊挂梁）拆除。挂桩牛腿拆除后，在吊挂装置作用下缓缓下放围堰1.5m，慢慢将19#、28#钢护筒处吊挂装置卸载，实现力系转换后，拆除19#、28#钢护筒处吊挂装置。此后在4根钢护筒（2#、7#、40#、45#）上的吊挂装置作用下，使围堰可控下沉。