第一部分 钢筒浮平台拼装大型双壁钢围堰技术研究报告
兰渝铁路新井口嘉陵江特大桥81＃墩双壁钢围堰施工
1. 技术方案论证
深水钻孔桩承台基础施工方法主要有“先桩后堰”和“先堰后桩”两大类。本桥81＃墩位处基岩裸露，岩面高低错落变化较大，设计承台底位于基岩面以下2～4m左右，因此两种施工方法均必须先将岩层爆破开挖至基底（封底砼底）。为缩短工期，“先堰后桩”施工方法优势明显，因为钢围堰拼装下水与水下爆破开挖可平行作业，爆破开挖完成后，钢围堰就位并在其顶部安装钻孔桩施工平台，经济上较合理。钢筒组装浮平台拼装双壁钢围堰方案可满足此要求。
底节钢围堰拼装下水常采用码头拼装并拖拉下水和驳船组装平台拼装然后起吊下水两种方法。采用第一种方法，本桥与上下游既有码头相距较远，且码头租用、围堰下水及封航浮运成本较高，若修建围堰拼装临时码头，桥址附近两岸较陡条件不具备，临时码头选址、审批、租地、修建及解决施工用电等成本较高，时间上影响工期的不确定因素较多。如采用驳船作为浮平台拼装底节，然后用龙门吊起吊下水，需租用60m长（800t）的平板驳4条，其中两条驳船拼装围堰，两条拼装龙门吊，另加1台浮吊进行配合，费用仍超支较大，且在长江上游租船难度较大，影响工期。
钢护筒组装浮平台拼装双壁钢围堰是“先堰后桩”的一种施工方法，是利用钢护筒制成密闭的钢筒作为浮体，拼装成大型浮动施工平台，在浮平台上拼装底节钢围堰后，向钢浮筒内注水使平台下沉，底节围堰自浮后移至墩位处进行上层围堰拼装、注水下沉及着床等作业，同时对沉入水中的部分钢浮筒平台进行充气排水浮升至水面。
钢护筒浮平台利用钻孔桩钢护筒和钻孔施工平台所需构件、材料拼装而成，浮平台用完拆除修整后再用于钻孔桩施工，把钢材及周转性材
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料的消耗量降至较低点，施工成本降低额较大，能取得了较好的经济效益。
用钢护筒拼装浮动施工平台，工序少、施工组织快，在底节围堰加工完成前即可完成，不占用工期。由于拼装下水位臵不在墩位处，因此墩位处水下爆破与钢围堰拼装可平行作业，工期大大缩短。
本方案采用简易的注水下沉系统进行底节围堰下水，用简易的充气排水系统对部分沉入水中的部分平台进行浮升打捞，施工方法中均采用常用的水泵、空压机等小型机具设备，具有设备简单、操作简易、下水速度均匀可控、安全可靠等特点。
钢浮筒平台拼装双壁钢围堰在桥址现场进行施工，对施工环境要求不高，不需要施工码头，只要水深满足钢围堰下水自浮即可。钢围堰施工均在浅水区域进行，避开了主航道，且不需封航进行长距离浮运，减少了对水上交通运输的影响。 2. 施工工艺原理
钢筒浮平台拼装双壁钢围堰施工主要设施由钢筒组装浮平台、拼装垫梁、注水下沉系统及充气排水打捞系统四部分组成。施工工艺原理如下：
采用直径2.8m钻孔桩钢护筒两端封堵后形成密闭钢浮筒，用若干个密闭钢浮筒作为浮体，拼成4个组块，其中A组两块分别位于两侧直线段围堰壁板下，B组两块分别位于两端的圆弧壁板下，用贝雷梁将4个浮筒组块拼联成大型浮平台，并用锚碇系统进行固定。
在浮平台上铺设拼装垫梁，使拼装垫梁顶面在同一平面上。 拼装钢围堰底节时，按照先直线段后圆弧的顺序进行，合拢块设在两端圆弧段的中部，拼装过程采用注排水进行平衡或局部配重的方式保持浮平台整体平稳。
底节钢围堰下水时，先对直线壁板下A组钢浮筒平台分两批对称注
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水下沉，在钢浮筒顶没入水中前抽离，然后再对两端B组钢浮筒平台分批注水下沉，底节围堰自浮后，B组钢浮筒平台沉至水底。注水下沉系统由进水管、出气管、水泵、阀门、控制柜组成。注水采用小型水泵，保持平台缓慢下沉。钢浮筒注水过程通过中加强观测，通过对围堰顶面4个角点标高的测量，不水平时，及时用阀门及水泵开关进行注水量控制和调整，使底节钢围堰下水过程基本保持平稳。
底节钢围堰移至墩位处即可进行打捞作业。钢浮筒打捞系统由充气管、排水管、空压机、阀门、气压表、控制柜组成。打捞时用空压机向B组钢浮筒充气排水，当排水量大于B组钢浮筒平台自重时，使其浮出水面，然后拖至岸边拆解上岸。
底节钢围堰下水自浮后，用拖轮将其浮运至墩位处，由锚碇系统初步就位后，逐节拼装上层围堰并注水下沉。围堰拼装总高度超过水深1.0m以上时，及时进行下沉着床作业。下沉至围堰底距河底0.5m左右，进行精确定位后下沉着床。围堰拼装完成后，在围堰上安装钻孔桩施工平台，下放钢护筒，然后进行封底混凝土施工。 3. 施工工艺流程
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钢浮筒平台拼装钢围堰施工工艺流程
钢浮筒平台拼装 钢浮筒制做 施工准备
安装钻孔平台及钢护筒 浮筒复原整修 上层围堰块件制做 拼接上层围堰 平台充气排水上浮 围堰下沉精确定位着床 浮筒分批注水下沉底节围堰自浮 底节围堰块件制做 围堰拼装垫梁铺设 钢围堰底节拼装 承台水下爆破开挖底节围堰移至墩位 围堰处河床整平
4.主要工艺要点
4.1双壁钢围堰结构设计及制造 4.1.1双壁钢围堰结构
81＃墩承台尺寸为45×20×4m，承台底标高为161.15m，施工水位为175m。考虑钢围堰下沉就位精度，拟定围堰平面净尺寸为45.4×20.4m,根据水深拟定封底砼厚2.5m，围堰顶高出施工水位1.0m，围堰总高度按17.5m设计。
钢围堰灌注水下砼封底 9
钢围堰由壁板结构及内支撑结构两部分组成。壁板采用竖向箱柱、水平桁架和内外带肋面板构成的空间箱体结构。双壁部分高度为15.0m，厚度为1.5m，单壁部分高度为2.5m。内支撑采用钢管结构。
根据方案墩位处河床基岩水下爆破开挖至围堰底标高，因此壁板不设臵刃脚，为保证底节围堰下水后自浮，在距底部1.0处设臵一道水平底板，并对下部开口段进行加强。在箱柱底部腹板处开孔与开口段连通，用于开口段灌注水下砼封底。 4.1.2钢围堰结构验算 4.1.2.1荷载计算
钢围堰抽水安排在枯水期施工，按抽水完成后进行验算。主要荷载为：静水压力、流水压力和风载，传力方式为面板→竖肋→水平桁架→竖向箱柱→内支撑。计算根据设计及重庆西南水运工程科学研究所编写的兰渝铁路新井口嘉陵江四线特大桥《通航净空尺度和技术要求论证研究报告》提供的相关参数。
(1)静水压力
静水压力按设计施工水位标高175m取值，最大深度按封底砼顶标高161.15m计算。P静=γH=10*13.85=138.5 kPa
(2)流水压力
计算时流速按20年一遇标准取值v＝3.8m/s，与基础横桥向轴线夹角为α＝10°。由于流水压力值较小，为简化计算，流水压力按均布考虑（忽略水深的影响），圆弧端按水流与迎水面正交进行计算。侧壁计算考虑水流夹角。
圆弧端：P静=Kv 2ρ/2g=0.6×3.82×10/(2×10)=4.33 kPa 侧壁：P静′=Kv 2ρsin10°/2g=1.47×3.82×sin10°/2=1.843 kPa 其中K—桥墩形状系数，根据《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1-2005相关规定，圆弧端取0.6，侧壁取1.43。
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