蕪湖長(zhǎng)江大橋雙壁鋼圍堰錨碇系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

1、蕪湖長(zhǎng)江大橋雙壁鋼圍堰錨碇系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工蕪湖長(zhǎng)江大橋雙壁鋼圍堰錨碇系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工21.概述蕪湖長(zhǎng)江大橋9-12號(hào)墩位于長(zhǎng)江主河槽內(nèi)。水深流急，其基礎(chǔ)均采用圓形雙壁鋼圍堰施工，其中10、11號(hào)墩鋼圍堰外徑30.5m，內(nèi)徑27.7m，壁厚1.4m，10#墩鋼圍堰總高度52m，總重862t，11#墩鋼圍堰總高度43.2m，總重727t，9#、12#墩鋼圍堰外徑22.8m，內(nèi)徑20.0m，壁厚1.4m，9#墩鋼圍堰總高度52m，總重648t，12#墩鋼圍堰總高度36.2m，總重454t。如此大型的鋼圍堰在國(guó)內(nèi)公鐵兩用橋中尚首次使用，在其它橋梁中也很少見(jiàn)。為了克服水流阻力和風(fēng)阻力，使鋼圍堰準(zhǔn)確定位和順利

2、下沉，我們根據(jù)蕪湖橋的水文地質(zhì)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)配置了一套科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)的錨碇系統(tǒng)，為蕪湖橋基礎(chǔ)施工的進(jìn)度和安全，提供了有效、可靠的保證。2.錨碇的主要組成及作用根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的橋址區(qū)域流向圖，橋址處呈單向流態(tài)，總流向偏角64924.5。擬定雙壁鋼圍堰錨碇系統(tǒng)由導(dǎo)向船及拉纜、邊錨；前后定位船及其主錨、尾錨、邊錨和下兜纜組成。10#墩錨碇系統(tǒng)布置示意圖見(jiàn)圖1。2.1 定位船錨碇系統(tǒng)布置前、后定位船各一艘，均為400t工程鐵駁，前定位船設(shè)在橋位上游距橋軸線約200m處，后定位船設(shè)在橋位下游距橋軸線約200m處，定位船起到確定、調(diào)整導(dǎo)向船組和鋼圍堰的位置，調(diào)節(jié)主錨受力的作用。2.2 導(dǎo)向船9#12#墩鋼圍

3、堰均采用2艘800t工程鐵駁作為導(dǎo)向船，兩艘鐵駁由2組萬(wàn)能桿件聯(lián)結(jié)梁連成整體，在聯(lián)結(jié)梁頂對(duì)角布置2臺(tái)-20桅桿吊機(jī)，導(dǎo)向船體系既作為調(diào)整、確定鋼圍堰位置的約束體系，也作為基礎(chǔ)施工的輔助工作平臺(tái)。2.3 主錨主錨承受鋼圍堰錨碇系統(tǒng)順?biāo)鞣较虻乃髯枇惋L(fēng)阻力，是保證鋼圍堰安全穩(wěn)定的主要結(jié)構(gòu)物。2.4 邊錨邊錨布置于定位船和導(dǎo)向船兩側(cè)，主要作用是調(diào)節(jié)和控制定位船、導(dǎo)向船在垂直水流方向的位置，承受側(cè)向水流阻力和風(fēng)力。2.5 尾錨尾錨順?biāo)鞣较蚍謩e布置在導(dǎo)向船和后定位船尾部，主要作用是抵御潮水影響，保證鋼圍堰錨碇系統(tǒng)在水流方向上的穩(wěn)定。2.6 柔性支撐柔性支撐是連接鋼圍堰與導(dǎo)向船的可調(diào)鋼絲繩，其作用是

4、固定鋼圍堰的位置，保證鋼圍堰與導(dǎo)向船間留有一定的空隙，防止導(dǎo)向船撞擊鋼圍堰，其允許鋼圍堰與導(dǎo)向船上下相對(duì)運(yùn)動(dòng)。并通過(guò)調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)度使鋼圍堰與導(dǎo)向船間相對(duì)位置比較穩(wěn)定。2.7 拉纜前后定位船與導(dǎo)向船之間均設(shè)有拉纜，其作用是將鋼圍堰與導(dǎo)向船體系所受外力傳給主錨和尾錨，起到固定鋼圍堰位置的作用。3、錨碇系統(tǒng)的計(jì)算方法（以10號(hào)墩為例）錨碇系統(tǒng)的計(jì)算主要依據(jù)鐵路工程施工技術(shù)手冊(cè)橋涵錨碇布置計(jì)算部分進(jìn)行，并根據(jù)其它相關(guān)資料進(jìn)行了必要補(bǔ)充。3.1 計(jì)算基本資料3.1.1 地質(zhì)情況：10#墩河床面標(biāo)高為-16.90m (黃海高程，下同)，巖面標(biāo)高為-42.40m，覆蓋為粗砂、中砂、粉細(xì)砂，巖層為角巖。3.1

5、.2 水文情況510月間施工設(shè)防水位+10.50m，相當(dāng)于1983年實(shí)測(cè)最高水位，相應(yīng)流量為77200m3/s，流速為2.5m/s。114月間施工設(shè)防水位+6.0m，相應(yīng)流量為30000m3/s，流速為1.6m/s。沖刷：一般沖刷線按沖刷至標(biāo)高-24.4m考慮。局部沖刷按標(biāo)高-42.4m考慮。3.1.3 基本風(fēng)壓基本風(fēng)壓按0=500Pa計(jì)算3.1.4 錨碇設(shè)施導(dǎo)向船：800t工程鐵駁，載重800t，自重216t，重載吃水1.8m，外型尺寸：49m11.952m3m。定位船：400t鐵駁。400t鐵駁：載重400t，自重132t，重載吃水1.5m，外型尺寸：40m9.2m2.4m。3.2 計(jì)算原

6、則按鋼圍堰下沉至即將著床狀態(tài)（仍為懸浮體系）錨碇系統(tǒng)受力最大進(jìn)行計(jì)算。邊錨、尾錨按主錨受力的50%進(jìn)行計(jì)算。3.3 計(jì)算步驟及方法3.3.1 鋼圍堰水阻力R1：R1=K式中：k為水流阻力系數(shù)，取k=0.75；r為水的容積r=10KN/m3；v為水流速度（m/s）；A為圍堰入水部分在垂直于水流方向的投影面積（m2）；g為重力加速度g=9.81m/ s2；3.3.2 鋼圍堰風(fēng)阻力R2R2=式中：K1為設(shè)計(jì)風(fēng)速頻率換算系數(shù)K1=1.0；K2為風(fēng)載體型系數(shù)K2=0.8；K3為風(fēng)壓高度變化系數(shù)K3=1.0 ；K4為地形、地埋條件系數(shù)K4=1.0；0為基本風(fēng)壓值0=500Pa；F為擋風(fēng)面積（m2）3.3.

7、3 導(dǎo)向船組水阻力R3R3=式中：f為鐵駁摩阻系數(shù)f=0.17；s為船舶浸水面積（m2）；s=L（2T+0.85B）；L為船長(zhǎng)，T為吃水深度，B為船寬；為阻力系數(shù)，方頭船只取10；A1為船舶入水部分垂直于水流方向的投影面積（m2）；n為導(dǎo)向船只數(shù)n=2。3.3.4 導(dǎo)向船組風(fēng)阻力R4R4=式中：K2為風(fēng)載體型系數(shù)K2=1.3，其余符號(hào)同前述。 3.3.5 定位船水阻力R5R5=R5=（fs+A1）v2n10-2（KN）式中符號(hào)均同前述。3.3.6 定位船風(fēng)阻力R6R6=式中：K2為風(fēng)載體型系數(shù)K2=1.3，其余符號(hào)同前述。 3.3.7 圍堰旁臨時(shí)工作船只的水阻力和風(fēng)阻力R7圍堰旁臨時(shí)工作船只包

8、括：水上砼工廠（800t駁）1座、空壓機(jī)船（300t駁）1艘、自卸駁（300t）2艘、砂石運(yùn)輸船（300t）各2艘、水泥、粉煤灰運(yùn)輸船（300t）各1艘、浮吊1艘、抓斗船2艘，計(jì)15艘。3.3.8 主錨所受總拉力R主R主=表1 主錨總拉力計(jì)算數(shù)據(jù)匯總表 單位：KN序號(hào)項(xiàng) 目9#10#11#12#1鋼圍堰水阻力R1467.431444.61164.04633.662鋼圍堰風(fēng)阻力R262.0282.9678.0862.023導(dǎo)向船組水阻力R316.6416.6416.6416.644導(dǎo)向船組風(fēng)阻力R4163.90218.31218.31163.905定位船水阻力R510.8310.8310.831

9、0.836定位船風(fēng)阻力R630.2630.2630.2630.267臨時(shí)工作船水、風(fēng)阻力R7227.30227.30227.30227.308主錨總拉力R主978.382030.91745.461144.613.3.9 錨的選擇與計(jì)算錨的選擇應(yīng)綜合考慮拋錨區(qū)內(nèi)水深、河床覆蓋層土質(zhì)類(lèi)別等情況，并先預(yù)估拋錨區(qū)范圍，然后在拋錨區(qū)內(nèi)進(jìn)行調(diào)查，看有無(wú)影響拋錨的異物或其它設(shè)施，經(jīng)過(guò)調(diào)查：9#、10#、11#墩上、下游拋錨區(qū)內(nèi)河床覆蓋層均以砂類(lèi)土為主且厚度較大，12#墩上游拋錨區(qū)為砂土，厚度較薄，且有部分裸露風(fēng)化巖層，下游拋錨區(qū)內(nèi)河床覆蓋層以淤泥和砂類(lèi)土為主?？紤]蕪湖橋拋錨工作量相當(dāng)大，并且工期較緊，為便于

10、施工，除12#墩主錨采用鋼筋砼錨外其余各類(lèi)錨均采用霍爾式鐵錨。3.3.9.1 主錨計(jì)算錨重G：鐵錨G=R主/5，鋼筋砼錨G=1.5R主主錨數(shù)N=G/單錨重，每個(gè)主錨受力P=R主/N錨鏈計(jì)算：采用普通有檔錨鏈，安全系數(shù)k取4，錨鏈直徑d=（mm），錨鏈拖地長(zhǎng)度l0=2.5h，h為錨繩出馬口處與錨位處河床標(biāo)高差（m）。主錨鋼絲繩計(jì)算：鋼絲繩計(jì)算按k=校核其安全系數(shù)，為折算系數(shù)，F(xiàn)g為鋼絲破斷拉力總和，k為安全系數(shù)，k=36。在橋位上游約820m處為國(guó)家水下光纜禁區(qū)邊界，在錨碇設(shè)計(jì)時(shí)必須注意，不使主錨進(jìn)入該禁區(qū)內(nèi)，必須控制主錨繩的長(zhǎng)度，因此要以錨鏈代替部分鋼絲繩，以縮短主錨繩長(zhǎng)度。錨繩總長(zhǎng)lm=錨鏈

11、拖地長(zhǎng)度l0+曲線段錨鏈長(zhǎng)S1+鋼絲繩長(zhǎng)S2錨繩計(jì)算步驟和方法：先假定曲線段錨鏈長(zhǎng)度，根據(jù)公式S1=+，求出S1對(duì)應(yīng)高度h1再對(duì)錨鏈曲線方程y= 2求導(dǎo)，利用三角關(guān)系求出鋼絲繩長(zhǎng)度S2。3.3.9.2 邊錨計(jì)算導(dǎo)向船組邊錨、定位船邊錨分別按導(dǎo)向船組和定位船順?biāo)飨蚴芰Φ?0%計(jì)算，其計(jì)算方法同主錨。3.3.10 鋼圍堰下兜纜計(jì)算鋼圍堰下兜纜為前后定位船拉鋼圍堰下部的鋼絲繩。在圖2中鋼圍堰是以鋼圍堰上柔性支撐兩固定點(diǎn)連線的水平中垂線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)的，根據(jù)M0=0可求得下兜纜拉力Rb。圖3為柔性支撐平面布置圖。3.3.11 拉纜計(jì)算前定位船拉導(dǎo)向船組拉纜拉力Ra包括兩個(gè)部分：第一部分，鋼圍堰水阻力和風(fēng)阻

12、力，此部分需扣除下兜纜拉力Rb；第二部分為導(dǎo)向船組、后定位船及臨時(shí)工作船所受水阻力和風(fēng)阻力。求出Ra后根據(jù)前述方法選擇鋼絲繩。錨、錨鏈及鋼絲繩配置詳見(jiàn)表2。表2. 10號(hào)墩錨、錨鏈、鋼絲繩配置一覽表 序號(hào)類(lèi) 別錨 重t數(shù) 量錨 鏈鋼 絲 繩DmmLmDmmLm1主錨7867100434602尾錨746775435253前定位船邊錨143112519.51104后定位船邊錨143112519.51105導(dǎo)向船邊錨5867150431006拉纜10432007下兜纜2304503.3.12 導(dǎo)向船聯(lián)結(jié)梁受力分析聯(lián)結(jié)梁系由萬(wàn)能桿件拼裝的空間桁架結(jié)構(gòu)，橫跨在兩艘鐵駁上，上、下游各1組聯(lián)結(jié)梁，每組聯(lián)結(jié)梁

13、由2片主桁和1片副桁組成，每片桁架與每艘鐵駁有2點(diǎn)相聯(lián)結(jié)，計(jì)算出2聯(lián)結(jié)點(diǎn)反力即可分析聯(lián)結(jié)梁內(nèi)力，導(dǎo)向船聯(lián)結(jié)梁平面布置見(jiàn)圖4?；炯俣ǎ篴、聯(lián)結(jié)梁為一剛性梁，忽略自重所產(chǎn)生的撓度，兩鐵駁無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)角，在任何荷載作用下兩鐵駁處于同一水平面。b、在對(duì)稱荷載作用下，兩鐵駁下的水浮力是均勻分布的。c、在反對(duì)稱荷載作用下，兩鐵駁下的水浮力是呈三角形分布的。計(jì)算荷載：鐵駁及艙面設(shè)備重量、吊機(jī)及卷?yè)P(yáng)機(jī)重量、壓艙片石重量、聯(lián)結(jié)梁及吊機(jī)構(gòu)架重、吊機(jī)作業(yè)時(shí)各支點(diǎn)最大反力。計(jì)算工況：a、吊機(jī)作業(yè)時(shí)，聯(lián)結(jié)梁最不利受力情況（見(jiàn)圖5）。b、聯(lián)結(jié)梁在導(dǎo)向船及聯(lián)結(jié)梁上所有恒載作用下受力。將a與b受力進(jìn)行疊加即為聯(lián)結(jié)梁受力。4、錨

14、碇系統(tǒng)施工錨的拋設(shè)應(yīng)在江面風(fēng)平浪靜，能見(jiàn)度好的氣候條件下進(jìn)行，采用拖輪曳帶拋錨船作業(yè)，由測(cè)量人員交匯出錨位，拋錨船在錨位處用甩梢法將錨拋到指定的位置。4.1 拋錨前的準(zhǔn)備工作（1）利用400T鐵駁改制一條拋錨船（2）準(zhǔn)備好拋錨所需的前、后定位船、錨、錨鏈、鋼絲繩等機(jī)具設(shè)備（3）事先與港監(jiān)部門(mén)取得聯(lián)系，屆時(shí)維護(hù)水上航行秩序，保證拋錨施工安全。4.2 錨碇系統(tǒng)施工步驟（1）前定位船拋錨定位。（2）后定位船臨時(shí)定位。用拖輪將后定位船頂推至前定位船尾部并與其臨時(shí)系結(jié)，過(guò)拉纜到后定位船與臨時(shí)滑車(chē)組系結(jié)，然后用拖輪協(xié)助將后定位船溜放到墩位處，拋設(shè)邊錨、尾錨。（3） 導(dǎo)向船組及圍堰由江邊起重碼頭浮運(yùn)到墩位處，過(guò)纜、錨碇好導(dǎo)向船組，后定位船溜放到下游設(shè)計(jì)位置。（4） 拋設(shè)剩余錨，調(diào)整收緊各錨繩、拉纜，使錨碇系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。5、結(jié)束語(yǔ)錨碇系統(tǒng)是圍堰在水中懸浮狀況時(shí)固定其位置的重要設(shè)施，對(duì)圍堰施工的成敗起著關(guān)鍵作用。隨著鋼圍堰的下沉，水流渦漩對(duì)鋼圍堰的推力越來(lái)越大，嚴(yán)重時(shí)有可能造成圍堰帶著導(dǎo)向船組橫向擺動(dòng)，因此在錨碇設(shè)計(jì)和施工中必須充分考慮和正確認(rèn)識(shí)邊錨的受力。另外，在導(dǎo)向船組就位，錨