钢围堰下水工艺.doc

蒙西华中铁路洞庭湖大桥3#墩围堰下水施工工艺
3#墩围堰下水施工工艺
1 编制依据、范围
1.1 编制依据
（1）蒙西华中铁路洞庭湖特大桥3#墩围堰设计图纸及说明；
（2）蒙西华中铁路洞庭湖特大桥3#墩围堰专项施工方案。
1.2 编制范围
蒙西华中铁路洞庭湖特大桥3#墩围堰下水。
2 工程概况
蒙西华中铁路洞庭湖特大桥3#墩围堰由双侧壁组成，其外形为圆形，内部为双壁底隔舱，无底，围堰底节下水自重约1200t，整体下水。围堰尺寸为直径50.5m，底节高度为17m，围堰壁厚2m，底隔舱高5.762m，宽度为2m，两条底隔舱间以桁架相连。底隔舱主要起增加围堰浮力及浇筑封底混凝土时分区的作用。围堰结构见“图2-1”。

图2-1 围堰结构图（单位：mm）
3 施工组织安排及资源配置
3.1 施工组织机构
根据围堰下水施工内容，下设1个施工架子队，负责洞庭湖特大桥3#墩围堰下水。组织机构见“图3-1”。
架子队队长
技术负责人
质量员
技术员
安全员
材料员
领工员
工班长
试验员

图3-1 施工架子队组织框架图
3.2 劳动力配置
具体劳动力配置见“表3-1”。
表3-1 劳动力配置表
序号
人员
人数
1
架子队队长
1
2
技术负责人
1
3
技术员
4
4
质量员
2
5
安全员
4
6
试验员
1
7
材料员
1
8
领工员
1
9
工班长
1
10
电工
2
11
钳工
2
12
普工
4
13
合计
24
3.3 机械设备配置
机械设备及工具配置情况见“表3-2”。
表3-2 机械设备及工具配置计划表
序号
设备名称
型号
数量
备注
1
高压气囊
Ф1.2×8.5m
36条

2
空压机
15m3
2台

3
卷扬机
15t
2台

4
六门滑轮组
180t
2对

5
卡环
120t
4对

6
钢丝绳
Ф80
2对

7
拖轮
4000HP
1艘

8
打捞船

1艘

4 施工总体方案及工艺流程
4.1 施工总体方案
考虑结构本身的安全性，采用气囊支承、滚动前移整体纵向下水，即利用气囊托起围堰，依靠围堰自重分力下滑的方法使围堰前行，至水边松掉后面控制拉缆加速下滑入水，整体自浮，最后用拖轮及锚碇控制围堰。
4.2 施工工艺流程
围堰下水的主要工艺流程见“图4-1”。
围堰移至水边、断锚绳、自滑入水
拖轮绑定钢围堰
托板、托架浮套回收
场地清理，进行下一步工作
气囊位置、数量调整
近江侧边坡气囊布置
放松锚绳、围堰起滑
围堰下气囊布置、充气
拆除围堰拼装支承点
近江侧边坡调整
地锚埋设
围堰底节拼装
近江侧边坡换填、平整
施工准备
后拉缆控制围堰下滑
钢围堰整体入水、自浮

图4-1 围堰下水工艺流程
5 详细施工方法及步骤
5.1 吃水深度计算
底节围堰全高17m，双壁和底隔舱可提供浮力，底节围堰下水结构约1200t，可知，围堰下水后吃水为3.5m左右（计算见“附件：3#墩围堰气囊下水计算书”）。围堰吃水深度较深，底隔舱高度为5.762m，在下水过程中由于前端吃水较深，会淹没底隔舱5m左右，需将底隔舱艉端20m进行封闭，保证下水时底隔舱不进水，达到顺利下水的目的。
5.2 围堰下水场地
根据现场的各种情况，初步对下水滑道的情况分析如下：
考虑到围堰下滑时卷扬机、滑车组的配备，以及制造坡道与下河快冲时的坡道过渡等因素，初步确定围堰拼装场地的坡度为1:40，此坡道的长度为50m，围堰拼装场地前端做成1:10坡40m和1:8坡10m。具体见“图5-1”。

图5-1 围堰下水场地布置示意图（单位：m）
由于此围堰无底，故下水坡道前的水域必须保证足够的深度才能使围堰在下水过程中不会产生触底而停止不前。坡度要求参照上图的所示，20m以外必须保证不小于10m水深。
由于围堰制造场地的坡度仅为1:40，为防止在下水过程中，围堰水平分力不足以克服摩擦力而不下滑，可在围堰艉端设置拖轮牵引来帮助围堰下滑。
5.3 围堰下水拖拉设备的配备
为保证围堰在滑道能够向前移动，并能控制围堰下滑的速度和大致方向，需要在围堰上设置后拉缆。围堰初期调整在拼装场地上进行，此坡道的坡比为1:40，则后端的地锚设计拉力为1200（考虑了底托板和其他辅助结构）÷40=30（t）。当围堰下滑到1:10的坡道上时，此时围堰的一半已经在此坡道上，考虑地锚偏安全设计，可看成围堰全部在此坡道上计算水平分力，1200÷10=120（t），根据以上的计算数据和围堰的外形结构，初步确定围堰下河时的牵引采用两点牵引法（两点牵引利于控制下滑方向），牵引点的位置设在围堰壁板上，牵引点的位置必须与底隔舱位置对齐，通过一个地锚进行固定牵引。初步选定下采用单个设计拉力为150t的下滑地锚，提供围堰下水过程中围堰的牵引。当围堰入水浮起后，围堰下的20mm钢托板由打捞船进行打捞回收。
现场下水设备和地锚布置为：围堰艏端控制围堰下滑的地锚布置于拼装围堰的正端头25m距离处；在围堰底隔舱对应的侧壁设置四个拉耳；根据受力要求，地锚需提供约150t的锚固力，地锚基坑为6×5×4m，地锚结构为混凝土埋置式，顶与地面平齐，锚力通过外露的锚环传至锚体内。在拼装场地外侧，控制拉缆通过2对180t滑车组（15t卷扬机、六门走十二滑车组）与地锚相连，在围堰上设置牵引耳板，提供地锚牵引索的附着点，围堰与托板之间应进行临时的限位连接。设施的平面布置见“图5-2”。

图5-2 围堰下水拖拉设备布置图（单位：m）
5.4 辅助设施布置
5.4.1 钢凳
钢凳为围堰制造临时性结构，由型钢焊接而成的框架形结构，底面贴一钢板。钢凳的作用在于支撑围堰以布置气囊和增加与地面的接触面积，保证地面在承压时不会因为地面的承载力太低而导致地面下沉。
5.4.2 托板
围堰托板采用20mm厚钢板，托板在围堰下滑过程中的作用是保证气囊工作平整及传力。为保证其工作性能须作如下处理：
钢管包边：在气囊进出托板时，为不伤及气囊，不影响围堰下滑，需将外露边用建筑钢管包边并点焊牢靠。
临时限位：托板在围堰下滑时须与围堰限位并固定，以避免围堰与托板间出现相对滑动。水平限位采用在托板上焊接卡板的形式与底龙骨翼缘卡定，范围为托板两侧围堰前半部30m，在围堰入水自浮后后端托板因失去气囊的支承而下落，在自重作用下逐个拉掉卡板，最后脱落。此方式有效保证了围堰在整体入水自浮后，实现托板的自动脱落。
5.4.3 地锚及后拉缆
为控制围堰在气囊起顶后下滑运动，以及在滑道下滑的速度和大致方向，须设置后拉缆，控制拉缆设计拉力为150t，大于围堰自重的最大下滑分力。后拉缆采用地锚、滑车组和卷扬机进行控制。地锚布置于围堰后侧，距围堰艏端约25m，与滑车组相连；卷扬机通过滑车组和后拉缆相连。
钢凳、托板布置见“图5-3”。

5-3 钢凳、托板布置示意图
5.5 气囊布置及充气安装
5.5.1 气囊的受力计算
根据围堰结构的特点，围堰下滑采用Φ1.2m×8.5m的气囊，其技术参数见“表5-1”。
表5-1 Φ1.2m×8.5m气囊的单个承载技术参数
序号
气囊的工作高度H（m）
工作压强（MPa）
气囊承载力（t/m）
1
0.2
0.17
27.24
2
0.4
0.17
21.79
3
0.6
0.17
16.34
气囊的有效工作长度为8m、工作高度0.6m，则单个气囊的承载力为：g=8×16.34=130.72（t）。
5.5.2 气囊用量的计算
气囊的工作高度H取为0.6m，下水的整体重量G＝1200t，围堰的托板的有效长度为42m，按每隔3m布置一个气囊，则可布置气囊总数为28，则气囊的安全系数K为：
K＝16.34×8×28／G≈3.05＞K0＝1.2～1.4（常规情况）
考虑到围堰箱体底部结构局部强度的不均衡，通过更多的气囊来分配围堰的重量，使局部的受力减小。
由以上计算可知，选用28个气囊是安全可靠的。
5.5.3 围堰下气囊布置、充气
围堰拼装完后，在围堰下的支承点间布置气囊，根据现场钢凳的布置，每3.0m间距布置一个气囊，对局部超过气囊承载高度的一些位置，采用气囊下垫沙包的方法进行将围堰顶起去除钢凳。气囊布置见“图5-4”。
气囊在充气前，必须先布置好地锚及卷扬机等装置，将围堰锚固牢靠，使其在被顶起后不向前滑动。气囊充气的顺序应尽量对称、分散，相邻的气囊分成两批次充气，当围堰下的气囊充气至围堰被抬起至0.6m高左右后，此时，围堰脱离支承点约20cm，拆除钢垫板下的钢凳支承。支承点需清理干净，并作地面平整，以不影响后序的气囊滚动。

图5-4 围堰气囊布置图
5.6 围堰下水
围堰制作拼装完成后报检，经检查合格后才能准备下水工作。对围堰滑移范围内的场地进行清理，保证无戳破气囊的尖锐物。挂好地锚钢丝绳，开始围堰下水。下水布置见“图5-5”。

图5-5 钢围下水场地布置图（单位：m）
5.6.1 起滑
气囊下水的所有准备工作就绪，具体下水日期要综合考虑当时的天气、风力及潮水情况，在风力较小、无雨水的天气下进行。当气囊完全托起围堰，下滑道清理完成后，慢慢放松后拉缆，在前端不断补充气囊，利用围堰自重的分力使围堰向预定方向滑动。
5.6.2 断缆、下滑入水
当围堰控制下滑至离水边线10m处，调整气囊，并在围堰前端放置加速气囊后，后拉缆断缆，让围堰自由加速下滑，利用其惯性入水并向江中滑行一段距离，使围堰后端水深满足自浮吃水深度要求。围堰断缆前工况见“图5-6”。

图5-6 围堰下水断缆工况示意图
5.6.3 围堰稳定
围堰整体入水后，会在惯性、风力、水流作用下继续漂浮，围堰入水深度增大，达到稳定入水深度，为控制围堰不至继续漂浮，待命的拖轮及时靠近并拴绑，控制围堰使其稳定。
5.6.4 托板、托架回收
围堰拖离现场后，打捞船进场进行底板和底托架的打捞工作。由潜水员下水后，在托板上割套装孔，穿套装钢丝绳，并将托板割开，进行套装。套装上托板利用打捞船送到岸边，在岸边解体后回收。
6 围堰下水过程中注意事项及处理措施
（1）夯实并整平下水滑道区域地基。
（2）打磨托板焊缝,清理滑道区,避免尖锐物划破气囊。
（3）在下水区域的前沿，开挖足够深度的围堰自浮区，此深度应不小于围堰本体完全自浮所需的吃水高度的1.5倍。
（4）合理布置气囊。布设气囊间距应合理有效，既应保证围堰结构的强度和刚度，又应保证气囊间距不因过近而导致气囊重叠挤压的不良情况的发生。
（5）设置地锚结构，以固定卷扬机，其受力条件满足稳定拉力不小于围堰本体的下滑力的要求。
（6）采用合适的滑轮组将围堰本体与岸边地牛牢固系结，其牵引端与卷扬机可靠连接。
（7）加固滑道的末端地基基础，保证最后脱离围堰本体的气囊不至于因负压过重而陷入河床底部。
（8）注意检查气囊的受力状态，尽量使其受力均匀。
（9）及时补充围堰滚动前方的气囊，确保气囊数目，改善气囊受力状态。
（10）围堰本体依靠自身重力下滑滚动，注意相关牵引设备安全可靠，并可通过卷扬机调整其下滑速度，使其缓慢滚动下滑，断缆后快速入水。
（11）特别注意滑道末端与围堰本体自浮区交集处的气囊、围堰本体的受力状况，确保其平稳入水。

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