某橋628m跨鋼箱梁斜拉橋的關鍵施工工藝1
發布時間：2010-01-14 共2頁
一、概述
南京長江二橋跨越流經南京市區的長江，位于1968年建成通車的著名的南京長江橋下游llkm。南京長江二橋南汊主橋為由過渡墩十輔助墩十南塔十北塔十輔助墩十過渡墩支承的跨度組合為58.5m＋246.5m＋628m＋246.5m＋58.5m=1238m的南、北對稱的雙塔雙空間索面漂浮體系鋼箱梁斜拉橋。南京長江二橋斜拉橋以其628m主跨跨度而名列世界十斜拉橋第三位，享有國內第一斜拉橋之譽，并是南京長江二橋最特色和亮點所在。
南京長江二橋南汊主橋為通航主航道橋，其地理位置在長江下游。南京長江二橋橋位水域水深流急，且受潮汐影響水位一日多變；其橋址地形高低不平且江岸多陡斜不穩；其基礎位置地質復雜，基巖軟弱。南京長江二橋斜拉橋主跨跨度之在國內前所未有，其風狀態下的懸臂施工風險性很。南京長江二橋施工工期短，其精品工程的標準對施工的要求極高。深水基礎的萬無一失、高索塔澆筑的速度與外觀、噸位鋼主梁的架設、安裝，各項高標準指標的實現，構成了南京長江二橋南汊主橋的突出施工難點。
承擔南汊主橋從下部到上部主體施工的湖南省公路橋梁建設總公司，虛心采納專家建議，學習國內外先進理論和方法，嚴密組織，充分投入，精心施工，攻克了一道道難關，確保了南京長江二橋南汊橋順利建成并開創了許多值得借鑒的技術、工藝新思路。
二、50m深急水域型鋼圍堰的穩固
南京長江二橋南、北兩主塔采用了圓形雙壁銅圍堰著巖、堰內21根φ3m，長度分別為102m，87m的鉆孔灌注樁、堰壁填充8700m3井壁混凝土、堰底澆筑8.5m厚封底混凝土、樁頂為6m厚鋼筋混凝土承臺即雙壁銅圍堰、基樁、封底混凝土、鋼筋混凝土承臺組合而成的型聯合基礎以承受每墩約50萬kN橋梁動靜荷載和約75000kN的船舶水平撞擊荷載。
南、北塔兩個型水中基礎，在施工低水位狀態下，北塔水深39m，南塔水深20m。兩域處地基覆蓋層厚度南塔為33m，北塔為29m，其中36m范圍內基巖面最高差分別為0.57m和1.06m。清除覆蓋層后，塔基礎施工水深最達到68m。墩位處高水位施工時最實測水流速度達到3.8m/s。
南、北塔兩個圓形雙壁銅圍堰外徑36m，內徑33m，堰壁倉厚15m，圍堰最高度為65.5m，是國內迄今為止最型的深水鋼圍堰。兩圍堰封底混凝土厚度各為8．5m，整體澆筑的混凝土體積都超過6200m3，也是國內整體澆筑的最數量的封底混凝土體積。
鋼圍堰采用塔位塊件拼接的方式拼裝和下沉，即鋼圍堰在岸上制作底節，底節沿滑道下水，底節被浮運至墩位，然后在底節上逐步拼接塊件并逐步在堰壁灌水而下沉至河床、接著在塊件拼接過程中在堰內吹砂且在堰壁內逐步澆筑混凝土，最終依靠重力（自重加壓重）穿過覆蓋層著巖。
經過計算及專家論證，在長江6～8月洪水期間，鋼圍堰只有完成封底并完成了2～3根鉆孔灌注樁后，其抵抗巨水流沖擊的安全性才能有充分把握。因此，如何確保鋼圍堰的順利著巖，使鋼圍堰在長江洪峰到來之前完成封底和2～3很鉆孔灌注樁施工，實現鋼圍堰有樁泄洪的目標，是鋼圍堰施工最關鍵的問題。在加設備、材料和人員投入及管理力度的條件下，以下措施和工藝的采用是南京長江二橋鋼圍堰施工取得成功的最重要保證：
1．鋼圍堰施工時間的選定
為了確保鋼圍堰的安全渡洪，合理的鋼圍堰施工工期安排是非常重要和關鍵的。長江流域以雨洪徑流為主，每年5～10月為汛期，11月～翌年4月為枯水期，洪峰多出現在6～8月，1月或2用水位最低。南京長江二橋南汊主橋業主與承包商于1997年8月25日簽訂施工合同，于1997年10月6日舉行開工典禮，1998年3月11日完成了南、北主塔鋼圍堰安全、準確著巖，于1998年4用27日完成了兩塔鋼圍堰的水下混凝土封底，并于1998年5月10日洪峰到來前成功完成了兩主墩各3～6根鉆孔灌注樁的施工。可見，對于國內規模最的長江上的鋼圍堰施工，南京長江二橋做了合理的工期安排和嚴格的工期控制。合理的工期安排對于確保鋼圍堰施工的成功和降低鋼圍堰施工的造價有著重要意義。
2.全鐵錨錨碇系統的布設
鋼圍堰自墩位就位開始至完成封底混凝土和少量幾根鉆孔灌注樁施工以前，經歷鋼圍堰著床前的水中漂浮、著床后人上較淺的底部嵌入、吹沙下沉后人上較深的底部嵌固等幾個不同受力狀態階段。這幾個階段鋼圍堰必須有一套絕對可靠的錨碇系統賴以依靠。在工期安排合理，三個階段均在非洪水時期的情況下，鋼圍堰在水中漂浮階段的錨碇系統的作用至為關鍵，因為這一階段鋼圍堰的穩定狀態最不利，鋼圍堰與導向船組承受較的水阻力，且鋼圍堰的全部水阻力與風壓均由錨碇系統承擔。根據計算，北塔鋼圍堰在著床前的最水流阻力加風壓達到5000kN。
南京長江二橋鋼圍堰錨碇系統采用了全鐵錨錨碇系統。本系統在充分考慮了水流、風力的最不利荷載作用、鋼圍堰的最不利穩定狀態、施工方便程度的基礎上，按前期、后期分兩期合理布置。事實再一次證明，該系統布設快、錨著力、可靠性高、造價低、有安全儲備及應急手段，完全可在水深流急的類似施工中應用。
3.對河床變化的跟蹤觀測
墩位處河床受水流一般沖刷、局部沖刷以及堰內吹砂影響，其地形隨時發生變化。鋼圍堰從著床開始，在覆蓋土層中下沉直至著巖，甚至在渡洪樁完成前的整個過程，其穩定和安全狀況、平面位置以及傾斜度均受到河床地形變化的影響。因此，隨時掌握堰內外河床變化情況是將鋼圍堰控制在理想狀況的必要條件。
南京長江二橋針對鋼圍堰施工建立了一套人員、裝備齊全的鋼圍堰觀測體系，在鋼圍堰著床過程中，對水深、河床地形狀況、水流速度、著床坐標、深度進行仔細觀測；在圍堰吹砂下沉過程中，跟蹤吹砂施工進行堰內外即時觀測；在圍堰著巖后，每半月對河床進行觀測，為鋼圍堰準確、安全著床、防止鋼圍堰下沉過程中的涌砂傾斜、控制鋼圍堰著巖精度、掌握鋼圍堰著巖后的沖刷狀況提供了詳細而準確的依據。
4.漂浮狀態的塔吊布置
在以往的鋼圍堰塊件拼裝和堰內清淤吹砂施工中，即使對于銅陵橋31m直徑的型鋼圍堰，也只需在導向船的一對對角各布置一臺20t桅桿吊機就可滿足全部吊裝要求。但對于南京二橋36m直徑的型鋼圍堰，即使在導向船系統四個角共布置4臺20t桅桿吊機，對于鋼圍堰施工的吊裝需要，總還是有無法覆蓋的區域。為此，在南京二橋鋼圍堰施工中，除了在導向船3個角上布置3臺20t桅桿吊機外，還在導向船的船體上布置了一臺240t·m的塔吊，只有這樣布置吊機，鋼圍堰平面范圍才能全部被覆蓋。
塔吊布置在漂浮狀態的導向船體上的方式在國內外屬于首次運用。南京二橋的這種嘗試，是建立在對導向船系統整體和局部結構進行仔細分析計算并對船體局部進行結構處理的基礎上的。南京二橋的這種吊機布置方式很成功，塔吊功效較吊機提高了5倍，充分滿足了鋼圍堰施工的全范圍水平與垂直吊裝要求。
5.拼接和定位的嚴格控制
鋼圍堰在漂浮和下流狀態的塊件拼接精度和焊接質量以及它的整體平面位置和垂度控制是非常重要和難度較的工作。南京二橋針對鋼圍堰施工，制定了一整套關于塊件拼接、整體定位精度和質量控制的易于實行的理論方法和操作細則，同時也制定了完整細致、高標準的工序報檢程序。鋼圍堰的施工質量得到了切實保證。
6．封底混凝土供應的充分保證
為保證鋼圍堰內水下面積、體積封底混凝土強度、整體性和密水性，封底混凝土必須一次性不間斷連續澆筑，而且應該盡快一氣呵成。為此，在南京二橋封底施工中，進行了量前工藝技術準備和精心的施工組織。其中很關鍵的工作是對數量巨的混凝土輸送供應的組織。
通過分析論證，采用水陸同時供應混凝土的方式。除了按以往方式在塔位鋼圍堰附近布置3臺50～60m3／h生產能力的水上混凝土攪拌站外，還在岸上與鋼圍堰之間搭設軍用舟橋，在岸上設立商品混凝土供應站。這種多方位封底混凝土供應方式在國內是首次采用，它充分滿足了快速澆筑封底混凝土的輸送供應要求，創造了鋼圍堰封底僅用29小時澆筑6250m3混凝土的國內最高紀錄。
南京長江二橋鋼圍堰施工從1997年11月6日鋼圍堰底節在塔位處完成就位開始至1998年5月10日實現有樁渡洪目標，花費了半年時間使龐的鋼圍堰體系得到了穩固，成功地抵抗了1998年夏季發生在長江上的舉世關注的特洪水災害，在同時進行施工的長江上其他各橋均停工的情況下，為南京二橋主塔基礎在洪水狀態下的不間斷施工直至最終取得速度與質量上的巨成功創造了充分有利的條件。值得提出的是，鋼圍堰各項施工質量均達到和超過了設計和規范要求標準。其中，對于圍堰加工拼裝質量，直任公差標準為±5cm，實際公差南、北塔分別為3.9ccm和4.2cm，橢圓度在2cm以內。其他如焊縫間隙、錯臺、垂直度等均被嚴格控制在要求精度以內。另外，水密性和探傷檢測及實際使用證明焊接質量完全符合規范、規定要求。對于圍堰的著巖精度，設計要求頂、底面中心偏位小于圍堰總高的l／100，而實際做到小于正1/200。對于封底混凝土的質量，在每塔鉆孔取芯3很樣品，表明混凝土質量均勻，無浮漿，水密性好，強度高，質量非常理想。
南京長江二橋跨越流經南京市區的長江，位于1968年建成通車的著名的南京長江橋下游llkm。南京長江二橋南汊主橋為由過渡墩十輔助墩十南塔十北塔十輔助墩十過渡墩支承的跨度組合為58.5m＋246.5m＋628m＋246.5m＋58.5m=1238m的南、北對稱的雙塔雙空間索面漂浮體系鋼箱梁斜拉橋。南京長江二橋斜拉橋以其628m主跨跨度而名列世界十斜拉橋第三位，享有國內第一斜拉橋之譽，并是南京長江二橋最特色和亮點所在。
南京長江二橋南汊主橋為通航主航道橋，其地理位置在長江下游。南京長江二橋橋位水域水深流急，且受潮汐影響水位一日多變；其橋址地形高低不平且江岸多陡斜不穩；其基礎位置地質復雜，基巖軟弱。南京長江二橋斜拉橋主跨跨度之在國內前所未有，其風狀態下的懸臂施工風險性很。南京長江二橋施工工期短，其精品工程的標準對施工的要求極高。深水基礎的萬無一失、高索塔澆筑的速度與外觀、噸位鋼主梁的架設、安裝，各項高標準指標的實現，構成了南京長江二橋南汊主橋的突出施工難點。
承擔南汊主橋從下部到上部主體施工的湖南省公路橋梁建設總公司，虛心采納專家建議，學習國內外先進理論和方法，嚴密組織，充分投入，精心施工，攻克了一道道難關，確保了南京長江二橋南汊橋順利建成并開創了許多值得借鑒的技術、工藝新思路。
二、50m深急水域型鋼圍堰的穩固
南京長江二橋南、北兩主塔采用了圓形雙壁銅圍堰著巖、堰內21根φ3m，長度分別為102m，87m的鉆孔灌注樁、堰壁填充8700m3井壁混凝土、堰底澆筑8.5m厚封底混凝土、樁頂為6m厚鋼筋混凝土承臺即雙壁銅圍堰、基樁、封底混凝土、鋼筋混凝土承臺組合而成的型聯合基礎以承受每墩約50萬kN橋梁動靜荷載和約75000kN的船舶水平撞擊荷載。
南、北塔兩個型水中基礎，在施工低水位狀態下，北塔水深39m，南塔水深20m。兩域處地基覆蓋層厚度南塔為33m，北塔為29m，其中36m范圍內基巖面最高差分別為0.57m和1.06m。清除覆蓋層后，塔基礎施工水深最達到68m。墩位處高水位施工時最實測水流速度達到3.8m/s。
南、北塔兩個圓形雙壁銅圍堰外徑36m，內徑33m，堰壁倉厚15m，圍堰最高度為65.5m，是國內迄今為止最型的深水鋼圍堰。兩圍堰封底混凝土厚度各為8．5m，整體澆筑的混凝土體積都超過6200m3，也是國內整體澆筑的最數量的封底混凝土體積。
鋼圍堰采用塔位塊件拼接的方式拼裝和下沉，即鋼圍堰在岸上制作底節，底節沿滑道下水，底節被浮運至墩位，然后在底節上逐步拼接塊件并逐步在堰壁灌水而下沉至河床、接著在塊件拼接過程中在堰內吹砂且在堰壁內逐步澆筑混凝土，最終依靠重力（自重加壓重）穿過覆蓋層著巖。
經過計算及專家論證，在長江6～8月洪水期間，鋼圍堰只有完成封底并完成了2～3根鉆孔灌注樁后，其抵抗巨水流沖擊的安全性才能有充分把握。因此，如何確保鋼圍堰的順利著巖，使鋼圍堰在長江洪峰到來之前完成封底和2～3很鉆孔灌注樁施工，實現鋼圍堰有樁泄洪的目標，是鋼圍堰施工最關鍵的問題。在加設備、材料和人員投入及管理力度的條件下，以下措施和工藝的采用是南京長江二橋鋼圍堰施工取得成功的最重要保證：
1．鋼圍堰施工時間的選定
為了確保鋼圍堰的安全渡洪，合理的鋼圍堰施工工期安排是非常重要和關鍵的。長江流域以雨洪徑流為主，每年5～10月為汛期，11月～翌年4月為枯水期，洪峰多出現在6～8月，1月或2用水位最低。南京長江二橋南汊主橋業主與承包商于1997年8月25日簽訂施工合同，于1997年10月6日舉行開工典禮，1998年3月11日完成了南、北主塔鋼圍堰安全、準確著巖，于1998年4用27日完成了兩塔鋼圍堰的水下混凝土封底，并于1998年5月10日洪峰到來前成功完成了兩主墩各3～6根鉆孔灌注樁的施工。可見，對于國內規模最的長江上的鋼圍堰施工，南京長江二橋做了合理的工期安排和嚴格的工期控制。合理的工期安排對于確保鋼圍堰施工的成功和降低鋼圍堰施工的造價有著重要意義。
2.全鐵錨錨碇系統的布設
鋼圍堰自墩位就位開始至完成封底混凝土和少量幾根鉆孔灌注樁施工以前，經歷鋼圍堰著床前的水中漂浮、著床后人上較淺的底部嵌入、吹沙下沉后人上較深的底部嵌固等幾個不同受力狀態階段。這幾個階段鋼圍堰必須有一套絕對可靠的錨碇系統賴以依靠。在工期安排合理，三個階段均在非洪水時期的情況下，鋼圍堰在水中漂浮階段的錨碇系統的作用至為關鍵，因為這一階段鋼圍堰的穩定狀態最不利，鋼圍堰與導向船組承受較的水阻力，且鋼圍堰的全部水阻力與風壓均由錨碇系統承擔。根據計算，北塔鋼圍堰在著床前的最水流阻力加風壓達到5000kN。
南京長江二橋鋼圍堰錨碇系統采用了全鐵錨錨碇系統。本系統在充分考慮了水流、風力的最不利荷載作用、鋼圍堰的最不利穩定狀態、施工方便程度的基礎上，按前期、后期分兩期合理布置。事實再一次證明，該系統布設快、錨著力、可靠性高、造價低、有安全儲備及應急手段，完全可在水深流急的類似施工中應用。
3.對河床變化的跟蹤觀測
墩位處河床受水流一般沖刷、局部沖刷以及堰內吹砂影響，其地形隨時發生變化。鋼圍堰從著床開始，在覆蓋土層中下沉直至著巖，甚至在渡洪樁完成前的整個過程，其穩定和安全狀況、平面位置以及傾斜度均受到河床地形變化的影響。因此，隨時掌握堰內外河床變化情況是將鋼圍堰控制在理想狀況的必要條件。
南京長江二橋針對鋼圍堰施工建立了一套人員、裝備齊全的鋼圍堰觀測體系，在鋼圍堰著床過程中，對水深、河床地形狀況、水流速度、著床坐標、深度進行仔細觀測；在圍堰吹砂下沉過程中，跟蹤吹砂施工進行堰內外即時觀測；在圍堰著巖后，每半月對河床進行觀測，為鋼圍堰準確、安全著床、防止鋼圍堰下沉過程中的涌砂傾斜、控制鋼圍堰著巖精度、掌握鋼圍堰著巖后的沖刷狀況提供了詳細而準確的依據。
4.漂浮狀態的塔吊布置
在以往的鋼圍堰塊件拼裝和堰內清淤吹砂施工中，即使對于銅陵橋31m直徑的型鋼圍堰，也只需在導向船的一對對角各布置一臺20t桅桿吊機就可滿足全部吊裝要求。但對于南京二橋36m直徑的型鋼圍堰，即使在導向船系統四個角共布置4臺20t桅桿吊機，對于鋼圍堰施工的吊裝需要，總還是有無法覆蓋的區域。為此，在南京二橋鋼圍堰施工中，除了在導向船3個角上布置3臺20t桅桿吊機外，還在導向船的船體上布置了一臺240t·m的塔吊，只有這樣布置吊機，鋼圍堰平面范圍才能全部被覆蓋。
塔吊布置在漂浮狀態的導向船體上的方式在國內外屬于首次運用。南京二橋的這種嘗試，是建立在對導向船系統整體和局部結構進行仔細分析計算并對船體局部進行結構處理的基礎上的。南京二橋的這種吊機布置方式很成功，塔吊功效較吊機提高了5倍，充分滿足了鋼圍堰施工的全范圍水平與垂直吊裝要求。
5.拼接和定位的嚴格控制
鋼圍堰在漂浮和下流狀態的塊件拼接精度和焊接質量以及它的整體平面位置和垂度控制是非常重要和難度較的工作。南京二橋針對鋼圍堰施工，制定了一整套關于塊件拼接、整體定位精度和質量控制的易于實行的理論方法和操作細則，同時也制定了完整細致、高標準的工序報檢程序。鋼圍堰的施工質量得到了切實保證。
6．封底混凝土供應的充分保證
為保證鋼圍堰內水下面積、體積封底混凝土強度、整體性和密水性，封底混凝土必須一次性不間斷連續澆筑，而且應該盡快一氣呵成。為此，在南京二橋封底施工中，進行了量前工藝技術準備和精心的施工組織。其中很關鍵的工作是對數量巨的混凝土輸送供應的組織。
通過分析論證，采用水陸同時供應混凝土的方式。除了按以往方式在塔位鋼圍堰附近布置3臺50～60m3／h生產能力的水上混凝土攪拌站外，還在岸上與鋼圍堰之間搭設軍用舟橋，在岸上設立商品混凝土供應站。這種多方位封底混凝土供應方式在國內是首次采用，它充分滿足了快速澆筑封底混凝土的輸送供應要求，創造了鋼圍堰封底僅用29小時澆筑6250m3混凝土的國內最高紀錄。
南京長江二橋鋼圍堰施工從1997年11月6日鋼圍堰底節在塔位處完成就位開始至1998年5月10日實現有樁渡洪目標，花費了半年時間使龐的鋼圍堰體系得到了穩固，成功地抵抗了1998年夏季發生在長江上的舉世關注的特洪水災害，在同時進行施工的長江上其他各橋均停工的情況下，為南京二橋主塔基礎在洪水狀態下的不間斷施工直至最終取得速度與質量上的巨成功創造了充分有利的條件。值得提出的是，鋼圍堰各項施工質量均達到和超過了設計和規范要求標準。其中，對于圍堰加工拼裝質量，直任公差標準為±5cm，實際公差南、北塔分別為3.9ccm和4.2cm，橢圓度在2cm以內。其他如焊縫間隙、錯臺、垂直度等均被嚴格控制在要求精度以內。另外，水密性和探傷檢測及實際使用證明焊接質量完全符合規范、規定要求。對于圍堰的著巖精度，設計要求頂、底面中心偏位小于圍堰總高的l／100，而實際做到小于正1/200。對于封底混凝土的質量，在每塔鉆孔取芯3很樣品，表明混凝土質量均勻，無浮漿，水密性好，強度高，質量非常理想。
