1、马鞍山长江公路大桥左汊主桥摘要：马鞍山长江公路大桥左汊主桥为主跨 1080m 的三塔两跨悬索桥，中塔位于主航道，采用先吊箱围堰后平台施工方法进行钻孔桩施工。因种种原因，钢吊箱围堰定位后即进入长江汛期，原定成桩渡洪方案不能实现，在对水位、流速、冲刷情况进行认真调查和计算的基础上，提出利用钢护筒渡洪的方案，并制定应急预案，确保钢吊箱围堰安全渡洪。关键词：长江公路大桥；钢吊箱围堰；汛期；钢护筒；渡洪方案 中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 马鞍山长江公路大桥左汊主桥为三塔两跨悬索桥，跨径组成为360m+2x1080m+360m2880m，桥型布置见下图： 图 1 桥型布置
2、图 中塔墩位于长江主航道，距和县长江大堤约 1180m，墩位处水下地形较为平缓，高程12.0910.54m。 中塔柱基础采用 69 根 3.0m 钻孔灌注桩，桩基呈行列式布置：行距 6.3m，列距 7.5m；桩底标高?-80.00m；桩底持力层为微风化砂岩、砂质泥岩。承台为带切角的矩形，平面尺寸为 80.243m。承台顶设 3m 高塔座。承台采用 C40 混凝土，抗渗等级为 S10；钻孔桩采用 C30 水下混凝土。 钻孔桩钢护筒内径 3.2m，壁厚 24mm；设计钢护筒长 35.2m，钢护筒作为永久结构的组成部分，与基桩共同参与受力，钢护筒采用 Q345c 钢材。 2 原设计方案 中塔基础采用
3、先围堰后平台方法施工，围堰外轮廓尺寸：83.9m(长)46.7m(宽)11.3m(高)，围堰双壁侧板厚 1.8m，围堰底高程-1.8m，围堰顶高程+9.5m，设计总重 2150t。围堰在南京制造，气囊法下水浮运至墩位处利用锚碇系统定位，插打 24 根钢护筒，将围堰与护筒固结后形成钻孔平台，再插打渡洪桩护筒，上钻机进行钻孔桩施工，要求在汛期前完成 8 根渡洪桩，确保钢吊箱围堰安全渡洪。 图 2 渡洪桩布置图 中塔墩于 2009 年 4 月 17 日中标，5 月 15 日完成相关水上施工手续，开始锚碇系统布置，5 月 22 日钢围堰浮运到墩位，5 月 27 日初步完成定位工作，6 月 10 日完成
4、防撞桩插打、底板护筒口割除等准备工作，具备插打钢护筒的条件，而此时长江已进入汛期，要在洪水来临前完成 8 根渡洪桩的施工已不现实。 3 实施方案 因进场时间晚，原定成桩渡洪方案实施困难，而工程又不能因洪水影响而暂时停工，因此，项目部在布置锚碇系统的同时，就已经开始研究对渡洪方案进行修改，以适应现场的实际情况。 提出的修改方案有以下两种： 一是利用锚碇系统进行渡洪，水流及风力对围堰、护筒的作用力由锚碇系统承担，钢护筒插打后暂不与围堰固结，当水位上升过快时可以通过上浮围堰减少水压力； 二是利用钢护筒承担水流及风力对围堰与护筒的作用力，锚碇系统做为安全储备，此时围堰与护筒必须进行固结。 第一种方法施
5、工简单，但在洪水期间不能形成钻孔平台，对工程的顺利展开有较大的影响，能解决围堰渡洪安全问题，但不能保证施工进度不受影响。 第二种方法在保证渡洪安全的同时可以同步形成钻孔平台，能解决围堰渡洪安全问题，也能保证施工进度。因此，用护筒渡洪方案成为项目部研究的重点。 为保证渡洪安全，必须对水位、流速、冲刷情况进行详细的调查和计算，提出合理的计算水文参数，再来进行相应的受力计算，才能保证结果的可靠性。 我局设计事业部通过设计院提供水文资料和现场调查情况，对桥位处月平均水位统计表、潮位特征值表、潮位频率表、水文站流量、泥沙特征值统计表进行分析，根据河床面自然冲刷演变及水流速历年实测数据，取用二十年一遇水位
6、作为防洪水位，即防洪水位按 20 年一遇取+9.333m；设计流速取 v=2.0m/s，冲刷计算时流量值取多年平均值 28600 m3/s。 根据设计院提供的桥位处地质资料和岩土物理力学性质指标分层统计成果表，计算得一般冲刷深度为 8.6m，即一般冲刷线标高为：20.6919.14m；局部冲刷深度为 8.0m，即局部冲刷线标高为：28.6927.14m。 按以下两个方案对多种工况进行了计算： 第一方案：河床面冲刷到-22.0m 进行抛填维护，以充分发挥护筒的承载力；第二方案：河床面不抛填冲刷到-29.0m 进行计算，尽量保证钢围堰安全渡洪。 建立含内支架、钢护筒的渡洪计算模型，模型中钢护筒在河
7、床下 2m处铰接，钢围堰上导环与护筒固接。 图 3 计算模型图 计算时所施加的水平荷载为围堰流水压力、护筒流水压力、临时靠泊浮吊以及其他工作船等的水流阻力和所有风阻力；竖向荷载仅考虑结构自重，钻机及其他竖向荷载在计算护筒受力时考虑。 两种方案各工况计算结果见下表： 计 表 1 冲刷至-22.0m 抛填时计算结果 表 2 不抛填冲刷至-29.0m 时计算结果 钻孔桩钢护筒设计底标高为-35.2m，从计算结果看，第一种方案中只要护筒插打完成 33 根，按原设计进行钢护筒插打并做好冲刷防护可以保证围堰受力安全；第二种方案各计算工况均需进行变更设计，对护筒进行加长。 在业主方组织的渡洪方案评审中，专家
8、组评审意见认为不抛填方案更能保证围堰渡洪安全，建议钢护筒至少插打完成 45 根，并对钢护筒进行加长。 根据专家组意见，我局设计事业部对钢护筒受力进行了补充计算，在考虑钻机及其他施工荷载的情况下，确定钢护筒需要的入土深度。经过计算，需对其中 21 根护筒进行加长，为方便施工，每根加长量统一取3.3m，即钢护筒底标高为-38.5m。 渡洪钢护筒布置见下图： 图 445 根渡洪钢护筒布置图 （第 2、5、7 排钢护筒为加长护筒） 4 实施效果 中塔于 6 月 12 日正式插打钢护筒，为加快钢护筒插打速度，采用夜班插护筒、白天振沉的施工组织模式，最快时一台振动锤一天完成 3 根护筒的插打，至 7 月
9、15 日，完成了 45 根渡洪钢护筒的插打，将围堰与护筒进行了固结，达到了渡洪方案确定的要求。 7 月底完成全部护筒的插打，8 月 8 日第一台钻机开钻。 为保证汛期围堰结构安全，现场用测深仪、流速仪对河床冲刷、水流速每天进行监测，并制定了锚碇系统加强、抛填维护两个应急预案，以保证围堰渡洪的安全。 从监测结果看，2009 年桥位处最高水位为+7.10m，出现的时间为 8月 14 日，汛期实测表面最大流速为 1.36m/s，桥位处冲刷上游护筒处最大为-22.6m，围堰中间护筒位置为-19.4m，下游侧为-13.5m，基本与计算的一般冲刷深度相当。 从过程监测数据分析，汛期水位、流速、冲刷等实测值
10、与计算取值相比，有较大的安全储备，加上 8 月初全部护筒已插打到位并与围堰固结，钻机已上平台钻孔，护筒、围堰受力状态与计算时假定有较大的改善，围堰渡洪安全得到了有效保证。 5 结语 马鞍山长江公路大桥左汊主桥中塔墩钢围堰定位后即进入汛期，在无法实施成桩渡洪的情况下，通过对水文、地质资料的详细了解与分析，提出利用护筒渡洪的方案，经过时间的验证，证明可以保证施工安全和工程进展。 因水文情况有突发性、不确定性的特点，无论采用何种渡洪方案，在决定水文资料计算参数时必须对水位、流速、流量的取值慎重对待，这是决定方案成败的关键。2010 年汛期长江水位最高达 9.10m，流速达1.86m/s，均比 2009 年有较大的提高，基本接近拟定的计算参数值，从另一个方面验证了本项目计算参数选取的合理性。 与成桩渡洪方案相比，必须对钢护筒渡洪方案中钢护筒受力变形导致围堰平面位置变化有高度认识，本项目中对围堰顶面最大位移进行了计算，在最不利条件下，平面位移达 76mm。当水位下降、流速变小时，钢围堰必然要向上游移动，导致围堰、护筒平面位置发生变化，影响定位精度。因此，在高水位定位钢围堰时，必须对围堰的平面位置进行监测，并有意识地向下游方向适当预留偏移量，以保证钻孔桩中心定位满足设计和规范要求，偏移量取值以计算最大位移的 1/2 为宜，可以较好地保证最终的围堰定位精度，同时保证钻孔桩中心定位精度。
