大直徑雙壁鋼圍堰施工方案監(jiān)理審查分析

王中南

(鐵四院(湖北)工程監(jiān)理咨詢有限公司，湖北武漢 430063)

1 概況

寧安鐵路安慶長江大橋主橋為雙塔三索面鋼桁梁斜拉橋，主塔基礎(chǔ)采用雙壁鋼圍堰施工方案，以其中的3號墩圍堰為分析對象，設(shè)計參數(shù)見表1，圍堰立面布置如圖1所示。

表1 3號墩圍堰設(shè)計參數(shù) m

圖1 圍堰立面布置示意

圍堰施工采用無導(dǎo)向船的前后定位船錨碇系統(tǒng)定位方式。主要施工過程如下：雙壁鋼套箱圍堰底節(jié)在岸邊拼裝，氣囊法下水，然后由拖輪組浮運至墩位，依靠錨碇系統(tǒng)定位，先在墩位處利用浮吊分段接高中節(jié)和頂節(jié)后，下沉至巖面，再下放鋼護筒群，安裝鉆孔平臺，插打平臺支承鋼護筒，封底，最后進行鉆孔樁施工。鉆孔樁完成后圍堰內(nèi)抽水，安裝承臺施工牛腿和底模板，進行承臺、塔座施工。

按照《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例》和《關(guān)于落實建設(shè)工程安全生產(chǎn)監(jiān)理責(zé)任的若干意見》中，對施工準(zhǔn)備階段危險性較大的分部分項工程做出的規(guī)定，大直徑雙壁鋼圍堰工程施工屬于危險性較大的分部分項工程，監(jiān)理單位應(yīng)對施工單位提交的專項方案進行嚴(yán)格審查。按照規(guī)定要求，將從設(shè)計圖紙會審、結(jié)構(gòu)計算單審查、施工方案審核、施工方案批復(fù)四個方面，對監(jiān)理方案審查工作進行論述，并通過這項工作加深對方案的理解，更加明確了監(jiān)理工作的控制要點。

2 設(shè)計圖紙會審

圍堰設(shè)計圖紙會審階段的主要工作是對圍堰施工方案的審核，包括：設(shè)計圖紙、分解加工制造及運輸方案、下河方案、結(jié)構(gòu)計算、著床定位方和渡洪驗算，并對方案的現(xiàn)場實施作業(yè)可行性進行調(diào)查。會審原則是圍堰必須有專業(yè)資質(zhì)的設(shè)計單位設(shè)計，附詳細(xì)的結(jié)構(gòu)和渡洪安全計算書，必須有施工單位的局級評審意見。

施工單位針對主塔墩基礎(chǔ)工程設(shè)計圖紙采用了雙壁鋼圍堰施工方案，進行了專項設(shè)計并經(jīng)局級評審。監(jiān)理單位在收到施工單位報送的圍堰結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙后，組織監(jiān)理人員對設(shè)計圖紙進行了嚴(yán)格審核，主要內(nèi)容包括：(1)圍堰設(shè)施與幾何尺寸是否符合封底混凝土和承臺施工要求；(2)各種結(jié)構(gòu)連接部的處理、加固是否符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)要求；(3)各種附屬結(jié)構(gòu)，主要是轉(zhuǎn)向馬口、絞纜柱是否滿足圍堰定位，錨定的要求；(4)推(拉)掛點和吊點等設(shè)施是否滿足圍堰起吊或運輸要求。

經(jīng)審查，圍堰滿足要求，具體情況如下：

(1)根據(jù)施工期間歷年水位確定設(shè)防水位為15.88 m；

(2)圍堰高度按照承臺底高程確定圍堰下沉高程，滿足要求；

(3)圍堰內(nèi)徑52 m，滿足承臺(直徑51 m)施工要求；

(4)相應(yīng)設(shè)施齊全，滿足圍堰下河、定位的技術(shù)要求。

通過審查，發(fā)現(xiàn)本工程與一般圍堰構(gòu)造的不同點如下，需要在施工過程中加以重視。

(1)轉(zhuǎn)向馬口：由于橋位處水的深度大，因此圍堰的結(jié)構(gòu)高，圍堰在施工過程中需要逐節(jié)接高，先期設(shè)在第一節(jié)圍堰上的錨點在圍堰接高過程中將會沉入水下或在河床面下，無法完成收錨施工。必須通過轉(zhuǎn)向馬口將其移到圍堰上部，直接將錨轉(zhuǎn)向過渡到統(tǒng)一的錨固點，節(jié)約施工空間，減少臨時設(shè)施。優(yōu)點是便于收錨和節(jié)約施工空間，需要注意的問題是轉(zhuǎn)向馬口的轉(zhuǎn)軸如設(shè)計不合理在拉力作用下會抱死，對圍堰壁增加附加扭矩，影響圍堰結(jié)構(gòu)。

(2)底隔艙：底隔艙主要作用是分隔封底混凝土。由于圍堰尺寸非常大，一次性全面封底不太可能(共16 000 m3)，因此封底混凝土分為3部分施工，確保封底混凝土質(zhì)量。優(yōu)點是可確?；炷临|(zhì)量，需要注意的問題是后期圍堰定位必須考慮底隔艙的結(jié)構(gòu)尺寸對樁基護筒就位的影響，由于封底混凝土被底隔艙分開，存在從隔艙壁滲水的可能。

3 結(jié)構(gòu)計算單審查

施工單位就圍堰的接高灌水下沉和圍堰封底后的3個工況進行了分別驗算：

(1)圍堰結(jié)構(gòu)單元、各掛點、吊點以及圍堰整體的剛度、強度驗算；

(2)錨定系統(tǒng)的驗算以及著床后的渡汛安全性、穩(wěn)定性驗算；

(3)圍堰內(nèi)抽水后，抗浮、抗隆起封底砼抗彎的驗算以及井壁混凝土驗算。

3.1 圍堰結(jié)構(gòu)系統(tǒng)計算

通過對計算單的審查可知，為保證圍堰隔艙板安全，要求隔艙板兩側(cè)的水頭差不大于10 m。在灌注混凝土階段，為保證隔艙板的安全，要求隔艙板兩側(cè)灌注混凝土高差不大于4 m。在封底混凝土澆筑完畢后，保證圍堰井壁內(nèi)填充混凝土面以上有10～12 m高的水位。

3.2 錨定系統(tǒng)計算

整個錨定計算過程按照規(guī)范進行計算并結(jié)合其他橋梁施工經(jīng)驗進行相關(guān)參數(shù)取值，總體上符合要求，但由于墩位覆蓋層較薄，地質(zhì)條件較差，汛期沖刷量大，有造成封底混凝土脫空的可能，要求施工單位必須進行渡洪驗算。

對錨定系統(tǒng)計算的幾點意見：(1)圍堰施工渡洪計算由于涉及沖刷模型和不同的施工工況，花費不菲，施工單位不太愿意做，監(jiān)理必須堅持，否則不批復(fù)圍堰方案。在后來圍堰沖刷嚴(yán)重時，渡洪計算對圍堰的防護方案指導(dǎo)意義非常大。(2)圍堰定位計算相關(guān)算例都有比較詳細(xì)的交代，但也發(fā)現(xiàn)有幾點值得探討。首先邊錨拉力按主錨50%計列，有的計入4°角，反過來邊錨在水流作用下和定位時的偏轉(zhuǎn)角的影響下對主錨產(chǎn)生的作用力未被計入主錨拉力計算中。其次邊錨容易斷裂(由水流擊振引起的疲勞)，但至今沒有人對此做精確的理論分析計算，因此加大安全儲備非常必要。

3.3 封底混凝土計算

封底混凝土計算主要是圍堰的抗浮計算和封底混凝土抗彎驗算，其中封底混凝土與護筒的黏結(jié)力不大于500 kPa，封底混凝土抗彎應(yīng)力小于0.5 MPa。相關(guān)算例對計算方法有比較詳細(xì)的交代，作為監(jiān)理工程師必須對此計算過程熟練掌握。

總之，圍堰計算單的審核必須按照以上規(guī)定的內(nèi)容進行，監(jiān)理單位對這方面的內(nèi)容進行了培訓(xùn)，這在圍堰監(jiān)理工作過程中的作用非常明顯。

4 施工方案審核

4.1 施工水位的確定

本橋最初確定的施工水位是15.88 m，設(shè)防水位是16.38 m，考慮到圍堰結(jié)構(gòu)驗算時局部出現(xiàn)的應(yīng)力峰值和圍堰平臺實際施工的需要，最終施工水位確定在14.5 m，設(shè)防水位15.0 m，圍堰最大抽水水位13.5 m。

4.2 分塊、分段制造的合理性審核

第一節(jié)圍堰分塊、分段必須考慮工廠作業(yè)能力以及運輸條件，同時考慮沿高度方向滿足第二節(jié)接高時第一節(jié)圍堰最少漏出水面1 m以上(后面節(jié)段類似)?？紤]圍堰運輸通道的限高、限重要求，設(shè)備的起吊能力、裝配能力，現(xiàn)場作業(yè)的水文及地址條件以及符合工程進度的制造速度。本工程分40塊，高20.08 m，單重61 t，由碼頭直接船運到拼裝點。

監(jiān)理單位對生產(chǎn)廠家和從廠家到工地的運輸線路進行了全面的調(diào)查，節(jié)段在運輸線路上無超高和超載，確認(rèn)制造和運輸方案可行。裝配能力方面，現(xiàn)場組拼采用130 t履帶吊施工，50 t汽車吊配合，滿足節(jié)段吊裝作業(yè)要求。在第二節(jié)圍堰安裝就位完成焊接前，第一節(jié)圍堰漏出水面高度安全，確認(rèn)節(jié)段分配合理。

4.3 圍堰下河方案合理性審核

圍堰下河方式必須與設(shè)備能力相匹配，本圍堰工程下河方式采用氣囊法滑行下水。氣囊法滑行下水審核重點包括：(1)氣囊充氣壓、數(shù)量、分布是否符合要求；(2)后拉纜和前牽引纜地龍等設(shè)施是否齊全、穩(wěn)固可靠，對應(yīng)圍堰上的受力點是否經(jīng)過加固；(3)岸坡地基承載力和坡度是否符合要求，一般拼裝位1∶36～1∶40并支墊起預(yù)設(shè)氣囊空間，滑行岸坡1∶10左右；(4)下水處水位、水深是否符合要求(根據(jù)圍堰吃水深度、氣囊翻轉(zhuǎn)高度以及圍堰下河抗傾覆穩(wěn)定性確定)以及與預(yù)期滑行速度到達位置的關(guān)系，防止圍堰傾覆和尾部擱淺。

(1)計算確定施工單位選定的水口深度是否合理，圍堰第一節(jié)重2 200 t，圍堰內(nèi)外半徑分別為26 m和28 m，計算圍堰下河吃水深度為7 m(考慮了隔艙浮力后計算值為6 m，同時考慮圍堰刃角影響增加1 m)，與施工方案基本吻合。計算圍堰過水口的抗傾覆穩(wěn)定性確定水口處最低要求水位，根據(jù)圍堰下河抗傾覆審核，水口在5 m水深時能確保圍堰不傾覆。

(2)現(xiàn)場作業(yè)條件的調(diào)查：根據(jù)施工單位提供的測量地面線和監(jiān)理現(xiàn)場抽查，如圖2所示。確定從水口向河道中心10 m范圍內(nèi)河床高程為0～2.4 m，必須清淤至-2.5 m(當(dāng)時水面高程5.0 m)。拼裝場地坡度為1∶40，滑行坡度為1∶10，均符合下河要求。后拉纜按照圍堰重量考慮在1/10坡度上的分力，設(shè)置不小于220 t的地錨可行，斷索設(shè)備及前拉纜的配置符合要求。

圖2 圍堰下河坡道實測斷面

(3)氣囊數(shù)量和布置的確定：施工單位選定氣囊規(guī)格為φ1.8 m×8 m，根據(jù)φ1.8 m×8 m氣囊承載力技術(shù)參數(shù)(見圖3)確定氣囊數(shù)量，按壓縮后高度0.5 m，每米承重15 t，取承壓有效長度7 m，計算單個氣囊承重為105 t。圍堰總重2 200 t，故最少需要21個氣囊，考慮存在承載的不均勻性，安全系數(shù)放大到1.5，故共需要32個氣囊。這與施工單位選定的36個氣囊基本吻合。

圖3 氣囊承載力技術(shù)參數(shù)

因此確定下河方案合理。

4.4 圍堰就位和著床方案的審核

圍堰錨定系統(tǒng)的分布是否合理，錨定能力是否合乎要求：主錨、邊錨配置及錨定力,前后定位船上各種掛纜設(shè)備設(shè)施以及過纜順序、種類、數(shù)量等是否符合要求；橋位處地形與圍堰底口匹配程度，地質(zhì)情況與下沉方式、配重增加方式方法是否可行等；測量控制方案是否符合要求等。

本橋由于墩位上下游400 m范圍內(nèi)及向北岸(河道中心方向)300 m范圍內(nèi)無覆蓋層，無法按照傳統(tǒng)的拋錨定位方法進行拋錨定位施工，而河道在3號墩附近拐向，正好利用上游約1 km處的岸坡埋深地龍作為主錨，池州側(cè)岸埋設(shè)地龍作為邊錨，安慶側(cè)則通過預(yù)制200 t混凝土錨作為邊錨，圍堰就位和著床方案可行。

5 施工方案批復(fù)

5.1 圍堰專項施工方案批復(fù)

該方案由施工單位編制，經(jīng)施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人進行審核后正式上報監(jiān)理單位，監(jiān)理單位審核意見如下：

(1)方案中無圍堰的渡洪計算資料，監(jiān)理單位要求施工單位補充完善，施工單位按要求進行了相關(guān)計算，事實證明，此計算在渡洪過程中起到了關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。

(2)圍堰加工應(yīng)注意圍堰定位的中心和方向與護筒群定位的關(guān)系，以及圍堰下口定位測量控制措施。

(3)焊接檢驗中應(yīng)增加對結(jié)構(gòu)受力比較大的的焊縫進行探傷檢測，局部加強或調(diào)整施工水位。

5.2 圍堰定位測量方案批復(fù)

圍堰定位施工過程中，施工單位報送定位測量專項方案，經(jīng)審核發(fā)現(xiàn)該方案是按照一般圓形圍堰定位控制方法實施，遺漏了底隔艙對后期護筒群施工的影響，測量方案被監(jiān)理單位否定，并提出以底隔艙各結(jié)構(gòu)線為依據(jù)的測量定位控制方案，交由監(jiān)理單位測量工程師督促落實。具體控制指標(biāo)是，護筒距底隔艙最小距離僅29 cm，扣除護筒加勁肋結(jié)構(gòu)高度15 cm后為14 cm，反推圍堰定位扭轉(zhuǎn)角度最大值為28′，圍堰定位偏差順橋向為14 cm。

施工單位根據(jù)監(jiān)理單位的意見重新制訂了測量方案，新方案的精神是“逐級傳遞，相對定位，精確測量”，實現(xiàn)了巨型圍堰超高標(biāo)準(zhǔn)精確定位，圍堰偏差情況見表2。

表2 3號墩圍堰偏差情況

5.3 鋼護筒群整體吊裝方案批復(fù)

橋位地處光板巖，護筒無法單獨插打，采用整體吊裝就位施工方案，監(jiān)理單位對施工單位的吊裝方案進行審查，發(fā)現(xiàn)漏算部分吊具、連接系和焊縫重量約15 t，護筒群重170.36 t，共計185.36 t，超出250 t(主鉤荷載在70°仰角時吊裝能力為180 t)，浮吊在方案吊裝工位上的作業(yè)能力，否決施工單位要求吃入浮吊安全系數(shù)冒險起吊的要求，最終同意采取割除圍堰靠船護筒，改移邊錨位置，為浮吊船讓出合理吊裝工位。

6 結(jié)束語

本橋圍堰工程由于特殊的地質(zhì)及水文條件的特點，導(dǎo)致圍堰施工的技術(shù)難度增加，對應(yīng)增加了監(jiān)理單位的安全質(zhì)量控制的風(fēng)險，對監(jiān)理單位在方案審查把關(guān)和過程控制方面的帶來極大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)在全橋已順利合龍?；仡櫿麄€圍堰工程施工監(jiān)理過程，作者認(rèn)為加強對圍堰工程施工方案的審查十分重要，本文的審查思路可為相似工程監(jiān)理工作提供參考。

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