武汉二七长江大桥主塔吊箱围堰定位分析

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摘要：武汉二七长江大桥通航孔主桥为三塔双索面斜拉桥,采用双壁钢吊箱围堰法进行基础施工。钢吊箱围堰在工厂制造,完成后整体滑移下水并浮运至墩位,采用重力锚锭系统进行围堰定位;本文通过对4# 主塔墩双壁钢吊箱围堰定位精度进行了分析,估算其主塔墩钢护筒位置的偏差及承台偏差,确认该围堰定位采取的测量控制方法满足施工精度要求。

关键词：武汉二七长江大桥；双壁钢吊箱围堰；定位分析

Abstract: The navigable span main bridge of Wuhan Erqi Yangtze River Bridge is a triple -pylon and double-cable-plane cable-stayed bridge with its intermediate pylon pier, The foundation of the pylon pier was constructed by the double-wall steel boxed cofferdam Steel cofferdam .

The cofferdam was manufactured in shop , launched to river integrally and floated to the pier site

where it was positioned by the gravity anchor system.Through the positioning analysis of the intermediate pylon pier NO.4 by the double-wall steel boxed steel cofferdam,to estimate deviation of its steel tube and cushion cap, make sure whether the methods of positioning measurements to meet the construction standards.

Keywords: Wuhan Erqi Yangtze River Bridge; double-wall Steel Boxed Cofferdam; positioning analysis

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

一、主塔墩及钢吊箱围堰概况

武汉二七长江大桥共计有3#、4#及5#三个主塔墩，其中3#主塔墩采用22Φ2.8m钻孔灌注桩，桩长76m，4#中主塔墩采用18Φ3.4m钻孔灌注桩，桩长90m ，5#主塔墩采用28Φ2.8m钻孔灌注桩，桩长100m，均为行列式布置，摩擦桩，承台尺寸为52.5×30.75×6，从整体结构形式及施工工艺上讲大同小异，故后续论述中如未特别说明均采用4#中主塔围堰定位为例进行说明。

根据承台的平面形状，同时为了满足基础施工过程中围堰的浮运、上浮、下放所需提供的浮力大小，以及无水施工时承台需抵抗的水头差值大小的综合考虑，双壁围堰的厚度为2m，同时考虑到围堰的制造误差以及定位偏差将围堰内尺寸比承台放大0.2m。具体轮廓尺寸为：长56.7m、宽34.95m、高16m、壁厚2.0m。

围堰由侧壁、底板、底隔舱、内支架、吊杆系统、钢护筒插打定位系统和拖带系缆装置等七个部分组成。围堰侧壁采用双壁簿壳结构，双壁厚度及壁板厚度根据侧壁的受力及所能提供的浮力情况计算确定，为便于施工中调节围堰的垂直度及确保围堰的施工安全，围堰侧壁被分成多个彼此互不连通的隔舱。围堰底板预留钻孔桩施工孔位，为了增强底板强度和刚度、减小浮运工况下的吃水深度，在围堰底板上设置了不透水的底隔舱。围堰内支架为空间桁架结构，在钻孔桩施工阶段作为钻孔施工平台，在围堰内抽水后，浇筑承台时则主要承受围堰侧壁传来的水压力；吊杆系统设计成主要用于承受封底时水下砼的自重及增加底板强度和刚度的空间杆系结构。围堰底板上设有固定及活动下导环，在内支架顶面设有固定及活动上导环，该上下两套导环组成钢护筒插打时的定位导向系统。具体如图1.1.1-1所示：

图1.1.1-1 4#主塔墩围堰结构图

双壁钢吊箱围堰工程施工的精度指标

表2.1.1-2 钻孔桩钻孔允许偏差和检验方法

《城市桥梁工程施工与质量验收规范》第10.7.4条：群桩钻孔桩孔位中心偏差小于±100mm；第10.7.7条：承台长、宽、高的尺寸偏差小于±20mm；承台轴线偏差小于15mm。

三、4#中主塔墩钢吊箱围堰制造和测量资料分析

3.1.1总体情况分析

中主塔墩钢吊箱围堰由岸上制造成形下水浮运到墩位后就需要进行定位，这就要求围堰在制造过程中就应开始严格测量控制围堰的轮廓尺寸、桩位、上下导环的位置、上下导环的同心度（允许偏差为±10mm）。浮运到墩位进行精确定位时需要控制围堰的平面位置偏移、扭转和围堰的垂直度,以保证桩位和承台偏差在允许范围内。

3.1.2钢吊箱围堰的制造及测量控制准备

在钢吊箱围堰制造过程中，应建立局部控制网，并以围堰中心为原点、以围堰纵横轴为坐标轴建立独立坐标系。用控制点及时测量下固定导环的中心位置、下活动导环的中心位置和上固定导环的中心位置，并且用下固定导环的中心位置检查上固定导环的同心度（允许偏差为10mm），并检查各导环8个方位的内径尺寸。在钢围堰的顶部测量围堰的理论纵横轴线

上的平面点E、F、G、H的独立坐标系的坐标，测量围堰顶部四个角点(A、B、C、D)的相对高程。（点的分布见图3.1.1-1）。

图3.1.1-1双壁钢吊箱围堰测量点位布置示意图

3.1.3钢吊箱围堰的测量资料分析

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通过对下固定导环、下活动导环、上固定导环的数据分析比较，我们可以得出以下几点结论:

(a)、下固定导环实际中心偏离设计桩中心位置最大偏差为：纵轴偏差40mm、横轴偏差8mm、位置偏差为

(b)、在围堰制造状态下，活动下导环与固定上导环的水平距离最小的为12mm。为保证围堰的垂直度(相对于制造场地的垂直度)不影响钢护筒的垂直度，由此推算围堰的垂直度为12/16000=1/1333≈1/1400。若以20mm推算围堰的垂直度为20/16000=1/800，有4个桩位会影响钢护筒的垂直度。若以25mm推算围堰的垂直度为25/16000=1/640，有7个桩位会影响钢护筒的垂直度。

（c）、在围堰制造状态下，下活动导环与下固定导环的水平距离小于60mm的有5#桩位，最小距离是5#桩位的45mm。围堰共两次下沉挂桩，下固定导环到达+0.0mm处，此时距插打定位桩的顶部长度为26.0m，若以45mm推算定位桩钢护筒允许最大垂直度为45/26000=1/578。若以60mm推算定位桩钢护筒允许垂直度为60/26000=1/433，有2个桩位不能满足要求。因此定位桩的护筒垂直度应以1/600来控制。

（d）、由于围堰制造已产生的偏差，在围堰底口内侧，围堰的理论纵横轴线至各边缘的距离偏差最大为-40mm。当围堰作承台模板时，围堰的理论纵横轴线至各内侧边缘的距离比承台中心线至各边边缘的距离大100mm，因此只余60mm用作调节。

四、钢吊箱围堰浮运定位的测量控制

4.1.1钢吊箱围堰初定位

在钢围堰浮运到中主塔墩附近时应在加密控制点上设一台全站仪实时跟踪测量钢围堰的平面位置，以确保钢围堰浮运的正确走向，并协助指挥员对围堰进行初步定位。

4.1.2钢吊箱围堰精定位

当钢吊箱围堰浮运到墩位，初步定位完成后就需要精确调整围堰的平面位置、扭转、垂直度。根据主塔墩钢吊箱围堰的施工工艺要求，需调整围堰平面中心偏离设计中心的偏差在±50mm以内。由于中主塔墩钢吊箱围堰在制造时，对各桩位的中心位置已造成一定的偏差，最大偏差为40mm，为确保钻孔桩最后成桩后+4.0处的各桩中心偏差在±100mm以内，精确调整围堰的平面位置的偏差小于50mm，同时还应当控制围堰纵横轴线的扭转偏移：短边扭转偏移≤22.4m、长边扭转偏移≤44.7m。由于施工顺序的原因，当围堰第一次挂桩时，围堰可能会往下游方向偏移，因此围堰的平面位置应预偏上游30mm。我们在围堰精确定位时应尽量向上游方向偏差且偏差不大于80mm为原则进行控制。我们用围堰顶部四个角点的相对高程差来调整围堰的相对垂直度，以1/1400来控制，推算出沿围堰长边的相对高差的偏差为56.7m/1400=40.5mm，沿短边的相对高差的偏差为34.95m/1400=25mm。但是在插打钢护筒时，由于水流的作用钢护筒会贴着下游侧的导环内缘，因此围堰的垂直度应尽量调整，若不易调整时最好能以上口向下游方向倾斜为准则。

五、钢护筒插打的测量控制

主塔墩钢吊箱围堰精定位完成后，需及时插打定位钢护筒，以1/600来控制护筒的垂直度。通过固定上导环四个方向上的内径与钢护筒的理论外半径1824mm计算出固定上导环四个方向内缘至钢护筒外壁的数据，并经围堰相对垂直度改正，用这四个方向上的数据来调整第一节钢护筒顶口的位置。同时还需在钢护筒的四个方向上用垂球的方法测定其垂直度，若其垂直度大于1/600，则需重新调整。

在第二节、第三节钢护筒定位时，我们用全站仪切边秒差法测定上游和下游的垂直度。先切住第一节钢护筒顶口外缘处，读出水平角L1，再转动望远镜测出第二节钢护筒顶口外缘，读出水平角L2，计算秒差ρ=L1-L2，利用公式n1=ρ*s理论/h/206（s理论是仪器到钢护筒中心的水平距离，h为钢护筒长度）计算垂直度，若n1大于1/600则需作调整。我们用测距法测定正对仪器方向的垂直度（如图10.2.5-1所示），分别在第一节和第二节钢护筒顶口粘贴反射片，测出仪器到第一节钢护筒顶口的水平距离s1和仪器到第二节钢护筒顶口的水平距离s2，通过公式n2=（s1-s2）/h计算第二节钢护筒在仪器方向上的垂直度，逐步调整钢护筒使n2

六、中主塔墩钢吊箱围堰两次挂桩及桩位的偏差估算

中主塔墩钢吊箱围堰需作两次挂桩，围堰底需下沉到+0.0m处，共计下沉长度约10m，钢护筒垂直度两个方向都为1/600。由于钢护筒的垂直度所产生两个方向的偏移量为10000/600=16.7mm。钢围堰的垂直度最大为1/1400，在两次挂桩时所产生两个方向的偏移量为10000/1400=8mm。钢围堰两次挂桩将发生的最大偏移量为s=16.7*√2+8*√2 = 35mm，小于活动下导环至固定下导环的最小距离45mm。因此中主塔墩钢围堰两次挂桩时，固定下导环能顺利通过。钻孔桩+4.0m处桩位的偏差将由受以下几个方面影响：

（a）钢护筒的垂直度1/600，钢护筒顶面至+4.0m处按21.0m计，产生的偏差m1=22000/600*√2=51.8mm

（b）中主塔墩钢围堰制造时固定下导环中心与设计桩中心的偏差m2，m2=48.6mm计。

（c）中主塔墩钢围堰浮运精定位时，钢围堰中心偏离设计中心的偏差在±50mm以内，取影响桩位偏差m3≤50mm。

（d）中主塔墩钢围堰浮运精定位时，纵横轴线的扭转偏移：短边扭转偏移≤22.4m、长边扭转偏移≤44.7m， 取偏差m4≤50mm。

（e）由于测量仪器精度、对中整平误差、观测误差等所产生影响承台的误差m4≤10 mm。按误差传播定律，推算+4.0m处钻孔桩桩位偏差:

m0=±√m12+m22+m32+m42+m52 =±97.2mm,

略小于规范要求群桩的中心允许偏差100mm。

七、中主塔墩承台偏差的估算

中主塔墩钢吊箱围堰在制造过程中，由于制造误差围堰底口内侧尺寸比设计尺寸小40mm，只比承台设计尺寸大60mm。因此需从以下几个方面考虑对承台施工所产生的影响：

（a）中主塔墩钢围堰浮运精定位时，钢围堰中心偏离设计中心的偏差在±50mm以内，取影响承台偏差m1≤50mm。

（b）中主塔墩钢围堰浮运精定位时，纵横轴线的扭转偏移：短边扭转偏移≤22.4m、长边扭转偏移≤44.7m， 取影响承台偏差m2≤50mm。

（c）中主塔墩钢围堰浮运精定位时，钢围堰顶口至承台底口的高度为11.0m，钢围堰的垂直度为1/1400，取影响承台偏差m3=11.0m/1400=8mm。

（d）由于测量仪器精度、对中整平误差、观测误差等所产生影响承台的误差m4≤10 mm。

按误差传播定律，推算承台底口位置偏差:

m0=±√m12+m22+m32+m42=±71.9mm

当围堰底口内侧尺寸比设计尺寸小40mm时，承台的尺寸偏差为60mm±30mm，能保证承台的尺寸规范要求，可以保证承台的轴线允许偏差±15mm，也能保证承台前后、左右边缘距设计中心线尺寸偏差小于±50mm的规范要求。

八、结语

通过以上分析，完全满足围堰定位的精度要求达到预期效果。本文的双壁钢吊箱围堰的精定位精度要求及测量控制方法在其他桥梁的双壁钢吊箱围堰施工中也值得借鉴。

参考文献

[1 ]中华人民共和国住房和城乡建设部. CJJ2-2008《城市桥梁工程施工与质量验收规范》

[ S] . 北京:中国建筑工业出版社,2008.

[2 ]中华人民共和国交通运输部. JTG041- 2000 《公路桥涵施工技术规范》[ S] . 北京:人民交通出版社,2000.

[3 ]张正禄. 工程测量学[M] . 武汉:武汉大学出版社,2005.