芜湖长江大桥双壁钢围堰锚锭系统设计与施工

收稿日期：!""! "# !$ 第一作者简介：罗瑞华（%&’$—），男，高级工程师，%&(’年毕业于兰州 铁道学院土木工程系。 芜湖长江大桥双壁钢围堰锚碇系统设计与施工 罗瑞华 于祥君 （中铁大桥局集团第二桥梁工程公司 江苏南京 !%""%$） 摘 要 介绍芜湖长江大桥双壁钢围堰锚碇系统的组成及作用，锚碇系统的受力计算、锚碇系统的施工及导 向船联结梁的受力分析。 关键词 公铁两用桥梁 双壁钢围堰 锚碇系统 设计 施工 ! 概述 芜湖长江大桥 &号 ) %!号墩位于长江主河槽内， 水深流急，基础均采用圆形双壁钢围堰施工。其中，%" 号、%%号墩钢围堰外径 #" * $ +，内径 !, * , +，壁厚 % * - +，%"号墩钢围堰总高度 $! +，总质量 (’! .；%%号墩钢 围堰总高度 -# * ! +，总质量 ,!, .。& 号、%! 号墩钢围 堰外径 !! *( +，内径 !" *" +，壁厚 % *- +，&号墩钢围堰 总高度 $! +，总质量 ’-( .，%!号墩钢围堰总高度 #’ * ! +，总质量-$- .。 如此大型的钢围堰在国内公铁两用桥施工中尚属 首次，在其他桥梁中也很少见。为了克服水流阻力和 风阻力，使钢围堰准确定位和顺利下沉，根据芜湖桥的 水文地质特点，设计配置了一套锚碇系统，为芜湖桥基 础施工安全提供了有效的保证。 " 锚碇系统组成 该桥桥址处水流呈单向流态，总流向偏角 ’/-&0!- *$1。拟定的双壁钢围堰锚碇系统由导向船及 其拉缆、边锚，前后定位船及其主锚、尾锚、边锚和下兜 缆组成。%"号墩锚碇系统布置见图 %。 图 ! !#号墩锚碇系统布置（单位：$） （%）定位船 前后定位船各 %艘，均为 -"" .工程铁驳，前定位 船设在桥位上游距桥轴线约 !"" +处，后定位船设在 桥位下游距桥轴线约 !"" +处。定位船起到确定、调 整导向船和钢围堰的位置，调节主锚受力的作用。 （!）导向船 &号 ) %!号墩钢围堰均采用 ! 艘 ("" .工程铁驳 作为导向船，! 艘铁驳由 ! 组万能杆件联结梁连成整 体，在联结梁顶对角布置 ! 台!"#2!" 桅杆吊机。导 向船体系既作为调整、确定钢围堰位置的约束体系，又 作为基础施工的辅助工作平台。 （#）主锚 主锚承受钢围堰锚碇系统顺水流方向的水流阻力 和风阻力，是保证钢围堰安全稳定的主要结构物。 （-）边锚 边锚布置于定位船和导向船两侧，作用是调节和 控制定位船、导向船在垂直水流方向的位置。 （$）尾锚 尾锚顺水流方向分别布置在导向船和后定位船下 !" 铁道 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -..-（/） ·桥梁· 游方向，主要作用是抵御潮水影响，保证钢围堰的稳定。 （!）柔性支撑 柔性支撑是连接钢围堰与导向船的可调钢丝绳， 其作用是固定钢围堰的位置，保证钢围堰与导向船间 相对位置稳定并留有一定的空隙，防止导向船撞击钢 围堰，允许钢围堰与导向船上下作相对运动。 （"）拉缆 前后定位船与导向船之间均设有拉缆，将钢围堰 与导向船所受外力传给主锚和尾锚。 ! 锚碇系统计算（以 "#号墩为例） 锚碇系统的计算主要依据《铁路工程施工技术手 册·桥涵》中有关锚碇布置计算部分进行，并根据其他 相关资料作必要补充。 !$" 基本资料 （#）地质情况 #$ 号墩河床面高程为 % #!& ’$ ( （黄海高程，下同），岩面高程为 % )*& )$ (，覆盖层为粗 砂、中砂、粉细砂，岩层为角岩。 （*）水文情况 + 月至 #$ 月间施工设防水位 , #$&+$ (，相当于 #’-.年实测最高水位，相应流量"" *$$ (. / 0，流速 *&+ ( / 0。##月至第 *年 )月间施工设防水 位 , !&$ (，相应流量 .$ $$$ (. / 0，流速 #&! ( / 0。 一般冲刷线按冲刷至高程 % *)& ) (考虑。局部 冲刷按高程 % )*&) (考虑。 （.）基本风压 按!! " +$$ 12计算。 （)）锚碇设施 !导向船 -$$ 3工程铁驳，载重 - $$$ 45，自身质量 *#! 3，重载吃水 #&- (，外形尺寸为 )’ (6 ##&’+* (6 . (。 "定位船 )$$ 3 铁驳，载重 ) $$$ 45，自身质量 #.* 3，重载吃水 # &+ (，外形尺寸 )$ ( 6 ’&* ( 6 *&) (。 !$% 计算原则 （#）按钢围堰下沉至即将着床状态（仍为悬浮体 系）锚碇系统受力最大进行计算。 （*）边锚、尾锚按主锚受力的 +$7进行计算。 !$! 计算方法 !$!$" 钢围堰水阻力 # " ## " $" ·%* *& ’ 式中，$ 为水流阻力系数，取 $ " $ ("+；"为水的 容重，" " #$ 45 / (.；% 为水流速度，( / 0；’ 为围堰入 水部分在垂直于水流方向的投影面积，(*；& 为重力加 速度，’ (-# ( / 0*。 !$!$% 钢围堰风阻力 # % #* " $#$*$.$)!$) 式中，$#为设计风速频率换算系数，取# ($；$* 为 风载体型系数，取 $ (-；$. 为风压高度变化系数，取 # ($；$)为地形、地理条件系数，取# ($；!$ 为基本风压 值，取 +$$ 12；) 为挡风面积，(*。 !$!$! 导向船组水阻力 # ! #. "（ *+ ,#’#）%*- . #$/* 式中，*为铁驳摩阻系数，取 $ (#"；+为船舶浸水面 积，+ " 0（*1 , $ (-+2），0为船长，1为吃水深度，2为 船宽；#为阻力系数，方头船只取 #$；’# 为船舶入水部 分垂直于水流方向的投影面积；-为导向船只数，取 *。 !$!$& 导向船组风阻力 # & #) " $#$3*$.$)!$)- 式中，$3* 为风载体型系数，取 # (.，其余符号同 前述。 !$!$’ 定位船水阻力 # ’ #+ "（ *+ ,#’#）%*- . #$/* 式中符号均同前述。 !$!$( 定位船风阻力 # ( #! " $#$4*$.$)!$)- 式中，$4*为风载体型系数，取#(.，其余符号同前述。 !$!$) 围堰旁临时工作船只的水阻力和风阻力 # ) 围堰旁临时工作船只包括水上混凝土工厂（-$$ 3 驳）#座，空压机船（.$$ 3驳）#艘，自卸驳（.$$ 3）*艘。 砂石运输船（.$$ 3）各 *艘，水泥、粉煤灰运输船（.$$ 3） 各 #艘，浮吊 #艘，抓斗船 *艘，工作船 *艘，计 #+艘。 其水阻力和风阻力的计算方法同前。 !$!$* 主锚所受总拉力 #主（ 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf #） 表 " 主锚总拉力数据 45 序号 名 称 ’号墩 #$号墩 ##号墩 #*号墩 # 钢围堰水阻力 ## )!" (). #))) (! ##!) ($) !.. (!! * 钢围堰风阻力 #* !* ($* -* (’! "- ($- !* ($* . 导向船组水阻力 #. #! (!) #! (!) #! (!) #! (!) ) 导向船组风阻力 #) #!. (’$ *#- (.# *#- (.# #!. (’$ + 定位船水阻力 #+ #$ (-. #$ (-. #$ (-. #$ (-. ! 定位船风阻力 #! .$ &*! .$ &*! .$ &*! .$ &*! " 临时工作船水、风阻力 #" **" &.$ **" &.$ **" &.$ **" &.$ 主锚总拉力 #主 " $ " 5 " # #5 ’"-&.- * $.$&’ # ")+ &)! # #))&!# !$!$+ 锚的选择与计算 锚的选择应综合考虑抛锚区水深、河床覆盖层土 质类别等情况，并先预估抛锚区范围，然后在抛锚区内 进行调查，看有无影响抛锚的异物或其他设施。经过 调查，’ 号、#$ 号、## 号墩上、下游抛锚区内河床覆盖 层均以砂类土为主且厚度较大，#*号墩上游抛锚区为 砂土，厚度较薄，且有部分裸露风化岩层，下游抛锚区 内河床覆盖层以淤泥和砂类土为主。考虑芜湖桥抛锚 !!铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -..-（/） ·桥梁· 工作量大，并且工期较紧，为便于施工，除 !"号墩主锚 采用钢筋混凝土锚外，其余各墩均采用霍尔式铁锚。 （!）主锚计算 锚重（!） 铁锚 !! " #主 $ #，钢筋混凝土锚 !" " ! %##主。 主锚数（&） & " ! $ 单锚重，每个主锚受力 ’ " #主 $ &。 锚链 采用普通有档锚链，安全系数 (取 $，锚链 直径 ) " ’( $ % %%"# &&，锚链拖地长度 *% " " %# +（+ 为锚绳出马口处与锚位河床高差，&）。 主锚钢丝绳 按 ( "!,’ $ ’校核其安全系数。! 为折算系数；,’为钢丝破断拉力总和；( 为安全系数， 取 ( - )。 在桥位上游 *"% &左右有一国家水下光缆禁区， 在锚碇设计时必须注意，不使主锚进入该禁区内，必须 控制主锚绳的长度，因此要以锚链代替部分钢丝绳，以 缩短主锚绳长度。锚绳总长 *& " 锚链拖地长度 *% .曲 线段锚链长 /! . 钢丝绳长 /"。 锚绳计算方法 先假定曲线段锚链长度，根据公式 /! " +"! . "’+! $ 0，求出 /!对应高度 +!，再对锚链曲线方 程 1 " 2"34 "求导，利用三角关系求出钢丝绳长度 /"。 （"）尾锚计算 尾锚受力按主锚受力的 #%+计算，方法同主锚。 （(）边锚计算 导向船组边锚、定位船边锚分别按导向船组和定 位船顺水流向受力的 #%+计算。 !"!"#$ 钢围堰下兜缆计算 钢围堰下兜缆为前后定位船拉钢围堰下部的钢丝绳。 在图 "中钢围堰是以钢围堰上柔性支撑两固定点 连线的水平中垂线为轴转动的，根据"56 " %可求得 下兜缆拉力 #,。图 (为柔性支撑平面布置。 图 % 下兜缆计算图式 图 ! 柔性支撑平面布置 !"!"## 拉缆计算 前定位船拉导向船组拉缆拉力 #-包括两部分：第 一部分为钢围堰水阻力和风阻力，此部分需扣除下兜 缆拉力 #,；第二部分为导向船组、后定位船及临时工 作船所受水阻力和风阻力。求出 #-后根据前述方法选 择钢丝绳。 !"!"#% 锚、锚链及钢丝绳配置（表 %） 表 % #$号墩锚、锚链、钢丝绳配置 序号 类 别 锚重 . / 数量 锚 链 钢丝绳 直径 . && 长 . & 直径 . && 长 . & ! 主锚 0 * )0 !%% $( $)% " 尾锚 0 $ )0 0# $( #"# ( 前定位船边锚 ! $ (! !"# !12# !!% $ 后定位船边锚 ! $ (! !"# !12# !!% # 导向船边锚 # * )0 !#% $( !%% ) 拉缆 !% $( "%% 0 下兜缆 " (% $#% !"!"#! 导向船联结梁受力分析 联结梁是由万能杆件拼装的空间桁架结构，横跨 在 "艘铁驳上，上、下游各 ! 组，每组由 " 片主桁和 ! 片副桁组成，每片桁架与每艘铁驳有 "点相联结，计算 出 "联结点反力即可分析联结梁内力。导向船联结梁 平面布置见图 $。 图 & 导向船联结梁平面布置 （!）基本假定 !联结梁为一刚性梁，忽略自重所产生的挠度，两 铁驳无相对转角，在任何荷载作用下两铁驳处于同一 水平面；"在对称荷载作用下，两铁驳下的水浮力是均 匀分布的；#在反对称荷载作用下，两铁驳下的水浮力 呈三角形分布。 （"）计算荷载 铁驳及舱面设备质量、$%&吊机及卷扬机质量、 压舱片石质量、联结梁及吊机构架质量、$%&吊机作 业时各支点最大反力。 （(）计算工况 !$%&吊机作业时，联结梁最不利受力情况（图 #）；"联结梁在导向船及联结梁上所有恒载作用下受 力；将!与"受力进行叠加即为联结梁受力。 !" 铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -..-（/） ·桥梁· 图 ! !"#吊机作用工况 " 锚碇系统施工 锚应在江面风平浪静，能见度好的气候条件下抛 设，采用拖轮拽带抛锚船作业，由测量人员交汇测出锚 位，抛锚船在锚位处用甩梢法将锚抛到指定位置。 "#$ 抛锚前的准备工作 （!）利用 "## $铁驳自行改装 !条抛锚船。 （%）准备好抛锚所需的前、后定位船，锚，锚链，钢 丝绳等机具设备。 （&）配齐测量定位仪器、通迅信号器材，计算好各 锚位坐标。 （"）事先与港监部门取得联系，届时请他们维护水 上航行秩序，保证抛锚施工安全。 "#% 锚碇系统施工步骤 （!）前定位船抛锚定位。 （%）后定位船临时定位。用拖轮将后定位船顶至 前定位船尾部并与其临时系结，过拉缆到后定位船与 临时滑车组系结，然后用拖轮协助将后定位船溜放到 墩位处，抛设边锚、尾锚。 （&）导向船组及围堰由江边起重码头浮运到墩位处， 过缆、锚碇好导向船组，后定位船溜放到下游设计位置。 （"）抛设剩余锚，调整收紧各锚绳、拉缆，使锚碇系 统处于稳定状态。 ! 结语 锚碇系统是钢围堰在水中悬浮状况时固定其位置 的重要设施，对围堰施工的成败起着关键的作用。随 着钢围堰的下沉，水流涡漩对钢围堰的推力越来越大， 严重时有可能造成围堰带着导向船组横向摆动，而这 种作用力是较难计算的，因此在锚碇设计和施工中必 须充分考虑边锚的受力。 另外，在导向船组就位，锚全部抛完后，要及时逐 步地绞紧所有的锚缆，使受力均匀。日常应派专人负 责锚缆的检查和养护，根据水位的涨落及时调整锚缆 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 的受力，使锚碇系统始终处于良好的受力状态。 （上接第 &!页） 建立转体结构整体计算模型，应用上述的控制方 法，通过多次的试算，将上盘预应力、背索张力、扣索张 力逐渐施加到模型上。同时，制定出转体结构主要施工 步骤和上盘预应力束、扣索、背索交替张拉次序表。为 便于施工控制，设计还提供了墩顶计算位移，并给出了 扣、背索张力的容许范围和相应的墩顶最大、最小位移。 & 结语 经大桥建设、设计、施工、监理及科研人员等的艰辛 工作，大桥主拱肋于 %##!年 !月 %#日顺利转体合龙。 北盘江大桥转体施工技术将桥梁单铰平转质量大 幅度提升到一个新的高度。通过北盘江大桥的主拱肋 转体施工设计，笔者有以下体会。 （!）大吨位单铰转体法施工宜采用凹面铰，铰面应 贴附硬质面板确保球铰的制作精度。 （%）球铰中心轴和保险腿是防止结构平移和倾覆 的必要设施，应精心设计和制作。 （&）牵转动力要有足够的储备。 （"）扣索和牵引索应尽量采用易于加工和安装的钢 绞线，钢绞线工作应力最好不大于 #!" "’(，并且宜采用低 松弛钢绞线，降低其弹簧效应，减小转体时结构振动。 （)）转体结构倾覆稳定系数不宜取得太高，以免造 成不必要的浪费。本桥以 ! *)控制，取得了成功。 本文所述研究成果被纳入施工图设计文件，有效 控制和指导了施工组织设计和 施工工艺 钢筋砼化粪池施工工艺铝模施工工艺免费下载干挂石材施工工艺图解装饰工程施工工艺标准钢结构施工工艺流程 设计文件的编 制，保证了大桥施工的顺利进行。 参考文献 ! 范应心 * !+# ,钢管混凝土拱转体施工 *桥梁建设，!--+（&） % 钟启宾 *中国连续顶推技术的最新发展概况 *桥梁建设，!--"（"） & 潘金华 *转体施工技术要素分析 *铁道标准设计，!--.（-） " 潘金华，刘博 *球铰的预制及安装 *铁道标准设计，!--.（-） ) 徐升桥，任为东，李艳明 *丫髻沙大桥主桥施工关键技术研究 *铁道 标准设计，%##!（+） !"铁道标准设计 !"#$%"& ’(")*"!* *+’#,) -..-（/） ·桥梁·