周鹏1 杨帆2 周真兵3
中交二航局第二工程有限公司
摘要：深中通道伶仃洋大桥东锚碇锁扣钢管桩围堰位于宽阔水域，为超大圆形结构，船舶设备难布置，且受水流和冲刷影响大，精度难控制，钢管桩施沉易产生累计误差，合拢难度大，功效难以确定，水中大型锚碇国内尚无工程实例和经验借鉴，施工技术难度大。
关键词：锁扣钢管桩围堰、抛锚定位、锚泊系统
1概述
1.1工程概况
深中通道伶仃洋大桥东锚碇筑岛围堰采用锁扣钢管桩与工字型板桩组合方案，围堰成直径150m圆形。施工区域插打塑料排水板后施工锁扣钢管桩围堰。锁扣钢管桩采用Φ2000×18mm，桩长43.5m，数量162根，钢管桩中心间距2.95m。钢管桩之间通过锁扣与工字型板桩连接。锚碇围堰平面布置图见图1.1-1，锁扣钢管（板）桩大样图见图1.1-2。
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图1.1-1 锚碇围堰平面布置图
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图1.1-2 锁扣钢管（板）桩大样图
1.2自然条件
1.11.11.2.1水文条件
伶仃洋周边海域潮汐类型属于不规则半日潮，平均潮差在0.85～1.70m，最大潮差在2.30～3.22m之间，最小潮差在0.04～0.13m之间，平均潮差、最大潮差和最小潮差变化均由南向北逐渐增大。潮汐特征及水位见表1.2.1-1。
表1.2.1 1 潮沙特征值及设计水位结果（m）
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2精度要求
锁扣钢管桩长度为43.5m，锁扣钢管桩及工字型板桩平面尺寸图见图2-1。基于锁扣最大允许偏差18cm，并根据钢管桩长度，为保证锁扣及工字型板桩能够顺利施沉到位，锁扣钢管桩精度控制要求见表2-1锁扣钢管桩施沉精度要求。
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13抛锚定位方案
浮吊根据施工工艺流程，起锚航行至指定施工区域进行抛锚定位，在抛锚定位过程中可通过调整锚索的长度，从而精调船艏角度、船体平面位置。
钢管桩经加工厂按设计制作完成后，采用运输船进行水上运输。起重船抵达施工海域后，进行抛锚定位，以预先抛设到位的锚碇系统为主，辅以船锚定位，综合2艘起重船作业区域与施工顺序统一考虑，避免2艘起重船相互抛锚干扰与频繁长距离移动船舶。待起重船抛锚定位完成，将运输辅助钢管桩的船舶靠近起重船船舷侧，首先施沉2根辅助钢管桩。待辅助钢管桩施沉完成后，在辅助桩上安装导向架，再进行筑岛围堰锁扣钢管桩的施工。锁扣钢管桩施沉顺序施沉易产生较大累计误差，总体上采取分区分段施沉，分段间和分区间设合龙钢管桩。
为最大限度降低围堰施工对海域水动力的影响，避免海床发生严重冲刷或淤积情况，筑岛围堰钢管桩施工顺序根据冲刷模型试验的结果确定先施工上、下游侧的围堰锁扣钢管桩，再施工两侧锁扣钢管桩。围堰分（段）区示意图见图3-1。
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图3-1 围堰分区（段）示意图
3.1船机设备选型
根据Φ2000×18mm锁扣钢管桩，桩长43.5m，重量，选取以下船舶、设备进行锁扣钢管桩围堰施工。锁扣钢管（板）桩施工设备需求清单见表3.1-1，起重船参数明细表见表3.1-2。
表3.1-1 锁扣钢管（板）桩施工设备需求清单
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3.2工艺流程
（1）方案1
1#浮吊通过测量给出1#浮吊与2#浮吊船首同向朝向下游，3#浮吊船首朝向上游，均在东锚碇锁扣钢管桩围堰外围施工，具体步骤如下：
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（2）方案2
1#浮吊与2#浮吊船首同向朝向上游在东锚碇锁扣钢管桩围堰内侧施工，3#浮吊船首朝向上游在围堰外侧施工。
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步骤5：3#浮吊退场，1#、2#浮吊重新抛锚继续施工锁扣钢管桩。 步骤6：1#施工完合拢段后退场、2#浮吊施工剩余锁扣钢管桩，完成整体合拢。
（3）方案3
1#浮吊与2#浮吊船首先同向均与桥轴线平行，由深圳侧向中山侧施工Ⅰ、Ⅲ区锁扣钢管桩，然后重新抛锚定位，在桥轴线方向对向施工Ⅱ、Ⅳ区锁口钢管桩。
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步骤一：由打桩船进场分别施沉深圳侧Ⅰ、Ⅲ区起始平台钢管桩，1#、2#浮吊同时进场完成起始平台施工并开始向中山侧施沉锁扣钢管桩。 步骤二：1#、2#浮吊同时进场完成Ⅰ、Ⅲ区锁扣钢管桩施工，起锚移船准备施沉Ⅱ、Ⅳ区锁扣钢管桩。
步骤三：1#、2#浮吊沿桥轴线船首对向，在钢围堰外围向上游侧施沉钢管桩。 步骤四：1#、2#浮吊沿桥轴线船首对向，在钢围堰外围向下游侧施沉钢管桩，完成围堰合拢。
3.3计算原则
锚碇锁扣钢管桩低标高下沉到-17m，锁扣钢管桩所受水流阻力最大，从而计算起重船船锚总拉力。
3.4锚固力核算
根据船舶水阻力计算公式：
L——船舶长度；
B——船舶宽度；
h——吃水深度
f——船舶摩阻力系数，铁质船舶0.17，木质船0.25，水泥船0.2；
S——船舶浸水面积；
V——水流速度m/s；
Φ：船舶线性阻力系数，流线型取5，方型取10；
A：船舶迎水流方向的受力面积，。
综上所述：
安全系数
根据公式可得，随着吃水深度的增加，安全系数越小。
（1）1#浮吊涨潮时顺江满载停靠
施工水域海床为软土层，锚固力是锚重的3～5倍，1#浮吊锚重（加锚链）3.54t，浮吊水阻力主要由上游侧2个锚承受，按照4倍锚固力计算，锚固力总计为2×4×3.54t=28.32t，安全系数28.32t/3.2711t≈9。
退潮时受力相反，但锚的受力形式相同，安全系数相同。
（2）1#浮吊涨潮时横江停靠（横江停靠船长船宽相反）
施工水域海床为软土层，锚固力是锚重的3～5倍，1#浮吊锚重（加锚链）3.54t，浮吊水阻力主要由上游侧2个锚承受，按照4倍锚固力计算，锚固力总计为2×4×3.54t=28.32t，安全系数28.32t/7.3448t≈4。
退潮时受力相反，但锚的受力形式相同，安全系数相同。
（3）2#浮吊涨潮时顺江满载停靠
施工水域海床为软土层，锚固力是锚重的3～5倍，1#浮吊锚重（加锚链）5t，浮吊水阻力主要由上游侧2个锚承受，按照4倍锚固力计算，锚固力总计为2×4×5t=40t，安全系数40t/3.9093t≈10。
退潮时受力相反，但锚的受力形式相同，安全系数相同。
（4）2#浮吊涨潮时横江停靠（横江停靠船长船宽相反）
施工水域海床为软土层，锚固力是锚重的3～5倍，1#浮吊锚重（加锚链）5t，浮吊水阻力主要由上游侧2个锚承受，按照4倍锚固力计算，锚固力总计为2×4×5t=40t，安全系数40t/8.256t≈5。
退潮时受力相反，但锚的受力形式相同，安全系数一样。
（5）3#浮吊涨潮时顺江满载停靠
施工水域海床为软土层，锚固力是锚重的3～5倍，1#浮吊锚重（加锚链）3.5t，浮吊水阻力主要由上游侧2个锚承受，按照4倍锚固力计算，锚固力总计为2×4×3.5t=28t，安全系数28t/2.8081t≈10。
退潮时受力相反，但锚的受力形式相同，安全系数相同。
3.5分析比选
根据计算结果，当1#、2#浮吊横江停靠时，浮吊所受水阻力倍增，安全系数明显降低，故方案3不可行。在安全系数可靠的情况下，1#浮吊、2#浮吊在锚碇围堰内侧施工，在施工中后期1#、2#浮吊的锚缆抛投将受到3#浮吊及3#浮吊已施沉的锁扣钢管桩影响，当3-4#锚缆接近其已施沉的锁扣钢管桩时，3#浮吊需退场，将延误施工，且锁扣钢管桩施工阶段为台风多发时期，为尽快使锁扣钢管桩围堰形成整体最终确定采取方案1进行围堰锁扣钢管桩施工。
4方案实施
2 船锚抛设入水后，锚链长度往往大于水深，在水底部分的锚链处于平躺状态，当船舶受到外力扰动的时候，如顶浪时，锚链就会被拉动，处于水底的锚会水平受拉，船锚自身的重力作用于锚爪与水底的接触点上，两力合成使得锚向斜下方运动，迫使锚入土。锚拉入水底之后便可以为船舶提供停泊的能力，锚链尺寸、长度、材质也起到了重要的作用。
船舶抛锚位置的选定，决定了其施工作业范围，减少船舶移船抛锚定位的次数，将降低其作业风险、成本，提高施工效率。
5结语
本文主要讲解船舶抛锚定位在大型桥梁钢围堰施工中的应用，根据环境、功效、安全风险，确定船舶抛锚定位方案，通过建立锚泊系统，根据施工进度逐步转化，达到准确定位的目的。
参考文献
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