陈静轩
中国葛洲坝集团路桥工程有限公司 湖北宜昌 443000
摘要：本文研究大桥所在地汛期资料，有针对性进行施工组织设计，开展汛期桥墩柱受力仿真分析，改进防撞结构设计，实践中保证了大桥汛期安全施工。
关键词：防汛 桥墩仿真 防撞设计
某高速公路五标段跨越2条河流，其中需要建设一座特大桥。设计速度100 km/h ，一级安全等级，100年基准期，1/300洪水频率，通航净空 90（宽）×8（高）m ，桥面宽度 26.0m ，桥面净宽2×11.75m，桥长3369m。特大桥上部构造为(65+100+65)m 现浇预应力混凝土变截面连续箱梁。本项目重难点分部工程为100m跨南北岸2个桥墩和上部结构建设，该跨桥墩采用空心薄壁墩，墩台采用桩基础。承台厚4m，桩基础为2.0m摩擦桩。按照整体施工部署，该跨北岸桥墩承台在汛期前完成，桥墩柱等汛期需要施工，上部结构要等次年南岸桥墩完工后才能施工，南岸桥墩施工同样面临北岸桥墩施工安全风险。因此，研究桥墩汛期安全施工显得意义较大。
一、历史气象资料调查
特大桥跨越富水河，富水河设计流量为5050m3/s，Ⅳ级通航等级，通航净宽要求为90m，净高为8m，设计最高通航水位为22.16m，换算成最高通航水位离承台高度17.02m。
富水河属长江流域水系。该河流区域属亚热带气候，大陆气候特色，四季分明，日照充足，雨水充沛。年平均气温在16.8℃，最冷月份为1月，平均气温 4.1℃，极端最低气温-15.6℃，最热月份为7月，平均气温29.2℃，极端最高气温41.4℃，年平均降雨量1223～1385mm。区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月份，降水充沛，汛期年平均降水量 1577.4 mm。
根据项目所在地水文站近20年的水文观测数据资料显示，水位超过17m主要集中在5月至9月，其中6-8月较为密集，占比74%，富水河汛期主要集中在6月至8月间。见表一、表二。
表一 富水河水位超过17m月份次数统计表
进一步分析富水河近20年的水文资料，2016年7月水位达到20.766m。结合设计要求，确定最高通航水位离承台高度17.02m、围堰顶部高程为21.1m和设计施工水位为19.5m三个施工设计水位施工参数。
二、墩承台总体施工组织设计
施工组织设计符合国家和交通部现行有关标准、规范、规则、规程、办法等，墩承台选择在旱季枯水期施工，基本不影响桥梁总体施工进度。施工组织设计中包含通常安全生产管理的内容：建立健全安全生产责任制、安全体系和管理制度，制定安全生产检查及隐患整改制度、风险告知制度、特种作业人员管理制度、安全教育培训制度、安全生产承诺制度、安全生产技术交底制度、安全生产奖惩制度等，制定安全防护技术措施、基坑开挖作业安全技术措施、吊装工程安全技术操作规程及措施、工地临时用电安全技术措施、施工设备安全技术措施、电焊气割安全技术措施、施工现场防火安全措施、钢筋工程安全技术措施、浇筑混凝土安全操作规程、钢管桩及钢板桩施工安全技术措施、围堰安拆安全技术措施、引孔作业安全技术措施、钢筋工程安全技术措施、浇筑水下混凝土安全操作措施等。
针对本项目的特征，特别制定水上作业及航道施工安全技术保障措施；水上施工作业人员应按规定穿着救生衣，并开展水上施工安全教育培训，定期组织开展防汛应急演练；汛期施工做好防汛安全措施，定时监控水位高程，按照防汛应急演练要求做好汛期施工安全准备；制定淹溺应急救援措施：包括溺水自救措施与救护他人溺水措施；准备充足的特有涉水应急救援物资：救生圈、救生衣、救生船、长竹竿等。
建设施工便道，布置施工钢栈桥，布置钻孔平台和吊车平台。施工便道根据现场实际从南北两岸堤防分别填筑向河槽延伸至桥位处。
施工栈桥设置在流水的下游，避免施工活动本身的不安全的行为危险桥墩的安全；钻孔平台设置承台四周设置，承台施工结束后即使拆除；和吊车平台当桩基施工完成后，拆除钻孔平台，仅留下吊车平台进行承台、墩身及上部结构施工。
施工平台桥面采用28a槽钢满铺，槽钢下部采用I22b工字钢作为分配梁，间距50cm，分配梁下方为贝雷梁，吊车平台设置4组贝雷梁，间距为1.2m，钻孔平台3组贝雷梁，间距为3.5m；贝雷梁下部采用双I45a型工字钢作为承重梁；下部基础采用630mm×10mm钢管，入土深度需确保达到基岩面。
水上工作边沿四周设置高度1.2m的安全防护栏杆，挡脚板、防护栏杆用安全立网、安全警示牌及安全标语、防撞墩、航河道两侧施工平台外侧悬挂轮胎作为防撞缓冲、在平台外侧护栏粘贴反光贴、平台四周四个角落均布设爆闪灯等安全设施符合规范要求；加强汛期夜间的通航安全防护，设专人值班检查。水上交通安全管理钢平台在靠近航道端进行全封闭，在钢栈桥及钢平台防护钢管上放置救生圈、救生衣、救生绳等安全防护用品
三、汛期墩柱安全仿真研究
北岸桥墩施工期间涵盖整个汛期，为保证桥墩汛期安全，进行仿真研究。
图一 两种墩柱模型 图二 两种墩柱模型仿真数据
桥墩柱从承台起高21.870m，桥梁设计水位24.12m，达设计水位时离承台高17.02m。一个承台上设置两个空心薄壁桥墩柱，两个空心薄壁桥墩柱独立施工。为研究汛期河面漂浮物在设计水位时对桥墩柱的作用影响，建立两种状态模型对比研究，如图一所示，左边为独立空心薄壁桥墩柱，右边两个空心薄壁墩桥柱在柱顶使用2根I25b工字钢刚性连接成门型刚架，下端均为固定端，上端悬空，设想在离承台17.02m处受500KG的漂浮物正面线性接触静态载荷作用，载荷垂直墩柱平面的迎水面，对比研究两种状态下柱顶最大总变形量。
如图二所示的仿真数据显示：独立墩柱最大总变形量为0.031个单位，门型墩柱最大总变形量为0.017个单位。说明，如果大桥上部结构来不及施工时，将两个独立墩柱在柱顶临时用钢结构材料连接为门型结构，抵抗汛期外界载荷能力提高82.35%。虽然措施极为简单，但是效果显著。
当然，还可以在柱间增加联系结构提高整体抵抗破坏的能力；如果施工进度可能，在汛期来临前，将该桥墩60m跨的上部结构施工完成，同样可以增加该墩柱抵抗破坏的能力。
四、防撞设施研究
为保证桥墩和施工安全，通常布置防撞格栅，上游侧布置双排防撞格栅，下游侧直线布置单排防撞格栅，保护桥墩桥台和施工期人员设备的安全。通常做法如图三所示，防撞柱与防撞板形成的格栅平行桥墩柱的迎水面，防撞设施受到漂浮物载荷作用全部作用在防撞格栅上，如果意外载荷过大或防撞柱入土深度不够，必将破坏防撞格栅，威胁桥墩柱的安全。
为止，项目在图三的基础上做了适当改进研究，如图四所示。防撞格栅布置两排，形成人字形，对称设置。人字顶端用光滑的钢管桩，人字两边格栅与水流方向夹角15°。如同图三所示的受到同样的意外漂浮物载荷500KG的作用，因为漂浮物一般是顺水流方向作用在格栅上，由于设置15°的夹角，该载荷受力分解后，垂直作用在防撞格栅上的力减小到129.4KG，作用力显著减小，减少对防撞格栅的破坏作用。施工中，如图四所示，防撞格栅的防撞板A点离施工平台1m、离桥墩柱迎水面顺流水方向1m。这样，漂浮物载荷经倾斜水流方向的防撞格栅“卸载”，同时经防撞板“导流”，使漂浮物远离桥墩柱或施工平台，保证汛期施工安全。
图三 通常防撞设计 图四 改进后的防撞设计
五、结语
施工当年7月11日，大桥河流水位创历史新高，河堤发生溃口，大桥及施工经历大洪水的考验，施工全程安全，大桥桥墩安然无恙。项目精心策划与组织，防汛准备充分，防汛技术研究及实施超前等都保证了大桥桥墩汛期安全施工的目标。
参考文献
[1]肖世波. 平潭海峡公铁两用大桥防撞吊箱围堰施工关键技术 [J]. 中国高新科技：2018，第10期
[2]蒋春晖. 嘉绍大桥主墩防撞套箱安装施工关键技术[J]. 中国水运：2017，第8期