深水特大型沉井封底施工技术

摘要：铜陵长江大桥公铁合建段跨江主桥桥跨布置为(90+240+630+240+90)m的五跨连续钢桁梁斜拉桥，其中3#主墩采用圆端形沉井基础。文章通过对该水域沉井终沉前的操作、下沉到位后封底平台、导管以及水上拌合船布置、封底混凝土施工工艺及灌注过程中的测量等环节的分析和总结，验证该水域沉井封底方案的可行性。

关键词：斜拉桥；沉井；清基；封底；桥梁施工

中图分类号：U443.13+1文献标识码： 文章编号：

1前言

随着目前我国对基础设施建设投入力度的不断加大，沉井基础被广泛运用于桥梁、农田水利、污水泵房、地铁竖井、水利水电及高层建筑等领域。沉井封底施工是沉井基础施工中的关键环节，封底施工的好坏直接影响沉井基础的质量和后续工序的顺利推进。本文从施工的角度对铜陵公铁两用长江大桥3#主墩沉井终沉前的操作、下沉到位后封底平台、导管以及水上拌合船布置、封底混凝土浇筑及浇筑过程中的测量等环节进行分析、总结。

2工程概况

铜陵公铁两用长江大桥桥跨布置为(90+240+630+240+90)m的五跨连续钢桁梁斜拉桥。斜拉桥主塔墩基础为3#和4#主墩,其中3#主墩采用圆端形沉井基础，位于长江主河槽北侧，河床面最低高程为-34.24m，施工最大水深达40m。沉井下端平面尺寸62.4m×38.4m，顶端平面尺寸64m×40m，沉井总高度68m，上部为18m高钢筋混凝土沉井，下部为50m高钢沉井。3#主墩沉井基础是合福铁路的控制性工程，无论其平面尺寸、还是重量，都属于国内外罕见的深水特大型沉井。沉井共分为12个井孔，刃脚以上封底高度12m，封底混凝土总量约20850m3。

3沉井封底方案

3#主墩沉井封底的主要特点是封底施工面积大、井孔多、施工难度大、技术要求高。若采用大锅底，则一次性封底混凝土量过大，封底质量无法保证，故通过一道沉井

隔仓板将整个沉井封底分成Ⅰ、Ⅱ两大区域，每个区域封底混凝土数量均为10425m3。沉井封底立面图如图1所示。沉井分区隔舱示意如图2所示。

沉井封底时，由 “海天3号”和“海天4号”两艘水上拌合船通过布料机供料至井顶的混凝土储料斗，经过小料斗拔球流入导管，逐管拔球封底，至所有导管拔球结束后，通过布料机均匀布料浇筑混凝土至设计标高。

图1沉井封底立面图

图2沉井分区隔舱示意图

4沉井终沉阶段相关计算

在沉井整个下沉阶段，沉井底面的支撑状况分为三种情况：踏面支撑，刃脚支撑，全断面支撑。其中踏面支撑表示沉井刃脚及隔墙掏空后靠井壁摩阻力和踏面支撑力时能稳定，

；

刃脚支撑表示沉井隔墙掏空后靠井壁摩阻力和刃脚支撑力时能稳定,

；

全断面支撑表示沉井刃脚及隔墙和井壁摩阻力共同支撑时能稳定，

。当下沉系数kst＞1.05时沉井即可下沉，当kst＝0.8～0.9时沉井即可止沉。其中井壁摩阻力及地基承载力值均取极限值。经分析计算得出终沉阶段沉井稳定状态如表1所示。

表1:沉井终沉阶段段稳定状态计算表

由上表分析得出，沉井下沉到位时，支撑情况介于踏面支撑与刃脚支撑之间，即刃脚与中间的分仓隔板有一大半入泥，隔墙底下已经悬空，符合分区封底的条件。同时在清基完成后，在中间隔舱板的位置采用导管灌碎石作为封堵层,碎石高度为隔舱底部以上约2m。

5沉井封底施工

5.1施工准备

（1）封底施工需要动用大量的机械、材料、人员，持续时间较长。封底之前要做好技术安全交底、施工组织落实的各项准备工作。

（2）收集整理好有关的技术资料，作为封底工作能否进行的依据。作好水封混凝土施工所需用的各种记录表格。

（3）安装封底平台、安装储料斗及对应的小料斗，处理好滑槽顶口，使储料斗能顺利将混凝土导入小料斗。

（4）参加封底工作的机械设备均应经过检查处于良好状态。灌筑水封混凝土的导管预先作拉力、水密试验，并确认合格；量总长，标刻度并编号，插放安装小料斗。封底所用测绳(及备用的)校核、布置测点编号。

（5）封底所需的砂石、水泥等材料按照封底方量准备充足，且按照20%的余料进行备料。水上混凝土工厂机械设备状态完好。

（6）测量工作人员应作好充分准备，并了解各有关方面的情况。

（7）了解前后三天的气象预报情况。

（8）劳动力的组织及生活、后勤的准备工作，应作好充分的准备。封底工作在统一指挥下进行的，砍(拔)球顺序、测量时间和部位都预先作出明确的规定。

（9）机械工具如倒链、导管卡箍平台、水泵、低压探照灯等准备完善。

（10）上述准备工作就绪后应由负责施工的总工程师进行一次全面的技术安全交底，明确岗位，约定信号并保持通畅。

5.2清基及清基验收

（1）沉井清基在沉井下沉末期与吸泥下沉同步进行，在沉井下沉到距设计标高2m时开始，采用小型吸泥机控制排碴及下沉速度，控制各个井孔泥面标高基本一致,不形成较大锅底,避免沉井下沉过程中对基底土层的更大扰动。

（2）清理采用吸泥机和高压射水，使井口内、刃脚及隔墙下的土层形成的封底锅底坑满足设计要求。锅底尺寸满足要求后，对封底范围内的刃脚、剪力槽及沉井内壁上的附着物进行清净。同时应着重清理沉井刃脚斜面、及井壁等部位，使之能与封底混凝土粘结良好。

（3）完成清基工作后，派专业潜水工下水，对中隔墙埋置深度、刃脚斜面清理范围以及井壁清理情况进行触摸，技术员对基坑锅底标高进行测量复核。按设计要求及施工规范验收清基质量，包括井壁粘泥清除、浮土沉淀厚度、刃脚底面及井孔标高等。

5.3封底平台布置

在封底混凝土浇筑时，需临时搭设施工操作平台，作为封底导管安装与人员操作的平台。封底平台采用双层贝雷梁支架，底层贝雷梁（3片一组或2片一组）横桥向布置在沉井隔墙上方，下设管桩支撑于沉井顶隔墙上；上层贝雷梁顺桥向布置，每个井孔共布置3组贝雷梁（2片一组），上面铺设分配梁、脚手板作为操作平台，平台四周设置防护栏杆。根据封底浇筑分区，在对应的井孔顶面布置施工平台。

5.4封底导管的布置

导管基本节长度为12m，每套导管均配有2m，1.5m，1.0m等长度不等的调整节，调整节装于顶部，便于封底时导管的提升拆除，以控制导管的埋深。导管节段之间，料斗与导管之间均通过法兰连接，橡胶密封圈止水。导管组拼时按照编号对接，确定导管长度和安装拼接顺序。

为得到稳定的高质量的封底混凝土，水下封底混凝土在浇筑过程中应控制混凝土的浇筑距离。根据封底混凝土性能和沉井井孔构造，结合沉井清基后基坑的形状和标高，导管共配备有15套（2套备用），中间孔布置3套，其余每孔2套，导管编号（对应导管拔球顺序）如下图3。

图3封底混凝土浇筑导管平面示意图

5.5储料斗的布置

设置2个15m3的储料斗供拔球使用，封底导管上设置1m3的小料斗，储料斗通过溜槽与小料斗相连。由于单个储料斗储存混凝土量达到15m3，加上其自重，重量达到45t左右，因此，将储料斗设置在贝雷梁处，利用贝雷桁受力，为防止储料斗倾覆，储料斗应与贝雷梁上的分配梁临时焊接固定。

5.6测点布置

在沉井封底混凝土浇筑过程中，为准确掌握混凝土顶面高程，应布置足够数量的测量控制点，按一定的时间频率进行测量观测。测锤重1.5kg，测绳长100m，采用钢丝测绳，使用前须对其进行长度校核。平台标高测量，每个浇筑点及测点处平台标高应提前测出，作为测量混凝土面的基准点，并用油漆标示在该点处。单个井孔的测点布置如图4所示。