深水特大型沉井封底施工技术

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

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。

图4单个井孔封底测点布置图

5.7封底混凝土浇筑

5.7.1混凝土浇筑

首批混凝土灌注采用隔水薄膜拔塞法，薄膜铺设前应在小料斗底部涂抹薄层洗衣粉水。漏斗与导管之间用快速接头连接，封底前，必须实测每根导管底口与泥面的距离，控制在10～20cm左右，确保首批混凝土的封口成功。

首批混凝土灌注小料斗内涂抹黄油，并铺塑料膜，用塞子堵住管口，用塔吊挂住塞子，待储料斗内储满15m3后开启储料斗斗门，混凝土通过溜槽进入对应封口导管的1m3小料斗，当小料斗内灌满混凝土后用塔吊立即吊出塞子，使隔水膜随导管内混凝土下落。在储料斗放料的同时，2台布料机开始往集料斗内连续供料，不间断地保持混凝土通过小料斗和导管灌注至水下，从而完成首批混凝土的灌注。

在灌注过程中，应控制并要求现场定时绘制混凝土面标高线，低的地方及时补充混凝土，高差不得大于1.5m，自流平，自密实。通过混凝土浇筑方量和实测浇筑高度提升导管并及时拆卸导管，同时注意协调各导管浇筑速度使各井孔内混凝土保持大致相同的标高。

在混凝土面浇筑到距离预计高度约50cm时控制浇筑速度，加强观测，严格控制封底混凝土终浇标高。根据现场测点的实测混凝土面高程，确定该点是否终止浇筑。终止浇筑前上提导管，适当减小埋深，尽量排空导管内混凝土，使其表面平整。混凝土浇筑临近结束时，全面测出混凝土面标高，重点检测导管作用半径相交处、周边倒角等部位，根据结果对标高偏低的测点附近导管增加浇筑量，力求混凝土顶面平整，并保证厚度满足设计要求，当所有测点均符合要求后，暂停混凝土浇筑，核对混凝土的灌入数量，以确定所测混凝土的高度是否准确，当确定混凝土的顶面标高到位后终止混凝土浇筑，拆除灌注导管，冲洗堆放，然后拆除储料斗及其支架等设备。

5.7.2封底混凝土施工控制要点

（1）封底导管应确保制作质量，定期对导管进行水密、抗拉试验和管壁磨损度检验，确保混凝土浇筑过程中导管不出问题。

（2）加强设备的保养维修力度，确保混凝土生产设备在浇筑过程中不出现故障。

（3）封底导管的接长采用法兰接头联结接长，不得漏垫防水垫圈。

（4）首批混凝土数量要满足导管埋置深度的要求。

（5）严格控制混凝土的拌制质量，提高混凝土的和易性，减小堵管几率，定时检测混凝土坍落度，和易性不良的混凝土不得使用。

（6）及时测量各点标高确保混凝土的灌注顺利。

（7）混凝土浇筑过程中要及时调整导管埋深，利用倒链经常将导管少量的往上提，导管的埋深一般不小于0.5m且不大于1m。

6体会

（1）根据封底混凝土面积和混凝土的流动半径按7m考虑，在沉井各个井孔内布置2或3套导管，保证封底混凝土的施工质量，随着目前混凝土性能的提高，其和易性更好。视井孔大小，在单个井孔内使用1套导管进行封底混凝土施工亦能满足施工要求。建议采取单个井孔内布置2套导管（其中1套作为备用）。在这种情况下，混凝土供应能满足需求，且不易发生堵管现象，现场施工过程中的人员、机械组织较为合理。

（2）作为首盘混凝土浇筑的储料斗不易过大，在储料斗下料的同时，利用布料杆直接往小漏斗里面不间断的供料，保证首盘混凝土的浇筑质量及导管埋深。

（3）封底混凝土方量大，连续不间断施工时间长，每小时混凝土供应量较大，保证水上混凝土工厂的混凝土生产、供应极为关键。

7总结

3#主墩沉井封底从2011年5月2日第一次封底开始到2011年5月10日第二次封底结束，沉井Ⅰ区封底历时48个小时，混凝土方量为11364m3；Ⅱ区封底历时45个小时，混凝土方量为11241m3；合计22605m3。在使用的水上拌合船理论产量为400m3/h的情况下，最大浇筑量达250m3/h。

铜陵长江大桥3#主墩沉井基础的封底施工，通过优化施工方案，精心组织人员、设备及材料，最大程度的发挥了人员设备的工作效率，高效、顺利的完成了深水大面积沉井封底施工。3#主墩深水沉井封底施工技术为深水大体积沉井施工提供了很好的经验和借鉴，将有力促进我国长江中下游、海上大型桥梁基础施工技术的发展。

参考文献：

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[5]沈东.大型沉井施工技术研究[D]上海：同济大学,2005.

研究方向：大型桥梁施工。