湘桂線(xiàn)湘江1號(hào)特大橋水中基礎(chǔ)沉井圍堰施工技術(shù)

劉錫斌

(中鐵九局集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng) 110013)

湘桂線(xiàn)湘江1號(hào)特大橋水中基礎(chǔ)沉井圍堰施工技術(shù)

劉錫斌

(中鐵九局集團(tuán)有限公司，沈陽(yáng) 110013)

本文結(jié)合湘桂鐵路湘江1號(hào)特大橋的施工，重點(diǎn)介紹了2#、4#及5#水中基礎(chǔ)采用的圓形鋼筋混凝土沉井圍堰施工技術(shù)，在不受航道通航、泄洪和水深等條件影響下，鋼筋混凝土沉井圍堰是較好的選擇。

鋼筋混凝土沉井圍堰 下沉 糾偏 施工

1 工程概況

新建湘桂鐵路湘江1號(hào)特大橋(圖1)主要為跨越湘江而設(shè)，夾角為90°，由中鐵九局承建。橋址處湘江河流順直，主河槽較寬，無(wú)河灘。全橋孔跨布置為：2×32.6 m簡(jiǎn)支梁+(48.6+2×80+48.6)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 +8×32.6 m簡(jiǎn)支梁組合梁，全橋長(zhǎng)592.6 m。

圖1 湘江1號(hào)特大橋全橋布置示意(單位：cm)

2#墩 ～6#墩處于水中，鉆孔樁基礎(chǔ)，矩形承臺(tái)，其中2#、5#及6#墩樁基礎(chǔ)采用筑島圍堰進(jìn)行施工，水中承臺(tái)開(kāi)挖深度約為9.6 m(最大深度)，擬采用薄壁鋼筋混凝土沉井圍堰進(jìn)行樁基礎(chǔ)及承臺(tái)施工。

1.1 地質(zhì)條件

1)卵石土：飽和，Ⅲ級(jí)，地層承載力σ0=200 kPa。

2)灰?guī)r：W2，Ⅴ級(jí)，地層承載力 σ0=1 000 kPa。5#墩及5#～6#墩之間有溶洞。

1.2 水文情況

橋址處常水位80.5 m，常水位下水面寬達(dá)400 m。本橋5#、6#墩床地勢(shì)比較平坦，水深一般在2 m左右，7月份后河床外露于水面;3#墩、4#墩位于主河道內(nèi)，主河道一般水深在2～4 m。9月份以后受浯溪水電站水庫(kù)的影響，水位上漲1 m，新建浯溪水電站蓄水對(duì)本工程施工有重要影響。

湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院編制《浯溪水電站水庫(kù)淹沒(méi)處理及移民安置規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告》及《浯溪水電站初步設(shè)計(jì)報(bào)告》，其計(jì)算結(jié)果：流量 Q1=16 000 m3/s，設(shè)計(jì)水位 H1=94.30 m;流 量 Q5=13 000 m3/s，通航水位 H5=91.86 m。

2 沉井圍堰設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)總體思路

主河道河床底高程約76 m，其它河床高程約78.6 m。洪水位在5月份，屬季節(jié)性河流。進(jìn)入7月中下旬后，水位降至80.5 m左右，即水深約2～4 m?？紤]到新建浯溪水電站蓄水、航道通航及經(jīng)方案比選(見(jiàn)表 1)，最終確定 3#、4#墩采用雙壁鋼圍堰施工，2#、5#及6#墩利用筑島沉井施工樁基及承臺(tái)非常有利。本文僅以5#墩為例對(duì)沉井施工進(jìn)行介紹。

采用薄壁沉井施工有類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，造價(jià)成本較低(與雙壁鋼圍堰施工方案比較)，可確保施工安全和施工質(zhì)量。

2.2 擬定沉井尺寸

沉井是為樁基礎(chǔ)及承臺(tái)施工而設(shè)計(jì)的臨時(shí)阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過(guò)沉井的側(cè)壁和底板上的封底混凝土圍水，沉井側(cè)墻作為樁基礎(chǔ)施工平臺(tái)支撐，并為承臺(tái)施工提供無(wú)水的干處施工環(huán)境。

沉井由刃腳和井身兩部分組成，該工程采用就地在墩位上直接制造的圓形沉井。為了保證沉井在下沉過(guò)程中整體性和沉井到位后有足夠的強(qiáng)度，沉井采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，封底混凝土采用水下C25。依據(jù)相關(guān)規(guī)范和資料，考慮土壓力和水壓力，經(jīng)計(jì)算確定其構(gòu)造尺寸為：承臺(tái)的平面尺寸為9.6 m×16.2 m，圓形沉井內(nèi)壁與承臺(tái)之間的凈空保留1 m，沉井內(nèi)徑為21.4 m，高11.2 m(以5#墩為例)(見(jiàn)表 2)，分四節(jié)為4.0 m+3.0 m+2.5 m+1.7 m，底節(jié)和第二節(jié)壁厚1 m，第三節(jié)和頂節(jié)壁厚0.8 m。

表1 圍護(hù)方案可行性比較

表2 2#、5#及6#墩混凝土沉井高程 m

3 沉井圍堰施工

3.1 沉井圍堰施工順序

水中墩施工順序：炸礁→筑島圍堰→現(xiàn)澆鋼筋混凝土圍堰→圍堰下沉→次節(jié)接高下沉→第三節(jié)接高下沉→第四節(jié)接高下沉→埋設(shè)鋼護(hù)筒→沉井封底→鉆孔樁施工→抽水→承臺(tái)施工。

3.2 炸礁

6#墩砂卵石覆蓋層較厚，承臺(tái)底以下2 m的范圍內(nèi)仍是砂卵石，故不必炸礁。3#、4#、5#墩砂卵石覆蓋層較薄，承臺(tái)全部或局部位于巖層內(nèi)，需炸礁至承臺(tái)底以下2 m。5#墩承臺(tái)平面尺寸16.2 m×9.6 m，對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)18.83 m，炸礁直徑25 m。

施工方法：先清除卵石覆蓋層，鉆孔爆破后疏挖石渣。水下砂卵石覆蓋層采用1.0 m3反鏟挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖，拖輪拖帶40 m3開(kāi)體泥駁船進(jìn)行裝、運(yùn)、卸。水下爆破采用乳化炸藥。鉆孔采用潛孔鉆機(jī)船鉆孔爆破。水下清渣采用0.5 m3長(zhǎng)臂反鏟挖泥船進(jìn)行水下開(kāi)挖，拖輪拖帶40 m3開(kāi)體泥駁船進(jìn)行裝、運(yùn)、卸渣。

3.3 河邊筑島

6#墩直接筑島，5#墩炸礁后筑島。島體部分采用黃土、砂土、細(xì)顆粒砂卵石填筑，炸礁坑體用河砂，以便混凝土圍堰下沉。行車(chē)堤填料就地取材。迎水面碼砂袋，端頭急流處下鐵籠以防沖刷。島面高于施工水位0.5 m。筑島剖面見(jiàn)圖2。

3.4 沉井制作

經(jīng)過(guò)分析計(jì)算論證，換填可保證具有足夠的承載力的粗砂土層。在換填部位按沉井刃腳集合形狀開(kāi)挖出基槽，內(nèi)側(cè)砌磚模。刃腳內(nèi)側(cè)斜面及底隔梁砌磚模，砌筑砂漿7號(hào)，磚面用2 cm砂漿抹面。

鋼筋混凝土沉井圍堰施工時(shí)用鋼管腳手架做內(nèi)外側(cè)施工平臺(tái)，圓形定型鋼模板，人工配合吊機(jī)立模。鋼筋工程同一般普通混凝土結(jié)構(gòu)施工相同。混凝土在現(xiàn)場(chǎng)攪拌站集中拌制，用混凝土泵車(chē)沿井壁均勻?qū)ΨQ(chēng)澆筑，每節(jié)混凝土一次連續(xù)澆筑完成。

3.5 沉井下沉準(zhǔn)備工作

圖2 筑島剖面圖(單位：m)

1)沿沉井井壁高度方向每隔1 m彈設(shè)一圈水平墨線(xiàn)，并在沉井內(nèi)外側(cè)井壁上彈設(shè)垂直墨線(xiàn)，并懸掛垂球，垂球離井壁距離均為300 mm，直觀地顯示沉井垂直度情況。

2)待沉井混凝土強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，即可進(jìn)行沉井下沉施工。

3.6 沉井下沉

沉井下沉(指每分節(jié)沉井)可分為兩個(gè)階段進(jìn)行。第一個(gè)階段為下沉階段，本節(jié)沉井下沉的前半部分以下沉為主，但須注意均勻下沉，避免出現(xiàn)大量翻砂、沉井突然下沉、傾斜等現(xiàn)象。第二階段為糾偏下沉階段，此時(shí)應(yīng)以糾偏、防偏為主，但從整個(gè)沉井下沉來(lái)說(shuō)，上半部分尤其應(yīng)注意防偏，以免沉井已下沉較深再糾偏而增加糾偏困難。

2010年8月11日開(kāi)始沉井刃腳施工，8月13日完成刃腳混凝土灌注，8月18日完成第一節(jié)2.8 m混凝土，共計(jì) 4 m。8月21日混凝土強(qiáng)度達(dá)到 70%，KAT320挖掘機(jī)進(jìn)場(chǎng)，開(kāi)始開(kāi)挖下沉，到8月25日止共下沉3 m，平均每天下沉0.75 m。9月7日第二節(jié)下沉到位，施工13 d下沉3 m，平均每天下沉0.5 m。9月17日第三節(jié)下沉到位，施工13 d下沉2.5 m，平均每天下沉0.4 m。9月30日第四節(jié)下沉到位，施工13 d完成下沉1.8 m，平均每天下沉0.3 m。

第一節(jié)下沉結(jié)束后，隨著井內(nèi)深度的增加，且涌水量增大，普通挖掘機(jī)難以滿(mǎn)足施工需要。第二節(jié)開(kāi)挖采用抓泥下沉和吸泥下沉兩種不排水下沉方式。沉井施工樁基施工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 采用沉井施工樁基

3.7 下沉觀測(cè)及糾偏

在沉井下沉過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)內(nèi)外井壁上懸掛的垂球，并用兩臺(tái)經(jīng)緯儀及一臺(tái)水準(zhǔn)儀定時(shí)進(jìn)行垂直度及高程觀測(cè)。沉井下沉過(guò)程中每4 h觀測(cè)一次，并做好記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉井傾斜、位移或扭轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行糾正，使偏差控制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)偏差較大時(shí)應(yīng)及時(shí)采取措施糾正：

1)當(dāng)沉井入土不深時(shí)，可用偏除土、偏堆土的方法使沉井在下沉過(guò)程中逐漸糾正偏差。

2)當(dāng)沉井下沉較深且偏斜也較大時(shí)，可采取井頂施加水平力輔以偏除土、偏壓重，井外射水等來(lái)糾正偏差。

3.8 沉井封底

2010年9月30日，湘江1號(hào)橋5號(hào)墩沉井圍堰下沉到位，圍堰高11.2 m，圍堰頂部平均高程83.15 m。沉井清基后，在鉆孔樁位處埋設(shè)鋼護(hù)筒，并將護(hù)筒連接在一起，形成整體，防止位移。在沉井頂部，搭設(shè)鉆孔樁鋼平臺(tái)。

封底混凝土灌注是沉井施工的一大關(guān)鍵。確保每根導(dǎo)管混凝土埋深不少于0.5 m，并在水封過(guò)程中始終有約5.0 m3的混凝土存儲(chǔ)量，在混凝土供應(yīng)中斷時(shí)備用。圍堰封底混凝土厚度1.5 m，封底凈面積359 m2，采用C30混凝土共計(jì)539 m3。沉井封底導(dǎo)管布置見(jiàn)圖4。

封底結(jié)束后，進(jìn)行鉆孔樁施工。鉆孔樁施工完成后，抽干井內(nèi)積水，沒(méi)有漏水現(xiàn)象。割除鋼護(hù)筒，按傳統(tǒng)方法施工承臺(tái)。

圖4 沉井封底導(dǎo)管布置示意

4 結(jié)語(yǔ)

湘江1號(hào)特大橋2#～6#墩處于湘江中，施工難度大，結(jié)合實(shí)際情況，分析各墩特點(diǎn)，確定2#、5#及 6#墩采用沉井圍堰施工，取得了顯著成效，對(duì)今后的橋梁建設(shè)具有一定的借鑒和參考價(jià)值。

［1］中華人民共和國(guó)鐵道部．TB 10203—2002 鐵路橋涵施工規(guī)范［S］．北京：中國(guó)鐵道出版社，2002．

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［3］戴榮里，袁振華．德禹特大橋徒駭河水中承臺(tái)施工沉井(圍堰)設(shè)計(jì)［J］．鐵道建筑，2010(8)：34-35．

［4］宋金博，蔡根謀．七浦塘大橋雙壁圍堰設(shè)計(jì)與施工［J］．鐵道建筑，2010(9)：19-20．

［5］楊順民．廈門(mén)跨海特大橋鎖口套箱圍堰設(shè)計(jì)［J］．鐵道建筑，2009(9)：32-35．

U445.55+6;U445.55+7

B

1003-1995(2011)09-0005-03

2011-01-20;

2011-06-06

劉錫斌(1979— )，男，遼寧大石橋人，工程師。

(責(zé)任審編 白敏華)