超大型陸上沉井封底施工技術(shù)

杜洪池，楊 寧

(1.中交第二公路工程局第二工程有限公司，西安 710119;2.江蘇省長(zhǎng)江公路大橋建設(shè)指揮部，江蘇泰州 225321)

1 前言

泰州大橋北錨碇采用矩形沉井基礎(chǔ)，沉井長(zhǎng)67.9 m，寬52 m，高57 m。采用C30水下混凝土封底，封底混凝土厚度10 m，總方量超過(guò)30 000 m3。沉井平面20個(gè)隔倉(cāng)被沉井底部封底分倉(cāng)隔板分為I、II、III、IV 四個(gè)封底區(qū)域，最大一個(gè)區(qū)實(shí)際封底方量超過(guò)10 000 m3，為目前國(guó)內(nèi)方量最大的水下封底混凝土施工。沉井封底立面和平面布置見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 沉井封底立面(單位:cm)Fig.1 Vertical view of caisson bottom sealing(unit:cm)

圖2 沉井封底平面圖(單位:cm)Fig.2 Plan view of caisson bottom sealing(unit:cm)

2 施工準(zhǔn)備

2.1 混凝土準(zhǔn)備

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化比選，最終確定的C30配合比不僅滿足水下混凝土施工的各種要求，同時(shí)滿足塌落度處于22～24 cm、初凝時(shí)間為50 h的條件?；炷猎O(shè)備生產(chǎn)能力為240 m3/h，I和II區(qū)封底各需25 h完成施工，III、IV兩個(gè)分區(qū)各需40 h完成混凝土澆注，故各區(qū)在混凝土初凝之前可確?；炷翝沧⑼瓿伞；炷恋陌柚茣r(shí)間較普通混凝土稍加延長(zhǎng)，正常灌注時(shí)混凝土在導(dǎo)管內(nèi)停滯的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)20 min。

2.2 施工設(shè)備

沉井封底施工設(shè)備主要包括混凝土供應(yīng)設(shè)備和吊裝設(shè)備?；炷凉?yīng)設(shè)備主要包括封底混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、灌注設(shè)備等;吊裝設(shè)備主要用于平臺(tái)的搭設(shè)，導(dǎo)管的下放、提升，料斗和材料的周轉(zhuǎn)等。主要設(shè)備包括50 t履帶吊2臺(tái)，JL150軌道移動(dòng)式塔吊1臺(tái)，ZL50軌道移動(dòng)式裝載機(jī)1臺(tái)，HZS—90和HZS—150拌合站各1套，HZS—120拌合站2套，HBT—60混凝土臥泵8臺(tái)，8 m3砼運(yùn)輸車12輛，φ325 mm導(dǎo)管1 080 m，空氣吸泥機(jī)20套等。

3 主要施工工藝

3.1 主要工藝流程

沉井施工采用全過(guò)程監(jiān)控，具體施工流程為:清基并形成基底鍋底→基底監(jiān)測(cè)→搭設(shè)施工平臺(tái)→下放經(jīng)檢測(cè)的導(dǎo)管、安裝料斗→分批澆注混凝土→封底混凝土等強(qiáng)→完成4個(gè)區(qū)混凝土澆注后，開(kāi)展封底混凝土檢測(cè)→封底施工完成。由于封底施工分4個(gè)區(qū)進(jìn)行，因此從搭設(shè)平臺(tái)至封底混凝土等強(qiáng)中間工序需循環(huán)4次。

3.2 沉井清基

當(dāng)沉井刃腳下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上2 m時(shí)，即開(kāi)始清基吸泥除土，使沉井下沉到位時(shí)4個(gè)封底隔倉(cāng)形成獨(dú)立的鍋底形狀。

清基由空氣吸泥機(jī)吸泥、射水交替進(jìn)行，使井孔內(nèi)泥面形成鍋底線形，吸泥機(jī)每個(gè)隔倉(cāng)布置1臺(tái)，共20臺(tái)。清基除土從隔墻下開(kāi)始，隔墻清空以后，再逐步清除刃腳部位。清基取土需對(duì)稱、均勻、分層，分層厚度為30 cm，吸泥機(jī)移動(dòng)速度、移動(dòng)范圍應(yīng)緩慢均勻，避免沉井內(nèi)土面出現(xiàn)深坑或凸峰，盡可能保證鍋底形狀均勻平緩。刃腳部位清除時(shí)需緩慢均勻，不能超清，防止翻砂。

清基至最后50 cm，吸泥機(jī)采用只吸不沖的方式除土，在沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)完成清基作業(yè)。下沉到位后，對(duì)井孔內(nèi)壁粘附的沙土進(jìn)行清理。

清基時(shí)在每個(gè)井孔內(nèi)及隔墻兩側(cè)周邊每2.0 m布置一個(gè)測(cè)深點(diǎn)，嚴(yán)格控制清基的基底標(biāo)高，保證沉井最終下沉到位后，刃腳最高點(diǎn)標(biāo)高不高于設(shè)計(jì)標(biāo)高－55 m，鍋底最低點(diǎn)不得高于刃腳標(biāo)高。

清基施工完成后，繪制鍋底地形圖，對(duì)于分區(qū)隔墻刃腳懸空或埋深不足的部分，采用回填封堵，使分區(qū)隔墻埋深在1 m以上，并將封底隔墻另外一側(cè)用沙土堆高，防止封底時(shí)混凝土串通至相鄰分區(qū)。

3.3 沉井封底施工

3.3.1 封底施工機(jī)具布置

1)首批混凝土方量計(jì)算。首批灌注混凝土的數(shù)量應(yīng)能滿足導(dǎo)管首次埋置深度和填充導(dǎo)管底部的需要，根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》要求，導(dǎo)管最小埋深應(yīng)大于表2中的規(guī)定。

表1 導(dǎo)管不同間距的最小埋深Table 1 The minimum burial depth of duct at different spacings

所需灌注量根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算:

式(1)中，V為灌筑首批混凝土所需的數(shù)量，m3;R為圓錐體坡率為i的擴(kuò)散半徑，距管中心一般為2.5～4.0 m，首批混凝土取值R=3.0 m;i為圓錐體坡率，一般不陡于1∶5;h為導(dǎo)管混凝土埋置深度，取1.4 m;h1為混凝土達(dá)到埋置深度時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外壓力所需要的高度，m。

式(2)中，Hw為井內(nèi)水或泥漿深度;γw為井內(nèi)水的比重，10 kN/m3;γc為混凝土拌和物比重，取24 kN/m3。

首批混凝土方量為Hw=55 m，則

因此，首批混凝土的澆注采用20 m3大料斗進(jìn)行施工。

2)導(dǎo)管。根據(jù)施工需要，灌注封底水下混凝土?xí)r沉井每個(gè)隔艙內(nèi)需布置3根φ325 mm×10 mm導(dǎo)管，同一區(qū)域內(nèi)任意相鄰導(dǎo)管最大間距約為6 m。每根導(dǎo)管頂端配備8節(jié)1 m長(zhǎng)導(dǎo)管以方便澆注過(guò)程中導(dǎo)管提升。封底各區(qū)導(dǎo)管布置如圖3所示。

每根導(dǎo)管施工前均需進(jìn)行水密承壓試驗(yàn)和抗拉試驗(yàn)，對(duì)已試驗(yàn)合格的導(dǎo)管按照已拼裝順序進(jìn)行編號(hào)，導(dǎo)管下放時(shí)按照對(duì)應(yīng)編號(hào)拼裝下放。

3)料斗和溜槽。封底混凝土采用集中料斗進(jìn)行供應(yīng)，為滿足首批混凝土灌注要求，集中料斗選用20 m3料斗，共加工2個(gè)，并配置一定數(shù)量的小料斗。中心集料斗現(xiàn)場(chǎng)布置圖見(jiàn)圖4。

平臺(tái)搭設(shè)完成后下放導(dǎo)管，搭設(shè)溜槽支架，安裝料斗和溜槽，導(dǎo)管下放及料斗安裝均采用塔吊和履帶吊配合施工。為防止側(cè)漏，加快灌注速度，溜槽采用φ426 mm×6 mm圓鋼管，內(nèi)壁光滑，混凝土能自由流動(dòng)。溜槽支撐采用鋼管搭設(shè)，溜槽與支撐之間固定牢靠。

圖3 沉井封底導(dǎo)管平面布置圖(單位:cm)Fig.3 Plan arrangement of caisson bottom sealing duct(unit:cm)

圖4 中心集料斗現(xiàn)場(chǎng)布置Fig.4 Site arrangement of central collecting hopper

3.3.2 封底混凝土施工

3.3.2.1 測(cè)點(diǎn)布置

在沉井封底混凝土澆筑過(guò)程中，為準(zhǔn)確掌握混凝土頂面高程及流動(dòng)范圍，施工前在導(dǎo)管下方及周圍布設(shè)多個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)水下混凝土澆注的高度、擴(kuò)展度及時(shí)測(cè)量。首批混凝土澆注完成后立即進(jìn)行測(cè)量，最初2 m及最后1 m終澆過(guò)程中每0.5 h進(jìn)行一次標(biāo)高測(cè)量，正常澆注時(shí)按每2 h一次進(jìn)行測(cè)量。

單個(gè)井孔內(nèi)測(cè)點(diǎn)的布置主要根據(jù)井孔結(jié)構(gòu)及混凝土面標(biāo)高特征點(diǎn)進(jìn)行布置。每個(gè)澆筑點(diǎn)及測(cè)點(diǎn)處施工平臺(tái)的標(biāo)高應(yīng)提前測(cè)出，作為測(cè)量混凝土面的基準(zhǔn)點(diǎn)，并在該點(diǎn)處標(biāo)示清楚。單個(gè)井孔內(nèi)的測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示。

圖5 單個(gè)井孔內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.5 Arrangement of measuring points in a single well

3.3.2.2 混凝土澆注

混凝土的澆注利用20 m3集中料斗通過(guò)溜槽分配至小料斗和導(dǎo)管。集中料斗下設(shè)有分料器，各閘門分別通向不同的溜槽，澆注時(shí)將所用溜槽對(duì)應(yīng)的閘門打開(kāi)，使混凝土流入正在進(jìn)行澆注的小料斗中。

1)首批混凝土施工。首批混凝土采用集中料斗與4 m3小料斗配合，導(dǎo)管頂部布置4 m3小料斗?；炷凉嘧㈤_(kāi)始前必須實(shí)測(cè)導(dǎo)管下口與基底的距離，控制在20 cm。當(dāng)施工準(zhǔn)備完成，集中料斗內(nèi)混凝土貯滿料后，將2臺(tái)汽車泵移至導(dǎo)管上方的4 m3小料斗，打開(kāi)集中料斗閘門使混凝土通過(guò)溜槽流入，同時(shí)2臺(tái)汽車泵開(kāi)始向小料斗打料，小料斗蓄滿混凝土后進(jìn)行拔球，此時(shí)溜槽和汽車泵不間斷地向料斗內(nèi)繼續(xù)補(bǔ)充混凝土。在集中料斗放料同時(shí)，臥泵開(kāi)始往集中料斗內(nèi)供料，以保持混凝土連續(xù)不間斷地通過(guò)料斗和導(dǎo)管灌注至水下，從而完成首批混凝土的灌注。首批混凝土澆注時(shí)，每個(gè)集中料斗在同一時(shí)間只能進(jìn)行一個(gè)管的首批灌注。各區(qū)第一根管從各封底區(qū)域的邊角位置導(dǎo)管開(kāi)始，按從一邊到另一邊的順序進(jìn)行。沉井封底每個(gè)井孔內(nèi)布置3根導(dǎo)管，開(kāi)管的數(shù)量可根據(jù)灌注過(guò)程中測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，能少開(kāi)管盡量少開(kāi)管。

2)混凝土正常澆注。首批料灌注完成后，導(dǎo)管頂部換成1 m3小料斗進(jìn)行正常灌注。正常澆注分為兩個(gè)階段:第一階段為隔墻以下范圍的澆注，第二階段為隔墻底以上至井孔內(nèi)。首先進(jìn)行開(kāi)管的井孔第一階段澆注完成時(shí)可減緩混凝土的澆注速度，集中進(jìn)行同一區(qū)域內(nèi)其他井孔的第一階段澆注。第一階段全部澆注完成后均勻澆注各孔第二階段混凝土。

在砼澆筑順利時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)管混凝土埋深在1～2 m。提導(dǎo)管前應(yīng)特別注意測(cè)量混凝土澆注高度，需要提管時(shí)采用兩個(gè)10 t倒鏈葫蘆對(duì)稱緩慢提升，提升過(guò)程中導(dǎo)管保持垂直，每次提升高度以實(shí)際測(cè)量深度為提管依據(jù)。

在封底混凝土施工的過(guò)程中，若井內(nèi)水位升高則通過(guò)施工前在沉井頂部開(kāi)設(shè)的排水口流入沉井周圍排水溝，以保證封底過(guò)程中沉井內(nèi)外水位平衡。

3)混凝土終澆。各區(qū)混凝土澆筑結(jié)束前，應(yīng)加大混凝土的塌落度和導(dǎo)管埋深，使混凝土均勻地?cái)U(kuò)散，同時(shí)測(cè)出全部導(dǎo)管流動(dòng)半徑內(nèi)的砼面標(biāo)高。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，對(duì)砼面標(biāo)高偏低的測(cè)點(diǎn)附近的導(dǎo)管增加灌注量，確保封底頂面平整。當(dāng)所有測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高滿足施工控制要求后，結(jié)束封底混凝土施工。

4 封底混凝土檢測(cè)

采用抽水試驗(yàn)檢測(cè)封底混凝土質(zhì)量。沉井封底完成后，所有分區(qū)內(nèi)封底混凝土強(qiáng)度達(dá)到85%時(shí)，開(kāi)始抽水試驗(yàn)。抽水試驗(yàn)時(shí)，沉井內(nèi)降水8 m，經(jīng)過(guò)24 h觀察，水位無(wú)明顯變化即沉井封底成功。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)精心準(zhǔn)備、科學(xué)組織，泰州大橋北錨碇特大型陸上沉井于2010年4月8日下沉到位，4月23日開(kāi)始第一次封底，5月22日封底結(jié)束，累計(jì)完成量達(dá)34 482 m3，累計(jì)施工時(shí)間144 h，每小時(shí)澆注量平均達(dá)240 m3，最大達(dá)300 m3。經(jīng)抽水檢驗(yàn)，沒(méi)有漏水現(xiàn)象，封底獲得圓滿成功。