劉錫斌

(中鐵九局集團有限公司，沈陽 110013)

湘桂線湘江1號特大橋水中基礎(chǔ)沉井圍堰施工技術(shù)

劉錫斌

(中鐵九局集團有限公司，沈陽 110013)

本文結(jié)合湘桂鐵路湘江1號特大橋的施工，重點介紹了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，無河灘。全橋孔跨布置為：2×32.6 m簡支梁+(48.6+2×80+48.6)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁 +8×32.6 m簡支梁組合梁，全橋長592.6 m。

圖1 湘江1號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，其中2#、5#及6#墩樁基礎(chǔ)采用筑島圍堰進行施工，水中承臺開挖深度約為9.6 m(最大深度)，擬采用薄壁鋼筋混凝土沉井圍堰進行樁基礎(chǔ)及承臺施工。

1.1 地質(zhì)條件

1)卵石土：飽和，Ⅲ級，地層承載力σ0=200 kPa。

2)灰?guī)r：W2，Ⅴ級，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400 m。本橋5#、6#墩床地勢比較平坦，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的影響，水位上漲1 m，新建浯溪水電站蓄水對本工程施工有重要影響。

湖南省水利水電勘測設(shè)計研究院編制《浯溪水電站水庫淹沒處理及移民安置規(guī)劃設(shè)計報告》及《浯溪水電站初步設(shè)計報告》，其計算結(jié)果：流量 Q1=16 000 m3/s，設(shè)計水位 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

2.1 設(shè)計總體思路

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非常有利。本文僅以5#墩為例對沉井施工進行介紹。

采用薄壁沉井施工有類似工程的施工經(jīng)驗，造價成本較低(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)及承臺施工而設(shè)計的臨時阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過沉井的側(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)施工平臺支撐，并為承臺施工提供無水的干處施工環(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程中整體性和沉井到位后有足夠的強度，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)計算確定其構(gòu)造尺寸為：承臺的平面尺寸為9.6 m×16.2 m，圓形沉井內(nèi)壁與承臺之間的凈空保留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)鋼護筒→沉井封底→鉆孔樁施工→抽水→承臺施工。

3.2 炸礁

6#墩砂卵石覆蓋層較厚，承臺底以下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，承臺全部或局部位于巖層內(nèi)，需炸礁至承臺底以下2 m。5#墩承臺平面尺寸16.2 m×9.6 m，對角線長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反鏟挖泥船進行水下開挖，拖輪拖帶40 m3開體泥駁船進行裝、運、卸。水下爆破采用乳化炸藥。鉆孔采用潛孔鉆機船鉆孔爆破。水下清渣采用0.5 m3長臂反鏟挖泥船進行水下開挖，拖輪拖帶40 m3開體泥駁船進行裝、運、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。筑島剖面見圖2。

3.4 沉井制作

經(jīng)過分析計算論證，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，磚面用2 cm砂漿抹面。

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

3.5 沉井下沉準備工作

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，并在沉井內(nèi)外側(cè)井壁上彈設(shè)垂直墨線，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)待沉井混凝土強度養(yǎng)護至設(shè)計強度的70%后，即可進行沉井下沉施工。

3.6 沉井下沉

沉井下沉(指每分節(jié)沉井)可分為兩個階段進行。第一個階段為下沉階段，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，此時應(yīng)以糾偏、防偏為主，但從整個沉井下沉來說，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 4 m。8月21日混凝土強度達到 70%，KAT320挖掘機進場，開始開挖下沉，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，普通挖掘機難以滿足施工需要。第二節(jié)開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)場見圖3。

圖3 采用沉井施工樁基

3.7 下沉觀測及糾偏

在沉井下沉過程中，應(yīng)隨時觀測內(nèi)外井壁上懸掛的垂球，并用兩臺經(jīng)緯儀及一臺水準儀定時進行垂直度及高程觀測。沉井下沉過程中每4 h觀測一次，并做好記錄。當發(fā)現(xiàn)沉井傾斜、位移或扭轉(zhuǎn)時應(yīng)及時進行糾正，使偏差控制在允許范圍內(nèi)。當偏差較大時應(yīng)及時采取措施糾正：

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

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

3.8 沉井封底

2010年9月30日，湘江1號橋5號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)鋼護筒，并將護筒連接在一起，形成整體，防止位移。在沉井頂部，搭設(shè)鉆孔樁鋼平臺。

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，并在水封過程中始終有約5.0 m3的混凝土存儲量，在混凝土供應(yīng)中斷時備用。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539 m3。沉井封底導(dǎo)管布置見圖4。

封底結(jié)束后，進行鉆孔樁施工。鉆孔樁施工完成后，抽干井內(nèi)積水，沒有漏水現(xiàn)象。割除鋼護筒，按傳統(tǒng)方法施工承臺。

圖4 沉井封底導(dǎo)管布置示意

4 結(jié)語

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

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

［2］段良策，殷齊．沉井設(shè)計與施工［M］．上海：同濟大學(xué)出版社，2006．

［3］戴榮里，袁振華．德禹特大橋徒駭河水中承臺施工沉井(圍堰)設(shè)計［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)計與施工［J］．鐵道建筑，2010(9)：19-20．

［5］楊順民．廈門跨海特大橋鎖口套箱圍堰設(shè)計［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)