中铁大桥局集团第六工程有限公司 湖北武汉 430100
摘要：在鹦鹉洲桥北锚碇沉井下沉施工过程中，根据工程所在位置，从经济和技术角度考虑，在沉井下沉过程中采用冲吸泥取土下沉和不排水下沉两种方式下沉，在下沉的过程中利用监测手段，及时调整沉井下沉姿态。在下沉困难阶段利用空气幕助沉措施，沉井精确下沉到位，本文对沉井冲吸泥下沉和不排水下沉技术，沉井下沉监测，空气幕助沉技术进行重点阐述。
关键词：桥梁基础；沉井下沉；施工技术
1、工程概况
1.1 工程简介
武汉鹦鹉洲长江大桥北锚基础采用直径66m圆形沉井，井壁厚度为12.3m，井壁上有16个直径8.7m圆孔，中间设厚度1.4m十字隔墙，沉井结构见“图1.1-1 沉井结构设计图”。由于北锚所处为武汉市区，周边房屋众多，拆迁困难，施工场地狭窄，锚碇周边主要建筑物为：锚碇上游距锚碇中心50米外侧为密集2～4层砖混结构民房，在锚碇西北侧距锚碇中心约130m为已建成的54层楼房，沿桥轴线距锚碇中心约100m为长江大堤。为了避免北锚碇沉井下沉过程中取土对大堤和周围建筑物的不利影响、克服沉井施工中可能翻砂造成的风险，在沉井边缘外侧10m设置地下连续墙作为防护墙，并在沉井下沉施工之前完成。地下连续防护墙为圆环形，与沉井同圆心，中心半径为43m。防护墙为C30水下钢筋混凝土结构刚性结构，墙厚80cm，墙顶标高+21m，底标高-34m，深度55m。见“图1.1-2 地下连续防护墙设计图”。
1.2 工程地质
根据地勘资料和现场开挖确认，场地地面标高平整至+21.0m以后，地面以下还存在0.36m～1.72m的回填土层(层底平均高程+18.89m）和3m～5.3m的粉质黏土层(层底平均高程+15.62m）。原始场地地质勘探情况如下表“表1.2-1 地质勘查资料表”，为保证沉井接高过程中的稳定，场地标高平整到+21m，采水泥搅拌桩进行地基处理，搅拌桩主要加固处理粉质黏土层，贯穿粉质黏土层至粉砂层顶面，搅拌桩桩顶标高+21m，桩径Φ500mm，施工桩长6m，平面布置以沉井中心为圆心环形布置，沉井内圆和井壁小圆孔底部不布置。水泥搅拌桩施工完成后开挖1.5m，再铺设1.5m砂垫层，砂垫层顶面表高+21m。
1.3、水文情况
北锚碇处覆盖层以砂类土为主，透水性好，锚碇区地下水类型为孔隙式承压水，与长江水力联系密切。锚碇位置地下水位动态变化主要受长江水控制，并存在明显的季节性变化特征，随距离江边的距离增大而减小。长江丰水期，江水补给地下水，反之地下水补给江水。在施工区域做了抽降水试验，试验数据表明：渗透系数K=21.7m/d；影响半径R=400m，单位涌水量q=21.7m3/h.m。
2、沉井下沉总体施工方案
结合沉井部位地质情况、长江水位和下沉施工工艺，综合考虑尽量减少下沉分节次数，沉井下沉施工工况见“表2 -1沉井下沉组合表”。
3、冲吸泥法取土下沉技术
沉井周边施工场地狭小，若采用干挖取土施工，无充足的土方临时存储场地。结合沉井离长江井的特点，充分利用现场条件，沉井首次下沉施工采用水冲吸泥下沉施工方法，并采用长距离管道泥沙输送技术，解决了城市内施工场地狭小出土的问题。
冲吸泥下沉是采用12台高压水泵从蓄水池抽水，引出24条φ50mm管路，形成高压射水，作业人员手持高压水枪冲切泥土形成泥浆高压水枪将泥土冲切形成泥浆，然后采用16台扬程15m 、200m³/h泥浆泵将泥浆抽出沉井，利用2台1450m³/h大功率泥浆泵接力，通过2根φ315mm塑料输送管将泥浆输送到长江中泥砂船，泥浆输送距离220m。蓄水池供水采用5台200m³/h水泵放置在江面抽水，然后利用2台1450m³/h输送泵接力，利用2根φ315mm输送管，采用高架形式越过长江大堤往蓄水池不断补水。
取土过程中表面约3.3m厚的刃脚模及表层换填均采用粗砂，取土速度较快，利用高压水枪很容易将粗砂刃脚模冲溃，利用泥浆泵可以顺利抽出沉井。进入黏土层后，效率明显降低。由于下沉困难采取了掏空十字隔墙支撑，形成大锅底逐步往外侧取土，导致中部脱空过大，沉井在下沉困难的情况下，刃脚部位受到较大横向压力，使得十字隔墙中间钢板计拉应力持续上升，最高超过80MPa，停止冲吸泥后，利用千斤顶在十字隔墙中部底面顶住十字隔墙，然后进行冲吸泥作业，根据钢板计应力及下沉量的变化，逐步对千斤顶卸载。当进入细砂层后，将大锅底逐渐转换成4个相对独立的小锅底。由于渐渐进入地下水位，细砂较为松散，吸泥效率明显提高，下沉速度最快。由于接高过程中沉井因为自重下沉约0.15m，冲吸泥累计下沉10.34m，用时14天，日均下沉0.738m/h，最小下沉量为7mm/ d，最大下沉量2016mm/ d。
4、 不排水下沉技术
不排水下沉是采用空气吸泥机深入基底，将压缩空气压入吸泥机混合室，将泥水气混合液密度低于水的密度，在水压作用下将基底泥沙吸出沉井，12台空气压缩机通过输气管直接接入12台空气吸泥机，空气吸泥机吸泥管为Φ270×6mm钢管，采用配备12台10t小门吊移动吸泥机。吸泥机吸出的泥水混合物直接通过管道输送至泥浆中转池，然后采用4台1450m³/h输送泵接力，通过4根φ315mm塑料输送管将泥浆输送到长江中泥砂船。随着吸泥机不断泥浆吸出，沉井内需要不停的供水，维持沉井内外水头差不小于2m。沉井内供水采用3台1450m³/h水泵放置在江面抽水，通过3根φ315mm输水管，采用高架形式越过长江大堤往沉井内不断补水。在不排水吸泥下沉过程中通过开启空气压缩机开启吸泥机，通过移动、升降吸泥机来控制吸泥机吸泥范围，深度，确保吸泥效果。在沉井不排水下沉过程中根据下沉的过程中，根据下沉过程中在下沉困难时基底采用大锅底形式，在最后下沉阶段为确保后期封底需要，基底形式逐步调整为小锅底。
第一次不排水从用时18天，由于沉井接高过程中下沉1.471m，沉井下沉阶段日均下沉0.650m/h，最小下沉量为4mm/d，最大下沉量1096mm/d。第二次不排水下沉用时65天，由于沉井接高过程中下沉0.823m，日均下沉0.316m/h，最小下沉量为0mm/d，最大下沉量1189mm/d。
5、 沉井下沉助沉技术
沉井在第二次排水下沉最后阶段进入砾砂层，导致沉井下沉困难，采用空气幕助沉措施。沉井空气幕在水平面上均匀分16个区布置，每个区在竖直方向上分5个小区，共80个分区，即在沉井第二节至第六节外侧壁布置，每个分区成一个独立的供气系统。气龛的排列：空气幕上部2个区按2.25m²/个，以1.5m 为标准间距梅花形交错布置，下部4个区按1.44m²/个，以1.2m 为标准间距交错布置。混凝土浇筑完成后，凿出气龛，露出预埋的气管，用钻孔机钻5个φ1mm的喷气孔。
根据本工程的特点，由于最后2m为砾砂层，沉井刃脚部位正面阻力增大，井壁侧摩阻力量增大，沉井下沉量为零时。先后6次开启空气幕。第一次采用空气幕助沉措施时，沉井刃脚标高为-22m，分层开启空气幕，每层开启约5分钟，空气幕开启约30分钟，沉井共计下沉了1.470m。之后连续5天吸泥，沉井下沉量为零。随后5天内先后四次开启空气幕，沉井分别下沉3mm、9mm、24mm、26mm。在第五次开启空气幕，沉井呈现逐渐加速下沉的趋势，5层空气幕分层开启，每层空气幕开启约4分钟，共计开启空气幕17分钟沉井下沉0.462m，沉井精确下沉到位。
6、沉井下沉监测及纠偏技术
考虑到本基坑工程周边环境的性质和本基坑的安全等级(一级），确定本深基坑工程的监测内容主要分为三部分。周围环境的监测，主要包含基坑周围建筑物的沉降观测；基坑周边地表沉降监测；基坑内外地下水位动态观测。沉井结构的监测主要包括沉井结构钢筋应力监测，沉井结构外侧土压力监测，沉井刃脚踏面反力、隔墙反力监测。沉井下沉姿态监测，主要包括沉井下沉量，沉井的倾斜度、 水平位移与水平扭转差，是指导下沉施工和纠偏的重要依据。
为监测沉井的下沉量和下沉量在平面上的差异，在每次接高后的沉井井壁顶面布置由 13个监测点组成的观测网，其中十字隔墙轴线上9 个监测点分别构成1 条纵向观测剖面和1 条横向观测剖面，
根据下沉阶段周边环境监测，结构的应力值均在合理范围内。沉井在下沉过程中通过及时对沉井姿态监测，通过吸泥区域调整达到沉井姿态纠偏的目的，在下沉的过程中不断调整沉井的姿态，确保下沉姿态变化在可控范围。沉井下沉结束后，平面扭角为1.5′，下沉量为45.036m，超沉36mm，顶面中心位移Δx位移为85mm，顶面中心位移Δy位移为44mm。周边地表在离沉井周围6-8m左右，地表出现10-15cm地表裂缝，地表明显下沉，由于有地连墙防护，防护墙外沉降较少。沉井下沉过程中对周围影响较小，确保了沉井安全下沉。
7、 结语
鹦鹉洲长江大桥北锚碇沉井基础精确下沉到位，冲吸泥和不排水下沉取土采用管道输送，通过对沉井下沉姿态检测及时调整姿态，在下沉困难阶段采用空气幕助沉。所采取的施工工艺措施对类似工程具有很好处参考价值。
作者简介：
李一石（1984.12.21～），男，湖北石首，工程师。
论文作者:李一石
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/8
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