中铁大桥局集团六公司 湖北武汉 430100
摘要:近年来,随着施工技术和施工机械的不断革新,沉井在国内外都得到了更广泛的应用和发展。本文详细的阐述了官厅湖水库特大桥南锚碇沉井基础施工工艺。
关键词:沉井;锚碇;下沉
一、工程概况
官厅水库特大桥属于怀来县城市道路工程一部分,与京包铁路并行跨域官厅水库,里程桩号范围为K1+936~K3+924,主桥设计采用210m+720m+210m双塔单跨悬索桥,一跨跨越水库水面,锚碇采用重力式沉井结构。
南岸锚锭基础沉井采用钢筋混凝土结构,沉井顶面标高为+475.3,底面标高为+442.3,总高度33m。沉井标准断面尺寸为56×50m,分为16个井孔。南锚沉井共包括6个节段,第一节为刃脚节段,总高度6m,井壁厚2.7m,隔墙厚1.5m,刃脚部分有钢板外包;第二节、第三节每个节段高度为5m,井壁厚2.5m,隔墙厚1.5m;第四节、第五节每个节段高度为6m,井壁厚2.5m,隔墙厚1.5m;第六节高度为5m,井壁厚1.7m。
二、施工工艺
沉井施工前首先进行地基处理,处理后地基标高+476.0m,刃脚标高+473.0m。沉井底节刃脚采用钢板包边,沉井刃脚钢板在钢结构加工场地分块制作,节段制作完成后,运至墩位处进行总体拼装,回填砂支撑。钢壳总拼完成后,进行沉井刃脚3m节段钢筋混凝土施工。
刃脚混凝土强度满足要求后,施工下一节段钢筋、模板、混凝土接高沉井。接高模板采用新制钢模板,1m+2m+1m翻模接高施工。沉井共计分12次接高,标准接高高度为3m,最小接高高度为1m。沉井分为2次下沉,第1~6次接高完成后进行第一次下沉,第7~12次接高完成后进行第二次下沉。首次下沉先采用干挖取土下沉,进入地下水后采用不排水取土下沉,共计下沉13m,下沉后刃脚踏面标高460.0m,第二次采用不排水取土下沉,下沉17.7m,下沉后刃脚踏面标高+442.3m。
(一)防护结构施工
沉井防护结构为钻孔桩和顶部冠梁组合结构。钻孔桩采用旋挖钻机进行施工,冠梁采用钢模一次浇筑成型,采用常规施工工艺。
(二)地基处理
根据设计要求,沉井墩位处地基要求能够承受沉井第一、二节重量,通过计算地基承载力要求不小于241.7KPa。根据地勘资料及工程地质剖面图显示,南锚碇表部5m范围内为黄土,地基承载力容许值为150KPa,为确保地基承载力满足施工要求,采用换填砂垫层处理,使沉井地基承载力不小于300KPa。
对场内地表进行清理至标高+476m后,继续向沉井范围挖土至+471.5m,然后分层填筑粗砂,并利用振动棒将中粗砂振捣密实,回填高度4.5m,砂垫层填筑完成后,对其进行承载力实验,确保满足施工要求。
(三)刃脚施工
为了保证刃脚钢板的刚度,确保刃脚钢板在制作及吊装过程中不变形,在制作时采用∠63型钢临时加劲,在块段断面设置2道,在长度方向设置3三道,刃脚钢板分块制作完成后,采用25t汽车吊配合平板车将节段转运至现场,逐块吊装。吊装前测量放样每个块段的安装位置和基底标高,吊装就位后,复测平面位置和标高都满足要求后,再进行对接块段间连接。现场严格按照编号进行吊装,从远离防护桩侧开始,最后在河心侧进行合拢,在刃脚钢板拼装的同时,对刃脚钢板斜面及侧面回填中粗砂,沉井外圈采用回填土。
在刃脚刃脚钢板拼装完成,并测量校核符合要求后,即可绑扎安装沉井刃脚钢筋,安装模板,进行混凝土施工。
(四)沉井接高
沉井接高包括刃脚混凝土浇筑以及11次接高,标准接高高度为3m,具体接高工况见“图2.1 沉井分次接高图”。
沉井钢筋采用车间下料,现场绑扎、焊接。钢筋完成后,沉井采用翻模法施工,模板采用新制定型钢模板,模板高度组合为1m+2m+1m,模板主要由面板、竖肋、横肋、拉杆、作业平台、护栏等部分组成,模板采用对穿拉杆形式固定。沉井混凝土浇筑设备选用3台47m汽车泵进行全断面布料,混凝土罐车运输,沉井每次接高混凝土采用水平对称分层浇筑,每层厚度控制在30cm。
(五)沉井下沉施工
(1)下沉分析
沉井共分两次下沉,第一次下沉13m,第二次下沉17.7m。沉井第一次下沉先采用干挖取土下沉,进入地下水后采用不排水取土下沉,第二次下沉采用不排水取土下沉。
根据设计地勘资料,下沉依次穿过黄土、粉土、粉质粘土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、粉土和细砂,根据计算可知,沉井第一次下沉之前,接高过程中沉井刃脚全部入土沉井处于稳定状态。第一次下沉在取土过程中保持刃脚不取土,根据下沉情况逐步对隔墙刃脚取土,使沉井逐渐形成大锅底形状即可使沉井下沉到位。
终沉之前各节段下沉系数均可大于1.15,仅需根据下沉情况对刃脚底下逐步取土即可顺利下沉到位。下沉过程中需注意取土顺序,始终保持先取隔舱中心土体,在根据沉井下沉情况逐步向刃脚附近取土,主要控制沉井刃脚斜面取土范围和顺序。同时预留空气幕助沉措施,便于控制下沉进度及稳定。
终沉阶段最大下沉系数仅0.88,下沉困难,需采取空气幕助沉措施方可下沉。沉井下沉到设计标高后,刃脚踏面受到土体支撑,关掉空气幕后沉井稳定系数为0.9,小于1,满足施工要求。
(2)干挖取土下沉
沉井首次下沉采取干挖取土下沉,干挖取土下沉适用于沉井进入地下水之前下沉施工。主要是利用160t履带吊将挖机吊入沉井内,采用反铲挖掘机取土,土体采用吊机配合料斗吊装倒运至沉井外侧施工便道上,利用挖机直接装车运往永久弃土场进行弃倒。由于地处库区,下沉期间,沉井外只是临时堆弃土方,为避免造成扬尘,土方必须及时进行外运。干挖取土下沉施工主要施工设备为挖机、塔吊、履带吊机及渣土车。
(3)空气吸泥取土下沉
沉井刃脚进入地下水位后,采用空气吸泥水下取土施工方法取土下沉。空气吸泥取土下沉是采用空气吸泥机伸入基底,将压缩空气压入吸泥机混合室,使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。首先往沉井内补水至空气吸泥机可以正常开启后,开始进行基底吸泥。吸泥机吸出的泥水混合物通过管道输送至泥浆沉淀池内沉淀分离,渣土运输至弃土场弃倒,清水抽回沉井内使用。并设置临时堆土场,待土体晾干之后采用翻斗车转运至永久弃土场。
为保证沉井内吸泥均匀,确保均匀下沉,在沉井顶口采用型钢+贝雷梁搭设吸泥平台,安装15t龙门吊机,利用门吊移动吸泥机施工作业。吸泥平台须经专项计算设计并报批,使用前须经专项联合检查验收。
(4)下沉注意事项
①沉井开挖取土下沉时,应对称分层均匀的取土,分层厚度控制在50cm 以内,使沉井保持均匀、平稳、缓慢的下沉,形成平稳下沉导向,防止沉井倾斜和开裂。
②严禁局部超挖过深使下沉不均,严禁刃脚下掏空过多,对刃脚处吸泥机吸泥范围要严格控制,吸泥范围在距沉井刃脚2.0m 距离处应停止,以防刃脚处悬空而发生沉井突沉或下沉过快。
③取土施工前,应测量井内水位和地下水位,并控制好排水量对井内水位的变化。吸泥施工中,始终保证井内水头比井外地下水位高2m 以上。
④空气吸泥机吸泥管口距离井内土面为0.15~0.50m 左右,以能经常有效的吸出最稠的泥浆为度。吸泥时应注意经常变动位置,保持平衡,并实时量测沉井基底深度,以指导取土施工。
⑤沉井下沉过程中应加强测量控制和监测,实行信息化施工,随时预报、及时处理。
⑥沉井下沉必须实施第三方监测监控,编制专项监测监控方案,并在沉井施工过程中严格按照监测程序进行监测,以监测数据指导沉井施工。
⑦采用管道输送,要做好吸泥机、泥浆沉淀分离、土渣晾晒及转运之间的匹配,以确保施工顺畅。
⑧沉井下沉过程中,实时对沉井基底、沉井姿态进行测量,指导沉井取土下沉。
⑨沉井接高时,沉井内壁表面不能留有凸出插筋或其他障碍物,以免在提升吸泥器时损坏吸泥设备。同时,在施工过程中,应防止砼碎块、碎木头、草袋及其他杂物坠入井内,以致吸泥时将空气吸泥器堵塞。
⑩ 空气吸泥机吸泥时,为了防止吸泥装置堵塞,停止吸泥时,应先将吸泥管提升到一定高度,再关闭进气阀。在吸泥时,应经常检查进气压力,以防压力下降使排泥管内泥浆灌入空气箱或进气管内造成堵塞。
(六)沉井封底
南锚沉井封底厚度6m,封底混凝土设计总方量11825.65m3,施工中在沉井基底形成锅底形状,沉井封底混凝土采用水下导管法施工,封底混凝土分两次浇筑,第一次浇筑至+473.3m位置,以保证将R2刃脚埋深0.5m,第二次分别对各个隔舱浇筑至设计标高位置。
三、结束语
沉井结构广泛的应用于桥梁、水塔、污水泵房等基础井结构,当结构处于地下较深,土质较差,或者周围已有建筑物,施工场地受限制时,采用大开挖施工几乎是不可能,那么采用沉井施工则是比较合适的选择。
参考文献:
[1]国家现行施工技术规范、规程及标准。
[2]《公路桥涵施工技术规范》(JTG-T-F50-2011)、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》(CJJ 2-2008)等。
[3]《沉井施工》(MBEC1013-2010)。
[4]《沉井基础施工技术研究》 现代商贸工业 2009年第10期
论文作者:彭应川
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/2/22
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