永州湘江1号特大桥主墩沉井施工技术

宫欣欣 李国兵

1 工程概述

永州湘江1号特大桥是湘桂铁路扩能改造工程的一项控制性工程,该桥全长593.4 m,跨径布置为32 m+(48+4×80+48)m+5-32m。该桥以90°夹角跨越湘江,其中,主桥2号～6号墩位于水中,4号、5号两个主墩的承台要嵌入基岩3.5 m,这两个桥墩的位置在中水位时平均水深为2 m,卵石层厚约为2 m。

水中墩桩基施工采用的是筑岛施工的方法,承台利用就地下沉沉井进行施工。沉井设计内径21.5 m,壁厚1 m,采用钢筋混凝土。在筑岛施工前,需要对4号、5号墩承台基坑位置疏浚爆破,承台基坑开挖尺寸均为12.5 m×20 m,预计清除卵石层工程量约为1 000 m3,爆破工程量约为1 750 m3。

施工布置如图1所示。

2 施工总流程

清除卵石层→炸礁→筑岛→桩基施工→混凝土沉井制作→沉井下沉→沉井封底→承台施工。

3 清除卵石层

水下卵石层采用反铲挖泥船进行水下开挖,拖轮拖带泥驳装、运、卸。挖泥船必须平行于水流方向作业,水下开挖施工由上游往下游方向进行,开挖出来的卵石用泥驳装运,并卸于设计指定的抛泥区。水下卵石全部清除完毕后,经施工班组采用硬式扫床的方法进行扫床检验合格后,方可进行炸礁工序。

4 水下炸礁

1)移船定位。本工程的爆破点比较分散,因此采用移动方便的钻孔船钻孔。湘江的流速较大,钻机船平行于水流方向作业。钻机船的移船定位采用全站仪测量指挥定位、利用抛设的锚缆控制船位。在施工水域抛设主锚缆及八字锚缆,主锚缆用以控制船体上、下移位,八字锚缆控制船体左、右移位。钻孔孔位采用测站全站仪直接测定,利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。在孔位上量测水深,由施工水位高程、河底高程以及设计承台底高程,确定钻孔深度。2)水下钻孔。水下钻孔采用垂直钻孔形式,布孔方式采用三角形;钻孔完成后,将孔内的泥砂、石屑清除干净,并用探水杆校核钻孔深度。3)装药。水下爆破施工要求炸药具有能克服水的浮力、有一定的耐水性和安全度的特性,经综合考虑,本工程采用密度较大、抗水性好和安全性佳而廉价的乳化炸药进行爆破。用送药杆将制好的药包送入孔中,装药时要拉紧提绳,不得使药包自由坠落。4)爆破。爆破时要注意将人员机械撤至安全区域内。5)清渣。水下清渣采用长臂反铲挖泥船进行水下开挖,拖轮拖带泥驳装、运、卸渣。

5 筑岛施工

岛体部分采用黄土、砂土、细颗粒砂卵石填筑,炸礁坑体位置采用河砂填筑,以便围堰下沉。迎水面码砂袋,端头急流处下铁笼以防冲刷。

6 桩基施工

桩基施工采用冲孔钻机冲孔施工。

7 混凝土沉井制作

7.1 沉井底节制作

7.1.1 土模填筑

根据本工程的实际情况,决定采用挖土内模法制造刃脚,该方法与垫架法相比可以节省大量木材。土模周围挖一道排水沟,遇雨天用帆布盖好土模。

7.1.2 底节钢模安装

模板安装是沉井制作过程中的关键工序,其设计选型、用料、制作及现场安装等方法直接关系到沉井的工程质量与施工安全。

将所有钢模支点位置垫好木板,抄平。根据事先在土模顶面放出的中线,按先立内模,然后安装底节钢筋,待钢筋安装好后再立外侧模板。

井壁的内外模板全部采用组合式的定型钢模板,散装散拆,以方便施工定型;模板的制作尺寸要准确,表面平整无凹凸,边口整齐,连接件紧固,拼缝严密;模板安装应做到位置准确,表面平整,支模要横平竖直不歪斜,几何尺寸要符合图纸要求;模板安装前必须涂刷脱模剂,使沉井混凝土表面光滑,减小阻力便于下沉。

7.1.3 刃脚及底节钢筋安装

钢筋绑扎在内模支立完毕、外模尚扣合时进行。

7.1.4 底节及刃脚混凝土浇筑

1)为了避免沉井混凝土与土模砂浆表面粘结,在土模上铺一层水泥袋纸。2)混凝土沿井壁四周对称浇筑,避免混凝土面高低相差悬殊,以防不均匀沉降而产生裂缝。3)混凝土应分层、均匀、连续的浇筑直至完毕。每层灌注厚度控制在300 mm左右。4)振动棒移动的水平距离不超过振动棒作用半径的1.5倍,亦不应直接碰钢模,振捣上一层混凝土时,应插入下一层混凝土5 cm～10 cm[2]。5)沉井灌注到最后一层混凝土时插接缝钢筋。

7.2 沉井接高

下沉前井顶混凝土面应凿除浮浆层及较松散混凝土,并冲洗干净;沉井下沉到位稳定24 h后,测量沉井位移、倾斜度及刃脚高程,并在顶面做点放出接高模板中线。

8 沉井下沉

8.1 抽除垫木

抽除垫木是下沉的开始。沉井模板拆除后,垫木抽除前要进行刃脚高程和沉井中线测量,在沉井四角井壁上作出标尺,在抽除垫木时,注意观测四角的高程变化,如果发现沉井一侧沉降过大时,则要采取措施纠正。

在抽除垫木时统一指挥,分组、对称、同步的将垫木抽除到井外。垫木每抽完一组,立即用中、粗砂回填,为防止沉井倾斜,严禁从筑岛上挖取回填砂。待同一组的垫木抽除并回填完毕后,方可抽除下一组垫木[3]。

8.2 抓土下沉

垫木抽除后,将土模拆除,要注意土模拆除挖土从中心到四周分区、分层、同步、对称进行,防止沉井倾斜扭曲。然后由中间向刃脚处均匀对称除土,使井底中央形成锅底状。当锅底比刃脚处低1 m～1.5 m时,沉井即可靠自重下沉,并将刃脚处的土挤向锅底。从井底继续挖土,则沉井就继续下沉。

除土时应注意保持沉井均匀稳步竖直下沉,当遇到障碍物时立即停止,立即检查,针对产生原因排除障碍后,方可继续下沉。

当沉井下沉至一定深度,抓土下沉效果不佳时,则改为吸泥机吸泥下沉。

8.3 吸泥下沉

吸泥机在吸泥过程中应处于悬吊状态,并不断起落,经常移动位置,以保证吸泥的最佳效果。在吸泥时应经常换点分层取土,吸泥机应先吸中部,并以中间点为主。吸泥管口离泥面距离控制在15 cm～50 cm,过低容易堵管,过高则吸泥效果不佳。

如沉井吸泥过久,出现仍吸不出泥时,可采用“憋风”的方法,即暂将闸阀关闭,稍停一段时间(2 min～3 min),然后猛开风阀,使风量、风压增加,可吸出较坚硬的土来。

当采用以上办法吸泥效果仍不佳时,可在吸泥机头装上高压射水管进行高压射水,破坏其紧密状态,使之松动、分散,再进行吸泥,以此清除刃脚斜面下的土块,减小沉井下沉的正面阻力。

9 沉井封底

9.1 基底清理及检验

当沉井沉到设计标高时,为了防止封底混凝土和基岩之间掺入有害夹层,在封底前将基岩表面的岩石碎块、卵石、砂及淤泥等杂质清理干净。基底清理完毕后,派潜水员检查基底平面位置、尺寸大小、标高以及地质情况。

9.2 水下混凝土灌注

本工程采用C30混凝土进行封底。灌注前,把漏斗、储仓装满混凝土。在一切准备工作就绪后,打开导管阀门,同时打开储仓的门,此时导管内的空气和水在混凝土的重压下由导管底口排出,瞬间混凝土通过导管压向基底,在导管周围堆成一个平坦的混凝土圆锥体,将导管底口埋住使水不能从底口进入导管。继而在灌注的混凝土通过导管源源不断地灌入锥体内。随着导管的提升,混凝土在水下摊开和升高,直至达到设计标高。

9.3 抽水

封底混凝土经养生达到设计强度后,将井孔内的水抽净。

10 结语

本工程在借鉴以往施工经验的基础上,经过认真计算论证,严格按照设计施工,使沉井施工顺利完成;并且通过沉井法进行水中承台施工,使得对施工水域航道的影响降到最低,创造了良好的社会、经济效益。

[1] 杨 溢.特种爆破技术[M].北京：冶金工业出版社,2004.

[2] 铁道科学研究院.铁路混凝土工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社,2009.

[3] 交通部第一公路总公司.公路施工手册(桥涵)[M].北京：人民交通出版社,2000.

[5] 刁祥会.感潮河段冲刷岸主墩基础施工技术[J].山西建筑,2008,34(14)：319-320.