永州湘江1號特大橋主墩沉井施工技術

宮欣欣 李國兵

1 工程概述

永州湘江1號特大橋是湘桂鐵路擴能改造工程的一項控制性工程,該橋全長593.4 m,跨徑布置為32 m+(48+4×80+48)m+5-32m。該橋以90°夾角跨越湘江,其中,主橋2號～6號墩位于水中,4號、5號兩個主墩的承臺要嵌入基巖3.5 m,這兩個橋墩的位置在中水位時平均水深為2 m,卵石層厚約為2 m。

水中墩樁基施工采用的是筑島施工的方法,承臺利用就地下沉沉井進行施工。沉井設計內徑21.5 m,壁厚1 m,采用鋼筋混凝土。在筑島施工前,需要對4號、5號墩承臺基坑位置疏浚爆破,承臺基坑開挖尺寸均為12.5 m×20 m,預計清除卵石層工程量約為1 000 m3,爆破工程量約為1 750 m3。

施工布置如圖1所示。

2 施工總流程

清除卵石層→炸礁→筑島→樁基施工→混凝土沉井制作→沉井下沉→沉井封底→承臺施工。

3 清除卵石層

水下卵石層采用反鏟挖泥船進行水下開挖,拖輪拖帶泥駁裝、運、卸。挖泥船必須平行于水流方向作業,水下開挖施工由上游往下游方向進行,開挖出來的卵石用泥駁裝運,并卸于設計指定的拋泥區。水下卵石全部清除完畢后,經施工班組采用硬式掃床的方法進行掃床檢驗合格后,方可進行炸礁工序。

4 水下炸礁

1)移船定位。本工程的爆破點比較分散,因此采用移動方便的鉆孔船鉆孔。湘江的流速較大,鉆機船平行于水流方向作業。鉆機船的移船定位采用全站儀測量指揮定位、利用拋設的錨纜控制船位。在施工水域拋設主錨纜及八字錨纜,主錨纜用以控制船體上、下移位,八字錨纜控制船體左、右移位。鉆孔孔位采用測站全站儀直接測定,利用鉆機船拋設的主纜和橫纜移動船位和調整孔位。在孔位上量測水深,由施工水位高程、河底高程以及設計承臺底高程,確定鉆孔深度。2)水下鉆孔。水下鉆孔采用垂直鉆孔形式,布孔方式采用三角形;鉆孔完成后,將孔內的泥砂、石屑清除干凈,并用探水桿校核鉆孔深度。3)裝藥。水下爆破施工要求炸藥具有能克服水的浮力、有一定的耐水性和安全度的特性,經綜合考慮,本工程采用密度較大、抗水性好和安全性佳而廉價的乳化炸藥進行爆破。用送藥桿將制好的藥包送入孔中,裝藥時要拉緊提繩,不得使藥包自由墜落。4)爆破。爆破時要注意將人員機械撤至安全區域內。5)清渣。水下清渣采用長臂反鏟挖泥船進行水下開挖,拖輪拖帶泥駁裝、運、卸渣。

5 筑島施工

島體部分采用黃土、砂土、細顆粒砂卵石填筑,炸礁坑體位置采用河砂填筑,以便圍堰下沉。迎水面碼砂袋,端頭急流處下鐵籠以防沖刷。

6 樁基施工

樁基施工采用沖孔鉆機沖孔施工。

7 混凝土沉井制作

7.1 沉井底節制作

7.1.1 土模填筑

根據本工程的實際情況,決定采用挖土內模法制造刃腳,該方法與墊架法相比可以節省大量木材。土模周圍挖一道排水溝,遇雨天用帆布蓋好土模。

7.1.2 底節鋼模安裝

模板安裝是沉井制作過程中的關鍵工序,其設計選型、用料、制作及現場安裝等方法直接關系到沉井的工程質量與施工安全。

將所有鋼模支點位置墊好木板,抄平。根據事先在土模頂面放出的中線,按先立內模,然后安裝底節鋼筋,待鋼筋安裝好后再立外側模板。

井壁的內外模板全部采用組合式的定型鋼模板,散裝散拆,以方便施工定型;模板的制作尺寸要準確,表面平整無凹凸,邊口整齊,連接件緊固,拼縫嚴密;模板安裝應做到位置準確,表面平整,支模要橫平豎直不歪斜,幾何尺寸要符合圖紙要求;模板安裝前必須涂刷脫模劑,使沉井混凝土表面光滑,減小阻力便于下沉。

7.1.3 刃腳及底節鋼筋安裝

鋼筋綁扎在內模支立完畢、外模尚扣合時進行。

7.1.4 底節及刃腳混凝土澆筑

1)為了避免沉井混凝土與土模砂漿表面粘結,在土模上鋪一層水泥袋紙。2)混凝土沿井壁四周對稱澆筑,避免混凝土面高低相差懸殊,以防不均勻沉降而產生裂縫。3)混凝土應分層、均勻、連續的澆筑直至完畢。每層灌注厚度控制在300 mm左右。4)振動棒移動的水平距離不超過振動棒作用半徑的1.5倍,亦不應直接碰鋼模,振搗上一層混凝土時,應插入下一層混凝土5 cm～10 cm[2]。5)沉井灌注到最后一層混凝土時插接縫鋼筋。

7.2 沉井接高

下沉前井頂混凝土面應鑿除浮漿層及較松散混凝土,并沖洗干凈;沉井下沉到位穩定24 h后,測量沉井位移、傾斜度及刃腳高程,并在頂面做點放出接高模板中線。

8 沉井下沉

8.1 抽除墊木

抽除墊木是下沉的開始。沉井模板拆除后,墊木抽除前要進行刃腳高程和沉井中線測量,在沉井四角井壁上作出標尺,在抽除墊木時,注意觀測四角的高程變化,如果發現沉井一側沉降過大時,則要采取措施糾正。

在抽除墊木時統一指揮,分組、對稱、同步的將墊木抽除到井外。墊木每抽完一組,立即用中、粗砂回填,為防止沉井傾斜,嚴禁從筑島上挖取回填砂。待同一組的墊木抽除并回填完畢后,方可抽除下一組墊木[3]。

8.2 抓土下沉

墊木抽除后,將土模拆除,要注意土模拆除挖土從中心到四周分區、分層、同步、對稱進行,防止沉井傾斜扭曲。然后由中間向刃腳處均勻對稱除土,使井底中央形成鍋底狀。當鍋底比刃腳處低1 m～1.5 m時,沉井即可靠自重下沉,并將刃腳處的土擠向鍋底。從井底繼續挖土,則沉井就繼續下沉。

除土時應注意保持沉井均勻穩步豎直下沉,當遇到障礙物時立即停止,立即檢查,針對產生原因排除障礙后,方可繼續下沉。

當沉井下沉至一定深度,抓土下沉效果不佳時,則改為吸泥機吸泥下沉。

8.3 吸泥下沉

吸泥機在吸泥過程中應處于懸吊狀態,并不斷起落,經常移動位置,以保證吸泥的最佳效果。在吸泥時應經常換點分層取土,吸泥機應先吸中部,并以中間點為主。吸泥管口離泥面距離控制在15 cm～50 cm,過低容易堵管,過高則吸泥效果不佳。

如沉井吸泥過久,出現仍吸不出泥時,可采用“憋風”的方法,即暫將閘閥關閉,稍停一段時間(2 min～3 min),然后猛開風閥,使風量、風壓增加,可吸出較堅硬的土來。

當采用以上辦法吸泥效果仍不佳時,可在吸泥機頭裝上高壓射水管進行高壓射水,破壞其緊密狀態,使之松動、分散,再進行吸泥,以此清除刃腳斜面下的土塊,減小沉井下沉的正面阻力。

9 沉井封底

9.1 基底清理及檢驗

當沉井沉到設計標高時,為了防止封底混凝土和基巖之間摻入有害夾層,在封底前將基巖表面的巖石碎塊、卵石、砂及淤泥等雜質清理干凈。基底清理完畢后,派潛水員檢查基底平面位置、尺寸大小、標高以及地質情況。

9.2 水下混凝土灌注

本工程采用C30混凝土進行封底。灌注前,把漏斗、儲倉裝滿混凝土。在一切準備工作就緒后,打開導管閥門,同時打開儲倉的門,此時導管內的空氣和水在混凝土的重壓下由導管底口排出,瞬間混凝土通過導管壓向基底,在導管周圍堆成一個平坦的混凝土圓錐體,將導管底口埋住使水不能從底口進入導管。繼而在灌注的混凝土通過導管源源不斷地灌入錐體內。隨著導管的提升,混凝土在水下攤開和升高,直至達到設計標高。

9.3 抽水

封底混凝土經養生達到設計強度后,將井孔內的水抽凈。

10 結語

本工程在借鑒以往施工經驗的基礎上,經過認真計算論證,嚴格按照設計施工,使沉井施工順利完成;并且通過沉井法進行水中承臺施工,使得對施工水域航道的影響降到最低,創造了良好的社會、經濟效益。

[1] 楊 溢.特種爆破技術[M].北京：冶金工業出版社,2004.

[2] 鐵道科學研究院.鐵路混凝土工程施工技術指南[M].北京：中國鐵道出版社,2009.

[3] 交通部第一公路總公司.公路施工手冊(橋涵)[M].北京：人民交通出版社,2000.

[5] 刁祥會.感潮河段沖刷岸主墩基礎施工技術[J].山西建筑,2008,34(14)：319-320.