黃河卵石土河道中大體積沉井施工技術

馮復興FENG Fu-xing

（中鐵十四局集團第三工程有限公司，兗州272100）

1 工程概況

黃河特大橋位于晉陜交界處的延水關，從陜西岸起始、跨越黃河，終點達到山西岸，為一座特大橋，全長1072米。中心里程K115+953，最大橋高150多米，主橋墩柱均為空心薄壁高墩，最大墩高141m。

主橋墩5#、6#墩為群樁基礎，每墩24根樁基，平均樁長21米，采用整體式承臺，尺寸為24.2米×15.8米×5.0米，為大體積承臺。承臺頂在河床表面以下，水深最大達5米，施工工作面需求大。區內黃河徑流量年內分配很不均勻，夏季7～9月多現暴雨引起的洪水，冬季多現漂流浮冰。根據相關文獻顯示，20年一遇洪水流量19600m3/s，水位高程544.26m。壅水高度0.56m，設計水位544.82m。

主橋位主要為卵石土、強風化砂巖、中風化砂巖。河道主墩5#、6#墩地質柱樁圖如圖1。

2 圍堰方案比選

2.1 難點分析

主橋5#、6#墩位于河灘處，基坑開挖后遇水宜坍塌，需采用圍堰進行施工。為方便施工，在汛期到來之前把圍堰下沉到位，工期緊迫；卵石土地質，承載力及摩擦力均較大，圍堰下沉較為困難，且設計承臺為整體式承臺，圍堰結構尺寸較大，下沉施工風險較大。

圖1 5#、6#墩地質柱狀圖

表1 5#、6#墩施工基本情況

2.2 可供選擇的圍堰方案

方案一：鋼筋砼沉井圍堰施工方案。在5#、6#墩處筑島，就地澆筑鋼砼沉井，完成后下沉，最后在沉井頂部搭設貝雷梁平臺施工樁基。沉井高12m。圍堰采用圓形結構。沉井內徑30m，外徑32m，沉井壁厚為1.0m、0.8m和0.5m不等。底部0.8m高度采用1cm鋼板包裹。

方案二：鋼板樁圍堰施工方案。先進行樁基施工，然后插打鋼板樁，進行承臺施工。采用拉森V型，采用15m長鋼板樁，四層圍囹支撐；圍堰尺寸25.6*16.8m。鋼板樁打入采用汽車吊配合90t振動錘，承臺開挖采用長臂液壓抓斗配合吸泥泵開挖。

方案三：雙壁鋼圍堰施工方案。先搭設樁基施工平臺施工樁基，待樁基施工完畢后吊裝雙壁鋼圍堰，就位后進行封底然后施工承臺。鋼圍堰外徑為32m，內徑為30m。圍堰外壁采用6mm厚的鋼板，內壁為4mm厚的鋼板，內外壁間距為100cm，圍堰高度12m。

2.3 方案對比分析（表2）

綜合分析：建議采用鋼筋砼沉井施工，可與鋼便橋、砼拌和站建設同時進行，縮短主橋基礎施工工期，圍堰下沉到位后，主橋施工基本不受洪水影響，對主橋基礎施工有利。

3 沉井施工工藝

沉井采用圓形結構，C25混凝土，外徑32m，沉井壁厚從下到上分別為1.0m、0.8m、0.5m 階梯型結構。采取分節預制，分節下沉施工。第一次預制1.5m（刃腳，不下沉），第二次預制3m，挖土下沉4m后停止下沉。第三次預制3m，挖土下沉3m后停止下沉，第四次預制3m，下沉1.5m到設計位置。第五次預制剩余1.5m。沉井下沉采用挖土排水下沉，挖土采用長臂挖掘機、抓斗配合或空氣吸泥機清除沉井內壁土石方。

3.1 施工準備

在沉井圍堰設計位置范圍內填卵石土進行筑島，填土頂面寬度需要超過沉井外壁1.0m以上，筑島四周采用草袋圍堰進行防護，防止水流對平臺的沖刷。筑島圍堰頂面高出目前黃河既有水位1.0m。將島上雜物清理干凈，對頂面進行平整，并做好人力、材料、設備準備。

3.2 測量定位

按沉井位置放出準確的中線點及外邊線。在輪廓線外圍50cm處放出檢查點，便于控制、檢查沉井位置。

3.3 墊層制作

表2 圍堰方案優缺點對比表

對沉井刃腳2.0m寬度的范圍內地基夯實，鋪設砂墊層精確找平，再抹5cm厚砂漿作為沉井刃腳基礎。

圖2 沉井刃腳示意圖

砂漿找平層鋪設完畢，立模澆筑沉井刃腳以下素混凝土墊層，素混凝土墊層厚度為15cm，澆筑過程中環向每隔3～5m利用竹膠板隔開，方便拆除。

素混凝土墊層采用C15混凝土制作，制作過程中必須保證混凝土刃腳的尺寸及形狀。

3.4 刃腳制作

綁扎刃腳鋼筋時，因豎向井壁插筋較高，為了確保鋼筋位置正確，在綁扎前先搭設鋼管架。鋼筋安裝綁扎時，應嚴格控制各種鋼筋的搭接長度和錨固長度，焊接鋼筋應留有足夠的焊接規定長度。在安裝刃腳鋼筋時，要預埋好底板及預留洞口的插筋，確?；炷翝沧⒌恼w性。

3.5 沉井模板

將已準備好的模板吊裝就位，具體工藝流程如下：

安裝前檢查——內側模板吊裝就位——安裝斜撐——清理雜物——插入對拉螺栓——安裝就位外側模板——安裝斜撐——調整模板位置——緊固穿墻螺栓——斜撐固定。

安裝模板注意事項：由于分節澆筑，因此在支立第二節模板時，不宜直接支撐在地面上，以免沉井因自重增加而產生沉降，使新澆筑的混凝土內部產生拉力，造成裂縫。

模板安裝完畢后，全面檢查扣件、螺栓、斜撐是否堅固、穩定，模板拼縫及下口是否嚴密。

3.6 混凝土澆筑

混凝土澆筑時，采用分層澆筑，每次澆筑厚度控制在40cm左右。刃腳部分，因尺寸較小鋼筋較密，振動棒的頻率應加強。為了控制混凝土澆筑過程，在沉井的四周設立沉降觀測點，混凝土澆筑一層進行測量一次，如發現一側傾斜過大，則另一側須加快進度。

3.7 開挖下沉

沉井下沉采用挖土下沉法，依靠沉井自重下沉到達設計標高。根據設計要求，第一節沉井下沉必須達到設計強度才可以下沉。下沉前應將井內的所有雜物清除干凈，準備工作就緒后，先對稱、同步地敲碎刃腳下素混凝土墊層，隨敲隨填夯黃砂，在刃腳內外應填筑成小土堤，并分層夯實，同時加強觀察，注意下沉是否均勻。

根據設計地質資料，沉井處地質為卵石土，采用抽水法降低沉井內水位。卵石較多且直徑較大時，采用長臂挖掘機對稱挖土，高壓水槍配合；當下層卵石較小時，可采用大功率清土吸泥設備，高壓水槍配合。沉井下沉前在沉井外井壁上劃好水平線，標注刻度，便于下沉速度觀察，在井內掛好線錘測傾斜度。

沉井挖土應注意均勻對稱，由中心向刃腳四周開挖，挖土時控制每層30～50cm。挖出的土采用自卸汽車運走。井內挖土始終應保持中間稍低于四周，但高差需控制在1m之內，防止突沉造成沉井四周地面沉陷和沉井傾斜的危險。對井內四周的垂線密切注意，并在沉井四周設觀測點，加強下沉過程中觀測，發生偏移、扭曲等及時糾正。沉井施工過程中，須對周圍環境的變形、沉降進行嚴密監測。

沉井下沉初階段糾偏應根據“多沉則少挖，少沉則多挖”的原則，刃腳下挖土要逐步擴大，不能一次過量掏空，不能通過大量挖土來糾偏，糾偏應根據測量數據隨偏隨糾，當沉井偏斜達到允許值的1/4時，便要糾偏，下沉過程中要勤測、勤糾、緩糾。

沉井每下沉一次檢查一次垂直度與中心軸線。隨時檢查沉井水平度面高程，加強監護，對地下水及時排除。

下沉至接近設計標高1m時，應減速下沉，記錄下沉的速度。最后20～30cm處停止開挖，觀測沉井在不開挖的情況下的下沉速度，確保沉井下沉標高嚴格控制在范圍內。如發現特殊土質，應及時報告，提前做好預防措施。

3.8 沉井封底

沉井施工完成后，埋設24個長鋼護筒，將護筒直接利用[30槽鋼連接，利用鋼護筒當支撐作為鉆孔平臺。然后進行沉井封底施工，采用水下砼封底施工。封底用Φ30cm的導管進行圍堰內水下混凝土封底，導管在沉井中心布設1根，然后沿5m、10m半徑環形布設，封底過程中，根據封底砼流動性，可對安裝的導管位置進行調整，確保封底砼質量滿足要求。每根混凝土導管長12.5m，每根導管的頂端均設一個1m3的漏斗，每個漏斗下端設有閘門閥。封底前后設置測點進行測點標高的測定，施工期間派專人負責測量，確保封底厚度基本一致。

4 結束語

黃河特大橋主河道5#、6#主墩利用大體積圓形沉井做圍堰，解決了在中密卵石地基河道施工墩基礎的困難，利用沉井作為鉆孔平臺，加快了施工速度，保證了在黃河上施工的安全。在卵石土中，沉井施工優于鋼板樁、雙壁鋼圍堰，施工簡單，費用較低，取得了良好的效果。為以后同類地質情況下的水中施工積累經驗。

[1]JTG/T F20-2011，公路橋涵施工技術規范[S].人民交通出版社,2011.

[2]蔡振杰.淺談大型沉井在軟基中的施工技術[J].福建建筑,2006,2:106-107.

[3]劉加峰.特大超深沉井的下沉施工技術，1998(03).