橋梁工程沉井定位著床施工問題研究

郭小玲、康軍

（吉安市公路建設和養護中心泰和分中心，江西泰和343700）

1 工程概況

某大橋主橋為三索面鋼桁梁斜拉橋，其3#墩位于主河槽段，河床面設計標高均值-25.40m，水深均值30.4m，汛期如果不考慮沖刷狀態，水深可以達到37m。3#墩基礎為圓端沉井結構，其頂、底標高分別是6.0m和-54.0m，總設計高度60.0m，上部18m 以上為混凝土結構，下部42m 為鋼結構，沉井基礎總重16 萬t。沉井上端、中間段及下端平面尺寸分別為62m×40m、60m×38m、62m×38.5m。該橋墩沉井布置示意圖，如圖1所示。

圖1 3#墩沉井布置示意圖（單位：m）

2 沉井定位著床施工方案

該橋梁主橋3#墩沉井體積大，著床精度要求高，墩位水深大且水流湍急，工程地質條件復雜，沉井施工必須穿過厚7.7m 粉砂層、4.9m 黏土層和19.4m 細圓礫土層，最終的承載結構是細圓礫石層。沉井位置極易受到水流、波浪、沖刷及漩渦激振影響較大，著床存在一定難度，經過對橋梁沉井施工所面臨的水文地質條件、施工精度要求、沉井結構類型等的綜合分析，決定采用錨墩+重力錨組合定位系統二次定位+注水快速著床的施工方案[1]。

通過錨墩+重力錨組合定位系統進行沉井著床施工中偏位、傾角的定位和調整，由于兩側錨區河床標高南高北低，沉井邊錨應采用不對稱布置。應用錨定結構定位處理，根據初步定位、精確定位的順序進行定位作業。初步定位主要是將各個結構上的錨繩進行必要的調整，然后把沉井調整到墩位上；精確定位則通過調整錨繩并在隔艙內注水，使沉井在重力作用下緩慢勻速下沉，在沉井精確定位后，開啟連通管，同時快速注水作業，立即著床。

3 沉井著床施工控制及監測

3.1 沉井定位

該橋梁工程鋼沉井定位著床采用由錨墩、重力錨、拉收纜系統所組成的錨墩+重力錨組合定位系統，將符合施工需要的錨墩進行固定，設置在鋼沉井上下游250m 的位置上，同時在南北兩側150m 位置上分別安裝4 個900t 重力錨。通過上下兩層設置的拉收纜系統連接沉井、錨墩和重力錨，組合形成收纜系統一側和錨頂連接，另外一側和沉井連接，而邊錨和重力錨連接，另一端通過邊轉向連接錨墩頂面收纜系統。主纜和邊錨拉纜系統必須對稱均勻預拉，以保證沉井定位精度。

初張拉定位系統，根據需要調節沉井傾斜度以及平面扭轉度，傾斜度控制在1/150 內，橫橋向偏差在1m 以下。為了避免沉井部位和主錨拉纜長度不合格，防止發生沉井錨受力條件不當等問題，應在完成主錨拉纜調整后收緊邊錨錨繩，并控制沉井傾斜度和平面扭轉角度。

完成沉井初定位后，按設計要求向沉井井壁及隔艙內注水，使沉井緩慢下沉，并進行沉井高差、平面扭轉角、傾斜度等的實時監測，調整到指定的監測位置。并且等到沉井下沉到預防護層和地口位置間隔20m 的時候，需要馬上停止注水，而后進行定位操作，保證相互定位偏差滿足實際需求，一般來說傾斜度不能比沉井高度大，要小于等于1/150，平面扭轉角誤差不能大于1o。

3.2 沉井著床及糾偏

完成沉井精確定位的基礎上，在沉井內壁標出刻度，并選擇風速和水流流速較小的時間，從運輸船內抽出清水后快速注入井壁與隔艙，使沉井快速著床，并在此期間及時調整拉纜力和拉纜長度，避免沉井發生偏位、扭轉。沉井下沉著床過程中必須對稱灌注隔艙，根據沉井內壁刻度標識觀察并保證各隔艙水位同步上升，避免因重量不均或注水速度不勻而導致沉井傾斜。

3.3 沉井著床監測

本橋梁沉井定位著床存在較大的施工難度和風險，為保證精確度和施工質量，必須應用實時監測技術，加強沉井定位著床全過程監測控制。

在實踐階段中，隔墻底面與刃腳是監測的重點對象，將所采集到的應力監測數據無線傳輸至云監測平臺，并根據兩處應力變化情況做出沉井是否順利著床的判斷。同時在隔墻踏面底部鋼板位置與刃腳踏面位置上均設置了應力監測點，為保證均勻性，沉井底部共設置11 個土壓力計。

沉井底面應力可分解為土壓力傳感器深度內靜水壓力和土體接觸土壓力兩部分，沉井著床前下沉過程中無土體接觸土壓力，沉井底面應力監測數據穩定。沉井著床過程中土壓力傳感器同時受到土體以及水壓的影響，使得檢測數據快速增長。按照該結果分析能夠判斷出該位置是否與沉井位置接近，并根據監測數據的增長變動情況，判斷沉井是否已完成著床[2]。

4 施工質量控制措施與分析

4.1 沉井定位系統施工

鋼沉井定位系統主要是通過“錨墩加大抓力錨”組合的形式開展現場施工作業，在和沉井中心上下游各215m 的部位上分別設置錨墩結構，與在該中心的南北各200m 的部位上設置4 個抓力錨，將各個結構聯合使用，從而形成了邊錨錠的系統。該結構體系內，設置有20t 的抓力錨，使用的是150t 浮吊拋錨，在拋錨工作結束后，兩側邊錨的結構上采用同步張拉的施工方式，可以進行定點錨固處理，從而保證錨墩結構的牢固性、穩定性合格，以保證定位數據達到精度的標準。

4.2 沉井著床控制措施

沉井著床操作的過程中，必須在潮水位較低的時間段內完成，還要確保偏移量參數控制在合理的范圍內。沉井著床前，要及時進行錨墩系統的調節，并且做好收緊處理，保證沉井位置處于合理的范圍內，該環節的沉井頂面、地面中心達到精度的要求，與設計方案的偏差控制在合理的范圍內。注水下沉操作中，要持續性調節錨纜受力狀態，保證鋼沉井的效果合格。在最后下沉2m 的范圍內，需要再次進行沉降定位精度檢測，達到數據精度的要求，從而提高注水力度，保證沉井順利進行，促進著床精度的提高。

4.3 超大沉井混凝土的施工措施

混凝土在現場施工中，選擇最佳的原材料極為重要，保證混凝土的配合比符合要求，具體有如下要求：使用合理的水泥材料，最好采用水化熱較低的材料；保證碎石的級配符合要求；使用性能優越的中砂材料；根據混凝土材料的需要加入適當的粉煤灰，以減少水泥加入比例；加入高效減水劑材料，延長初凝時間。根據分倉、對稱順序開展澆筑作業，保證均衡性，不會存在傾斜或者壓力過大的情況，否則將會對沉井結構造成過大的影響，實現結構穩定性、安全性的提升。從四周到中心、對稱的方式澆筑作業。根據現場的沉降監測的數據做好調整和改變，每一個隔倉內需要設置2～4套導管的形式，同時還要設置3～5 個測量點，隨時進行內部混凝土標高的檢測。沉井著床之后，第一節混凝土的結構采用的是水下混凝土澆筑方式，達到規定標高尺寸后，在內部設置導管結構，保證不會給其他隔倉產生任何的影響。在水下混凝土結構強度性能合格后，需要進行抽水、鑿毛處理工作，在相對干燥的條件下進行分隔、分次、對稱的方式澆筑施工，保持沉降達到穩定的要求。同時，還要降低混凝土散熱的速度，減少入摸的溫度，并且落實蓄熱保護措施。

4.4 沉井的接高、下沉及糾偏

要想避免沉井環節發生傾斜的問題，需要采取對稱的方式澆筑施工。澆筑施工中，先進行四周澆筑，逐步向中間移動；先澆筑井壁，然后是隔墻結構，對稱澆筑進行，底部荷載均勻分布，達到結構穩定、安全的要求。沉井吸泥作業，執行工藝方案的要求，保證沉井達到垂直的標準，保證結構尺寸符合要求，通常和底部保持2m 的距離，防止出現深度過大而導致翻砂、突沉的情況，如果這樣，傾斜度無法控制。沉井頂面標高一側刃腳的部位上，有足夠的土壤材料，需要做好糾偏處理，不會發生傾斜的問題。如果沉井下沉出現偏移，要做好各個尺寸的控制，還要及時糾正，不會存在傾斜過于嚴重的情況。如果沉井下沉出現扭轉的情況，要立即糾正方向，不會影響結構的性能與質量。因此，沉井施工中，必須進行下沉和糾偏處理，保證尺寸合格，提高工程的質量，消除不利影響因素。

5 結語

綜上所述，該橋梁主橋3#墩沉井施工主要采用錨墩+重力錨組合定位系統二次定位+注水快速著床的施工方案，有效克服了所面臨的沉井體積大，著床精度要求高，墩位水深大且水流湍急，工程地質條件復雜等技術難題，應用實時監測技術在水流和風速較小期間，向沉井井壁及隔艙內快速注水，保證了沉井著床過程快速而精確地完成，并使著床后的沉井傾斜度、中心偏位、平面扭轉角等指標均達到了設計及規范要求。