湘桂线湘江1号特大桥水中基础沉井围堰施工技术

2011-02-02刘锡斌

铁道建筑 2011年9期

关键词：沉井卵石湘江

刘锡斌

(中铁九局集团有限公司，沈阳 110013)

湘桂线湘江1号特大桥水中基础沉井围堰施工技术

刘锡斌

(中铁九局集团有限公司，沈阳 110013)

本文结合湘桂铁路湘江1号特大桥的施工，重点介绍了2#、4#及5#水中基础采用的圆形钢筋混凝土沉井围堰施工技术，在不受航道通航、泄洪和水深等条件影响下，钢筋混凝土沉井围堰是较好的选择。

钢筋混凝土沉井围堰下沉纠偏施工

1 工程概况

新建湘桂铁路湘江1号特大桥(图1)主要为跨越湘江而设，夹角为90°，由中铁九局承建。桥址处湘江河流顺直，主河槽较宽，无河滩。全桥孔跨布置为：2×32.6 m简支梁+(48.6+2×80+48.6)m预应力混凝土连续梁 +8×32.6 m简支梁组合梁，全桥长592.6 m。

图1 湘江1号特大桥全桥布置示意(单位：cm)

2#墩～6#墩处于水中，钻孔桩基础，矩形承台，其中2#、5#及6#墩桩基础采用筑岛围堰进行施工，水中承台开挖深度约为9.6 m(最大深度)，拟采用薄壁钢筋混凝土沉井围堰进行桩基础及承台施工。

1.1 地质条件

1)卵石土：饱和，Ⅲ级，地层承载力σ0=200 kPa。

2)灰岩：W2，Ⅴ级，地层承载力 σ0=1 000 kPa。5#墩及5#～6#墩之间有溶洞。

1.2 水文情况

桥址处常水位80.5 m，常水位下水面宽达400 m。本桥5#、6#墩床地势比较平坦，水深一般在2 m左右，7月份后河床外露于水面;3#墩、4#墩位于主河道内，主河道一般水深在2～4 m。9月份以后受浯溪水电站水库的影响，水位上涨1 m，新建浯溪水电站蓄水对本工程施工有重要影响。

湖南省水利水电勘测设计研究院编制《浯溪水电站水库淹没处理及移民安置规划设计报告》及《浯溪水电站初步设计报告》，其计算结果：流量 Q1=16 000 m3/s，设计水位 H1=94.30 m;流量 Q5=13 000 m3/s，通航水位 H5=91.86 m。

2 沉井围堰设计

2.1 设计总体思路

主河道河床底高程约76 m，其它河床高程约78.6 m。洪水位在5月份，属季节性河流。进入7月中下旬后，水位降至80.5 m左右，即水深约2～4 m。考虑到新建浯溪水电站蓄水、航道通航及经方案比选(见表 1)，最终确定 3#、4#墩采用双壁钢围堰施工，2#、5#及6#墩利用筑岛沉井施工桩基及承台非常有利。本文仅以5#墩为例对沉井施工进行介绍。

采用薄壁沉井施工有类似工程的施工经验，造价成本较低(与双壁钢围堰施工方案比较)，可确保施工安全和施工质量。

2.2 拟定沉井尺寸

沉井是为桩基础及承台施工而设计的临时阻水结构，其作用是通过沉井的侧壁和底板上的封底混凝土围水，沉井侧墙作为桩基础施工平台支撑，并为承台施工提供无水的干处施工环境。

沉井由刃脚和井身两部分组成，该工程采用就地在墩位上直接制造的圆形沉井。为了保证沉井在下沉过程中整体性和沉井到位后有足够的强度，沉井采用C30钢筋混凝土结构，封底混凝土采用水下C25。依据相关规范和资料，考虑土压力和水压力，经计算确定其构造尺寸为：承台的平面尺寸为9.6 m×16.2 m，圆形沉井内壁与承台之间的净空保留1 m，沉井内径为21.4 m，高11.2 m(以5#墩为例)(见表 2)，分四节为4.0 m+3.0 m+2.5 m+1.7 m，底节和第二节壁厚1 m，第三节和顶节壁厚0.8 m。

表1 围护方案可行性比较

表2 2#、5#及6#墩混凝土沉井高程 m

3 沉井围堰施工

3.1 沉井围堰施工顺序

水中墩施工顺序：炸礁→筑岛围堰→现浇钢筋混凝土围堰→围堰下沉→次节接高下沉→第三节接高下沉→第四节接高下沉→埋设钢护筒→沉井封底→钻孔桩施工→抽水→承台施工。

3.2 炸礁

6#墩砂卵石覆盖层较厚，承台底以下2 m的范围内仍是砂卵石，故不必炸礁。3#、4#、5#墩砂卵石覆盖层较薄，承台全部或局部位于岩层内，需炸礁至承台底以下2 m。5#墩承台平面尺寸16.2 m×9.6 m，对角线长18.83 m，炸礁直径25 m。

施工方法：先清除卵石覆盖层，钻孔爆破后疏挖石渣。水下砂卵石覆盖层采用1.0 m3反铲挖泥船进行水下开挖，拖轮拖带40 m3开体泥驳船进行装、运、卸。水下爆破采用乳化炸药。钻孔采用潜孔钻机船钻孔爆破。水下清渣采用0.5 m3长臂反铲挖泥船进行水下开挖，拖轮拖带40 m3开体泥驳船进行装、运、卸渣。

3.3 河边筑岛

6#墩直接筑岛，5#墩炸礁后筑岛。岛体部分采用黄土、砂土、细颗粒砂卵石填筑，炸礁坑体用河砂，以便混凝土围堰下沉。行车堤填料就地取材。迎水面码砂袋，端头急流处下铁笼以防冲刷。岛面高于施工水位0.5 m。筑岛剖面见图2。

3.4 沉井制作

经过分析计算论证，换填可保证具有足够的承载力的粗砂土层。在换填部位按沉井刃脚集合形状开挖出基槽，内侧砌砖模。刃脚内侧斜面及底隔梁砌砖模，砌筑砂浆7号，砖面用2 cm砂浆抹面。

钢筋混凝土沉井围堰施工时用钢管脚手架做内外侧施工平台，圆形定型钢模板，人工配合吊机立模。钢筋工程同一般普通混凝土结构施工相同。混凝土在现场搅拌站集中拌制，用混凝土泵车沿井壁均匀对称浇筑，每节混凝土一次连续浇筑完成。

3.5 沉井下沉准备工作

图2 筑岛剖面图(单位：m)

1)沿沉井井壁高度方向每隔1 m弹设一圈水平墨线，并在沉井内外侧井壁上弹设垂直墨线，并悬挂垂球，垂球离井壁距离均为300 mm，直观地显示沉井垂直度情况。

2)待沉井混凝土强度养护至设计强度的70%后，即可进行沉井下沉施工。

3.6 沉井下沉

沉井下沉(指每分节沉井)可分为两个阶段进行。第一个阶段为下沉阶段，本节沉井下沉的前半部分以下沉为主，但须注意均匀下沉，避免出现大量翻砂、沉井突然下沉、倾斜等现象。第二阶段为纠偏下沉阶段，此时应以纠偏、防偏为主，但从整个沉井下沉来说，上半部分尤其应注意防偏，以免沉井已下沉较深再纠偏而增加纠偏困难。

2010年8月11日开始沉井刃脚施工，8月13日完成刃脚混凝土灌注，8月18日完成第一节2.8 m混凝土，共计 4 m。8月21日混凝土强度达到 70%，KAT320挖掘机进场，开始开挖下沉，到8月25日止共下沉3 m，平均每天下沉0.75 m。9月7日第二节下沉到位，施工13 d下沉3 m，平均每天下沉0.5 m。9月17日第三节下沉到位，施工13 d下沉2.5 m，平均每天下沉0.4 m。9月30日第四节下沉到位，施工13 d完成下沉1.8 m，平均每天下沉0.3 m。

第一节下沉结束后，随着井内深度的增加，且涌水量增大，普通挖掘机难以满足施工需要。第二节开挖采用抓泥下沉和吸泥下沉两种不排水下沉方式。沉井施工桩基施工现场见图3。