桥梁工程沉井定位着床施工问题研究

郭小玲、康军

（吉安市公路建设和养护中心泰和分中心，江西泰和343700）

1 工程概况

某大桥主桥为三索面钢桁梁斜拉桥，其3#墩位于主河槽段，河床面设计标高均值-25.40m，水深均值30.4m，汛期如果不考虑冲刷状态，水深可以达到37m。3#墩基础为圆端沉井结构，其顶、底标高分别是6.0m和-54.0m，总设计高度60.0m，上部18m 以上为混凝土结构，下部42m 为钢结构，沉井基础总重16 万t。沉井上端、中间段及下端平面尺寸分别为62m×40m、60m×38m、62m×38.5m。该桥墩沉井布置示意图，如图1所示。

图1 3#墩沉井布置示意图（单位：m）

2 沉井定位着床施工方案

该桥梁主桥3#墩沉井体积大，着床精度要求高，墩位水深大且水流湍急，工程地质条件复杂，沉井施工必须穿过厚7.7m 粉砂层、4.9m 黏土层和19.4m 细圆砾土层，最终的承载结构是细圆砾石层。沉井位置极易受到水流、波浪、冲刷及漩涡激振影响较大，着床存在一定难度，经过对桥梁沉井施工所面临的水文地质条件、施工精度要求、沉井结构类型等的综合分析，决定采用锚墩+重力锚组合定位系统二次定位+注水快速着床的施工方案[1]。

通过锚墩+重力锚组合定位系统进行沉井着床施工中偏位、倾角的定位和调整，由于两侧锚区河床标高南高北低，沉井边锚应采用不对称布置。应用锚定结构定位处理，根据初步定位、精确定位的顺序进行定位作业。初步定位主要是将各个结构上的锚绳进行必要的调整，然后把沉井调整到墩位上；精确定位则通过调整锚绳并在隔舱内注水，使沉井在重力作用下缓慢匀速下沉，在沉井精确定位后，开启连通管，同时快速注水作业，立即着床。

3 沉井着床施工控制及监测

3.1 沉井定位

该桥梁工程钢沉井定位着床采用由锚墩、重力锚、拉收缆系统所组成的锚墩+重力锚组合定位系统，将符合施工需要的锚墩进行固定，设置在钢沉井上下游250m 的位置上，同时在南北两侧150m 位置上分别安装4 个900t 重力锚。通过上下两层设置的拉收缆系统连接沉井、锚墩和重力锚，组合形成收缆系统一侧和锚顶连接，另外一侧和沉井连接，而边锚和重力锚连接，另一端通过边转向连接锚墩顶面收缆系统。主缆和边锚拉缆系统必须对称均匀预拉，以保证沉井定位精度。

初张拉定位系统，根据需要调节沉井倾斜度以及平面扭转度，倾斜度控制在1/150 内，横桥向偏差在1m 以下。为了避免沉井部位和主锚拉缆长度不合格，防止发生沉井锚受力条件不当等问题，应在完成主锚拉缆调整后收紧边锚锚绳，并控制沉井倾斜度和平面扭转角度。

完成沉井初定位后，按设计要求向沉井井壁及隔舱内注水，使沉井缓慢下沉，并进行沉井高差、平面扭转角、倾斜度等的实时监测，调整到指定的监测位置。并且等到沉井下沉到预防护层和地口位置间隔20m 的时候，需要马上停止注水，而后进行定位操作，保证相互定位偏差满足实际需求，一般来说倾斜度不能比沉井高度大，要小于等于1/150，平面扭转角误差不能大于1o。

3.2 沉井着床及纠偏

完成沉井精确定位的基础上，在沉井内壁标出刻度，并选择风速和水流流速较小的时间，从运输船内抽出清水后快速注入井壁与隔舱，使沉井快速着床，并在此期间及时调整拉缆力和拉缆长度，避免沉井发生偏位、扭转。沉井下沉着床过程中必须对称灌注隔舱，根据沉井内壁刻度标识观察并保证各隔舱水位同步上升，避免因重量不均或注水速度不匀而导致沉井倾斜。

3.3 沉井着床监测

本桥梁沉井定位着床存在较大的施工难度和风险，为保证精确度和施工质量，必须应用实时监测技术，加强沉井定位着床全过程监测控制。

在实践阶段中，隔墙底面与刃脚是监测的重点对象，将所采集到的应力监测数据无线传输至云监测平台，并根据两处应力变化情况做出沉井是否顺利着床的判断。同时在隔墙踏面底部钢板位置与刃脚踏面位置上均设置了应力监测点，为保证均匀性，沉井底部共设置11 个土压力计。

沉井底面应力可分解为土压力传感器深度内静水压力和土体接触土压力两部分，沉井着床前下沉过程中无土体接触土压力，沉井底面应力监测数据稳定。沉井着床过程中土压力传感器同时受到土体以及水压的影响，使得检测数据快速增长。按照该结果分析能够判断出该位置是否与沉井位置接近，并根据监测数据的增长变动情况，判断沉井是否已完成着床[2]。

4 施工质量控制措施与分析

4.1 沉井定位系统施工

钢沉井定位系统主要是通过“锚墩加大抓力锚”组合的形式开展现场施工作业，在和沉井中心上下游各215m 的部位上分别设置锚墩结构，与在该中心的南北各200m 的部位上设置4 个抓力锚，将各个结构联合使用，从而形成了边锚锭的系统。该结构体系内，设置有20t 的抓力锚，使用的是150t 浮吊抛锚，在抛锚工作结束后，两侧边锚的结构上采用同步张拉的施工方式，可以进行定点锚固处理，从而保证锚墩结构的牢固性、稳定性合格，以保证定位数据达到精度的标准。

4.2 沉井着床控制措施

沉井着床操作的过程中，必须在潮水位较低的时间段内完成，还要确保偏移量参数控制在合理的范围内。沉井着床前，要及时进行锚墩系统的调节，并且做好收紧处理，保证沉井位置处于合理的范围内，该环节的沉井顶面、地面中心达到精度的要求，与设计方案的偏差控制在合理的范围内。注水下沉操作中，要持续性调节锚缆受力状态，保证钢沉井的效果合格。在最后下沉2m 的范围内，需要再次进行沉降定位精度检测，达到数据精度的要求，从而提高注水力度，保证沉井顺利进行，促进着床精度的提高。

4.3 超大沉井混凝土的施工措施

混凝土在现场施工中，选择最佳的原材料极为重要，保证混凝土的配合比符合要求，具体有如下要求：使用合理的水泥材料，最好采用水化热较低的材料；保证碎石的级配符合要求；使用性能优越的中砂材料；根据混凝土材料的需要加入适当的粉煤灰，以减少水泥加入比例；加入高效减水剂材料，延长初凝时间。根据分仓、对称顺序开展浇筑作业，保证均衡性，不会存在倾斜或者压力过大的情况，否则将会对沉井结构造成过大的影响，实现结构稳定性、安全性的提升。从四周到中心、对称的方式浇筑作业。根据现场的沉降监测的数据做好调整和改变，每一个隔仓内需要设置2～4套导管的形式，同时还要设置3～5 个测量点，随时进行内部混凝土标高的检测。沉井着床之后，第一节混凝土的结构采用的是水下混凝土浇筑方式，达到规定标高尺寸后，在内部设置导管结构，保证不会给其他隔仓产生任何的影响。在水下混凝土结构强度性能合格后，需要进行抽水、凿毛处理工作，在相对干燥的条件下进行分隔、分次、对称的方式浇筑施工，保持沉降达到稳定的要求。同时，还要降低混凝土散热的速度，减少入摸的温度，并且落实蓄热保护措施。

4.4 沉井的接高、下沉及纠偏

要想避免沉井环节发生倾斜的问题，需要采取对称的方式浇筑施工。浇筑施工中，先进行四周浇筑，逐步向中间移动；先浇筑井壁，然后是隔墙结构，对称浇筑进行，底部荷载均匀分布，达到结构稳定、安全的要求。沉井吸泥作业，执行工艺方案的要求，保证沉井达到垂直的标准，保证结构尺寸符合要求，通常和底部保持2m 的距离，防止出现深度过大而导致翻砂、突沉的情况，如果这样，倾斜度无法控制。沉井顶面标高一侧刃脚的部位上，有足够的土壤材料，需要做好纠偏处理，不会发生倾斜的问题。如果沉井下沉出现偏移，要做好各个尺寸的控制，还要及时纠正，不会存在倾斜过于严重的情况。如果沉井下沉出现扭转的情况，要立即纠正方向，不会影响结构的性能与质量。因此，沉井施工中，必须进行下沉和纠偏处理，保证尺寸合格，提高工程的质量，消除不利影响因素。

5 结语

综上所述，该桥梁主桥3#墩沉井施工主要采用锚墩+重力锚组合定位系统二次定位+注水快速着床的施工方案，有效克服了所面临的沉井体积大，着床精度要求高，墩位水深大且水流湍急，工程地质条件复杂等技术难题，应用实时监测技术在水流和风速较小期间，向沉井井壁及隔舱内快速注水，保证了沉井着床过程快速而精确地完成，并使着床后的沉井倾斜度、中心偏位、平面扭转角等指标均达到了设计及规范要求。