温州瓯江北口大桥中塔沉井取土下沉施工技术

潘 济，于宏伟

1.温州瓯江口大桥有限公司，浙江 温州 325026

2.中铁大桥局集团第四工程有限公司，江苏 南京 210031

1 概述

温州瓯江北口大桥为宁波至东莞国家高速公路（上层）和国道228线（下层）共线过江的双层公路桥梁，桥址位于甬台温高速公路温州大桥下游15km处，全长2178m，主桥为215m+2×800m+275m三塔四跨双层钢桁梁悬索桥，桥式布置形式如图1所示。主桥中塔纵桥向为“A”形钢筋混凝土刚性结构、横桥向为门形钢筋混凝土刚性结构，塔高142m；中塔采用沉井基础，沉井下部为填充混凝土钢壳结构，上部为钢筋混凝土结构。沉井横桥向宽66m，纵桥向宽55m，总高68m，其中，钢筋混凝土沉井高9m，钢沉井高59m，平面布置为21个尺寸为11.36m×9.16m的井孔，周边四角井孔设置成圆端形，形成连拱，中塔沉井结构如图2所示。

图1 温州瓯江北口大桥主桥桥式布置（单位：m）

图2 温州瓯江北口大桥中塔沉井基础结构图（单位：cm）

对温州瓯江北口大桥中塔沉井进行全方位地质钻探，中塔沉井工程地质剖面图如图3所示。

图3 温州瓯江北口大桥中塔沉井工程地质剖面图

对比沉井下沉各阶段土体的力学性质，该项目沉井下沉阶段采用了抓斗、空气吸泥机、正循环钻机、反循环钻机等不同的取土机械进行取土施工。文章以温州瓯江北口大桥中塔沉井基础施工为背景，主要讲述中塔钢沉井取土下沉施工方案及关键技术。

2 沉井取土下沉施工方案

钢沉井着床前预先在沉井墩位处进行河床预防护，主要做法为采用级配碎石进行预先抛填，既可减少河床冲刷，又可兼做后期抗台措施，沉井下沉施工主要施工步骤为沉井着床后清除预防护层使沉井刃脚进入土层，后期在沉井范围内进行取土施工使沉井下沉至设计深度。

经过多方案比选论证，综合考虑施工功效等因素，该项目沉井在下沉过程中取土主要方案为防护层采用抓斗抓取方案、淤泥流塑状态下采用传统的空气吸泥机吸泥方案、淤泥质黏土层采用抓斗配合绞吸机以及正循环钻机取土方案、粉质黏土层和卵石层采用反循环钻机取土方案。

3 沉井取土下沉施工技术

3.1 沉井3m防护层取土施工技术

沉井着床后按照既定方案需要清除沉井范围内的防护层，便于沉井进入土层，进行后续下沉施工。

沉井在此施工阶段由于沉井干舷高度的原因，沉没比不满足空气吸泥的要求，无法采用空气吸泥机对井孔内的碎石进行吸除施工，故采用在沉井平面设置平台的方式，利用抓斗吊机进行分区、分层抓取施工，使沉井平稳穿越防护层。

3.2 淤泥质流塑土层取土施工技术

中塔第10节钢沉井接高完成，钢沉井整个钢沉井刃脚处于淤泥层。在淤泥质流塑土中首先采用的是传统的空气吸泥机进行吸泥施工，具体做法为在沉井顶面安装吸泥管路，采用吊装设备起吊空气吸泥机在沉井各个井孔内进行分层吸泥施工，由于涨落潮的影响及吸泥阶段井孔内水量的流失，为满足空气吸泥机施工的过程中的沉没比需求，在吸泥阶段需采用水泵向井孔内进行补水以满足施工需求。

后期由于取土深度的不断增加，淤泥质土体的力学性质发生改变，固结效应明显增强，采用传统的空气吸泥施工时只在吸泥机施工的初段、小范围内适用，后期在井孔内的土体往往形成蜂窝状结构，土体不易坍塌且不形成浆体，空气吸泥机的施工效率明显下降，鉴于此种情况，在淤泥质流塑土中改用原先的抓斗吊进行土体的抓取施工，施工方法与防护层抓取类似。

3.3 淤泥质黏土层绞吸＋高压射水施工技术

随着钢沉井入土逐渐加深，沉井取土逐渐进入淤泥质黏土层，抓斗抓泥施工效率明显降低，主要原因如下：

（1）随着取土深度的不断增加，抓斗从沉井顶工作面到泥面来回时间增加，严重影响了取土效率。

（2）较深处的淤泥质黏土强度高、黏性大，抓斗设备重量轻，种种因素叠加，导致抓斗无法刺入土层，无法实现取土施工。

针对抓斗吊机在淤泥质黏土中取土效率逐渐降低的问题，该项目采用了绞吸机配合弯头射水工艺进行取土施工。具体方案为在沉井顶部安装吸泥管路，采用起吊设备起吊绞吸机对井孔内土体进行绞吸取土施工，在井壁及隔舱下的施工盲区内采用弯头射管对土体进行冲水，加快土体垮塌，便于绞吸机取土。

3.4 淤泥质黏土层钻孔吸泥（正循环）施工技术

随着沉井的不断下沉，取土深度的不断增加，绞吸机取土效率降低比较明显，综合考虑原因如下：

（1）漏电。①随水深加大电缆接头防水密封性差，有泥水侵入，易导致漏电跳闸；②电缆线较长，在绞吸机作业时电缆易刮碰破损或绞断；③电机绕组引出线与电缆接头处渗漏。

（2）土体强度高、黏性大易导致糊钻，导致绞吸机过载烧电机。

（3）桥位地处于淡水与海水的交界处，在此环境下绞吸机结构的腐蚀严重。

综合以上原因，随着施工水深的增加，作业环境差，绞吸机的损坏率大幅度提升，甚至下水后运转几分钟就无法使用，施工效率明显降低。鉴于单纯使用抓斗、空气吸泥机、绞吸机已经无法满足沉井取土需要，该项目经过调研、考察后创新性地引入正循环钻机配合空气吸泥机进行沉井取土施工，具体做法为将钻机平台与沉井顶面进行有效连接，正循环钻机放置在钻机平台上，通过钻机的不断钻进从而搅动固结的黏土层，使土体与水拌和形成浆体，最后采用空气吸泥机配合吸泥施工。通过在各个井孔内不断的移动正循环钻机与空气吸泥机分层、分区域进行取土施工。

3.5 粉质黏土层及卵石层钻孔吸泥（反循环）施工技术

由于正循环钻机在沉井取土的过程中只发挥切削土体的作用，而最终的排泥作业仍然要依靠空气吸泥机进行，整个施工过程并不连贯，为了增强施工的整体性，提高施工效率，该项目引入反循环钻机进行沉井取土施工，相对于正循环钻机配合空气吸泥机的组合，可实现取土排泥一体化。

反循环钻机取土具体做法为在沉井顶面支架上设置排泥管路并与反循环钻机相连，反循环钻机设置于沉井顶部的吸泥支架上，通过滑道上设置的牵引系统实现钻机前后、左右移动，完成井孔取土施工。

4 结束语

温州瓯江北口大桥中塔沉井取土下沉阶段采用了多种取土机械，包括抓斗、空气吸泥机、绞吸机、正循环钻机、反循环钻机，历经在防护层、淤泥、淤泥质黏土、卵石层等不同土层的下沉施工，施工周期长，地质情况复杂，施工工序转换多。与传统单纯采用空气吸泥机取土方式相比，该项目针对不同土层采用不同的取土设备，克服了复杂地质条件下沉井取土下沉的难题，可操作性更强，提高了沉井取土下沉的施工效率，减少了施工的安全质量风险。沉井分阶段取土下沉施工技术在温州瓯江北口大桥的成功运用，丰富了沉井取土下沉的施工方法，可为今后深水桥梁沉井基础在复杂地质情况下取土下沉施工提供参考与借鉴。