公路大桥南锚碇沉井基础下沉施工技术

汤立

（中交第二航务工程局第二工程有限公司，重庆 401120）

1 工程概况

该桥全长2600多米，工程施工内容包括南塔及基础、通道检查、南塔附属设施、南锚碇和南引桥等。南引桥包含合并段和分离段两部分，双层桥面是合并段的主要形式。上层设计为双向六车道的高速公路复线，下层设计为南金一级公路。大桥施工区域的地层类型为凝灰岩，同时伴有辉绿岩、霏细斑岩和花岗斑岩等岩石类型。该地区属于亚热带季风气候区域，同时海洋会对其产生调节作用，具有显著的季风特点，四季气候变化明显，夏天没有酷暑天气，冬天没有严寒天气，降雨量充沛，时常会受到台风的影响。

2 工程重难点

（1）该施工区域存在软弱土层，给整个施工作业造成严重的影响。软弱地层的沉井下沉施工中，南锚碇沉井地基软弱层厚度在40m以上，地基承载能力较差，沉井施工的难度系数非常大。

（2）控制沉井下沉精度。沉井的体量较大，混凝土沉井接高下沉的精度和钢沉井拼装施工的要求比较严格。

（3）处理沉井地基。淤泥灵敏度较高，砂桩的加固施工深度较深，砂桩的长度在国内首创第一，设备选型难度非常大。

（4）挖掘刃脚卵石层是沉井持力层的主要施工形式，其承载力较大，要想使其下沉到位，施工难度系数比较高。

（5）防护河堤。沉井与防汛大堤的距离比较近，挖土和降水会给其造成负面影响。

3 南锚碇沉井基础下沉施工

3.1 施工准备

沉井结构是南锚碇的基础，软弱土层厚度达到40m以上，事先采取措施处理砂桩软基，使首节钢沉井拼装、第二节和第三节混凝土沉井接高施工时不会出现较大程度的压缩沉降，防止出现不均匀沉井或者突沉，使沉井出现损坏、倾斜的情况。在沉井全过程和接高时，做好下沉系数和接高系数验算工作。借助接高系数合理管控沉井接高整个过程，接高时控制好下沉问题，使沉井接高施工质量满足设计要求[1]。浇筑混凝土时，入仓混凝土量对称施工，实时动态监测沉井过程，必要时调整入仓混凝土量。要想使沉井下沉速度和施工质量满足设计标准，要科学管理下沉系数。沉井的软弱地层厚度较大，易发生突沉的情况，在采取砂桩加固方法的同时，在每次下沉后预留4m左右的高度在外面，管控好沉井没顶问题。

塔吊配合龙门吊是沉井接高起重使用的主要设备，塔吊的布置方式有沉井外侧设移动塔吊、沉井外侧设固定塔吊和沉井井壁设固定塔吊等。在布置起重设备时，以设备自身安全风险和给沉井可能带来的影响为依据。南锚沉井软弱地层的厚度在40m以上，下沉初期不会有侧向约束存在、易导致倾斜的问题，如果将塔吊固定在井壁上，塔吊会随沉井一起倾斜。塔吊起重作业会给沉井带来不均匀的荷载，加快了倾斜的速度。

3.2 沉井下沉

部分降排水下沉施工技术是沉井的核心技术，使用沉井姿态监测系统完成沉井下沉施工测量任务，在校核时使用的主要方法为水准仪精密几何水准测量和全站仪三维坐标测量，及时观测沉井每个仓内泥面的标高[2]。沉井下沉施工测量流程如图1所示。

在沉井下沉过程中，监测沉井姿态的主要设备为沉井姿态监测系统，使沉井三维姿态数据实现实时、全天候的高效输出，为取土下沉施工提供了便利的条件。通过创建预警预报系统，使突沉现象在第一时间反馈到相关负责部门。监测系统组网和现场安装的具体情况如图2所示。

图1 沉井下沉施工测量流程

图2 监测系统组网及现场安装

沉井下沉初期不会受到导向的约束，沉井姿态控制存在难度，容易出现偏位或倾斜的情况，所以使用降排水取土下沉施工技术来完成沉井初期施工，使整个施工在可控、可视的情况下完成，科学管控沉井姿态，正确形成沉井下沉导向。南锚碇沉井高度为68m，在沉井后期施工时依然使用降排水下沉技术会导致以下情况：突沉风险系数和沉井浮容重增加；沉井与瓯江比较接近，降排水难度系数大；降水量过大，使四周建筑物和大堤出现沉降超标的情况，给防护工作造成严重的影响。因此，沉井中后期使用的下沉技术为不排水吸泥技术。

在专业的制造厂将首节钢沉井制作成一个个小节段，运送到施工现场组装，钢沉井夹壁混凝土采取分次对称浇筑的方法；分层分段对称接高和翻模法接高是混凝土沉井的主要施工技术。第二节和第三节混凝土沉井接高施工完成后做好井内抽水作业，取土下沉使用的主要方法为十字槽开挖法。沉井下沉到卵石层前，剪力键支撑状态或全截面支撑状态是下沉过程和接高的主要形式；大锅底状态是卵石层下沉的主要状态。

3.3 沉井降排水下沉

沉井降排水下沉会给老堤造成致命的伤害，所以要事先完成改堤工作。在仔细分析沉井降水给改堤和标准堤造成的影响后发现，标准堤的最大沉降量为32mm，改堤的最大沉降量为3mm。而《堤防工程设计规范（GB 50286—2013）》[3]中明确指出，标准堤容许沉降量为32mm，改堤的容许沉降量为35mm，这就不难发现标准堤无法满足大堤安全的标准，计划在沉井和标准堤之间增加旋喷桩隔水帷幕，保证大堤的安全。

3.4 沉井终沉

卵石层是沉井持力层的主要形式，沉井在分区隔墙和周边刃脚支撑的情况下，沉井下沉系数为0.9，无法满足下沉的设计标高要求，所以沉井要在四周刃脚支撑的作用下终沉到底，终沉过程中下沉系数为1，能够及时设计标高终沉的标准。完成终沉以后，分区隔墙刃脚使用抛石填筑，构成“四锅底”的模式。沉井终沉从卵石层穿过，小粒径卵石使用的取土吸泥技术为潜水钻与冲吸法配合的方法，抓斗取土技术主要应用于大粒径卵石层，在处理刃脚位置时，采取的方式有小直径钻机松动刃脚处卵石、井壁内预埋管道和高压射水等。

3.5 沉井顶盖板与锚碇施工

锚体和沉井顶盖板属于大体积混凝土，在确定分层施工高度时使用温控分析法。在顶盖板预制安装和底模梁板预制的过程中，使用的主要设备为龙门吊配合履带吊的方法，分三层完成顶盖板的浇筑施工。挂架模板是锚体施工的主要设备，使用的施工技术为翻模法。将钢管支架支撑设置在前支墩和前锚室中，使用钢支架精准定位散索鞍索导管并固定好。安装锚碇系统时对精度的要求非常高，采取测量控制的方法来确保安装施工满足设计标准。

3.6 沉井封底及填仓

沉井使用对称封底施工技术可以避免沉井基底偏载问题，分两次完成封底施工，每一次封底施工的混凝土浇筑量要达到设计值的标准。项目区域内有多家混凝土搅拌站，以项目部搅拌站为核心，与其中一家搅拌站合作，能够满足沉井封底和填仓混凝土施工的需求。首次填仓混凝土和封底混凝土的使用剂量比较大，需与其他搅拌站合作，其余施工位置所使用的混凝土由项目部搅拌站供应。

4 结语

受大桥南锚沉井深度较大的影响，最终使用的施工方法为南锚碇沉井基础下沉施工技术，将工序转换控制在最小的范围内，合理管控工期，确保下沉施工顺利完成。在下沉后期，将空气幕打开辅助下沉，将沉井下沉阻力降到最小，使下沉速度满足设计的要求。