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      超大沉井施工質(zhì)量控制研究

      2021-01-08 05:45石峻峰
      綠色科技 2020年22期
      關(guān)鍵詞:沉井基礎(chǔ)混凝土

      陳 克 ,石峻峰

      (湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 432200)

      1 引言

      沉井基礎(chǔ)由于埋置深度大,整體性能比較強(qiáng),剛度大,穩(wěn)定性好,能夠承受較大的垂直荷載和水平荷載,已被廣泛應(yīng)用于橋梁、采礦業(yè)、水利、水電等工程[1]。隨著我國建筑工業(yè)的快速發(fā)展,愈來愈多的超大型沉井基礎(chǔ)被應(yīng)用到工程建設(shè)中來,如泰州大橋中塔沉井基礎(chǔ)67.9 m×52 m[2],江陰大橋北錨碇沉井69 m×51 m[3],武漢楊泗港長江大橋沉井基礎(chǔ)77.2 m×40.0 m[4],溫州甌江北口大橋中塔鋼沉井66 m×55 m[5]等。超大沉井基礎(chǔ)一般都在幾十米左右,施工有很大難度,但目前尚未見針對性的報道,本文針對某特大橋沉井基礎(chǔ),對超大沉井施工過程中出現(xiàn)的重難點(diǎn)問題進(jìn)行了分析與研究。

      2 工程概況

      某特大橋位為連接蘇南與蘇中地區(qū)、是實(shí)現(xiàn)區(qū)位優(yōu)勢互補(bǔ)的節(jié)點(diǎn)性交通工程,其跨長江主橋采用雙層斜拉橋方式。大橋6號主塔墩采用沉井基礎(chǔ)形式,沉井從下至上分為10節(jié),第1節(jié)底節(jié)段高度為9.0 m,第2~9節(jié)標(biāo)準(zhǔn)段的高度均為6.0 m,第10節(jié)高度為7.0 m,沉井基礎(chǔ)平面呈圓端型,立面為臺階型,底面尺寸95.0 m×57.8 m,圓端半徑28.9 m;沉井頂面尺寸77.0 m×39.8 m(橫橋向×縱橋向),圓端半徑19.9 m,臺階寬度9.0 m(圖1)。沉井為填充混凝土的鋼殼結(jié)構(gòu),為國內(nèi)平面尺寸最大的水中沉井基礎(chǔ)。

      沉井基礎(chǔ)所在場地范圍內(nèi)的地層條件較為特殊,6號墩沉井基礎(chǔ)場地范圍內(nèi)上部為軟塑粉質(zhì)黏土、硬塑粉質(zhì)黏土及松散-稍密粉砂交互夾層,下部為中密-密實(shí)砂層(自上而下依次為粉砂、細(xì)砂及中砂),在持力層上部為軟塑狀粉質(zhì)黏土層,最大厚度超過10 m,且地層起伏較大,在沉井基礎(chǔ)平面位置內(nèi)的部分鉆孔未見該軟塑粉質(zhì)黏土層(圖2)。

      圖1 沉井總體布置

      3 超大沉井施工重難點(diǎn)

      3.1 沉井的定位

      超大沉井平面和垂直度的定位精度無法滿足要求,因此鋼沉井段的定位系統(tǒng)的布置至關(guān)重要,不僅要能在強(qiáng)潮急流中穩(wěn)定沉井使其精確定位,而且要需要及時地調(diào)整沉井定位系統(tǒng)各錨纜張力的大小、以使鋼沉井段最終精確定位。

      3.2 沉井的著床

      沉井在著床過程中,沉井平面范圍內(nèi)的河床會出現(xiàn)沖淤變化,造成河床面前低后高,對沉井的著床和定位精度造成較大影響,需要準(zhǔn)確掌握河床沖刷深度、淤積情況,保證鋼沉井著床前河床面基本平整,確定著床前的預(yù)偏方向和預(yù)偏量,才能使沉井在深水急流中順利準(zhǔn)確定位著床,是本項(xiàng)目的施工難點(diǎn)。

      3.3 沉井中混凝土的施工

      井壁及隔艙內(nèi)填充混凝土,填充過程中如何保證混凝土填充質(zhì)量、滿足沉井結(jié)構(gòu)受力要求是本項(xiàng)目的施工難點(diǎn)。沉井封底、承臺均屬大體積混凝土結(jié)構(gòu),一次連續(xù)澆筑的混凝土量巨大,需要投入的混凝土澆注設(shè)備太多。

      圖2 沉井基礎(chǔ)立面

      3.4 沉井接高及下沉

      該超大沉井在接高下沉過程中將歷經(jīng)一次汛期,需要由于施工工期緊,保證沉井安全渡汛,以及汛期沉井井壁接高、下沉施工是本項(xiàng)目的施工重點(diǎn);同時,由于沉井下沉深度(入土)超過40 m,且需要穿過多個不同的地質(zhì)層,如何將巨大的沉井安全、順利下沉到設(shè)計標(biāo)高是項(xiàng)目施工的難點(diǎn)。保證沉井在澆筑過程中不出現(xiàn)傾斜、突沉的情況。

      3.5 沉井黏土層施工

      沉井地層自上而下總體呈粉質(zhì)黏土-砂土交互夾層分布模式,且地層交互分界面的起伏較大,對應(yīng)沉井基礎(chǔ)在下沉過程中的受力特征轉(zhuǎn)換較為頻繁,且在穿過地層分界面時產(chǎn)生不對稱下沉及偏位的可能性較大。

      4 施工質(zhì)量控制措施與分析

      4.1 沉井定位系統(tǒng)施工

      鋼沉井定位系統(tǒng)采用“錨墩加大抓力錨”相結(jié)合的方式(圖3),距離沉井中心上下游方向各215 m的位置布置一個錨墩,距鋼沉井中心南北方向各200 m的位置布置4個大抓力錨組成邊錨錨碇。邊錨錨碇采用20 t大抓力錨,利用150 t浮吊拋錨,拋錨完成后將兩側(cè)邊錨進(jìn)行同步對稱張拉,實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)錨固,從錨墩系統(tǒng)可以提供牢靠而使沉井達(dá)到精確定位的目的。

      注:單位為mm

      4.2 沉井著床控制措施

      沉井著床時選擇在低平潮水位時間段,并向下游設(shè)置一定的預(yù)偏量。沉井著床前,不斷收緊和調(diào)整錨墩系統(tǒng),使沉井位置變化范圍控制在設(shè)計規(guī)定的范圍內(nèi),此階段沉井頂面、底面中心與設(shè)計中心偏差在任何方向不得大于沉井高度的1/150,沉井傾斜不得大于1/150,沉井平面扭轉(zhuǎn)角不得大于1°[6]。在注水下沉過程中不斷精調(diào)錨纜的受力,使鋼沉井保持精確定位的姿態(tài),最后2 m下沉階段,再次復(fù)核沉井定位精度,確認(rèn)無誤后,加大注水力度,使沉井快速、精確著床(圖4)。

      圖4 沉井注水系統(tǒng)布置

      4.3 超大沉井混凝土的施工措施

      混凝土施工需要合理選擇原材料,優(yōu)化混凝土配合比:選用水化熱較低的水泥;采用級配良好的碎石;采用優(yōu)質(zhì)中砂;在混凝土中摻入Ⅰ級粉煤灰以減少水泥用量;摻用高效減水劑,延長混凝土初凝時間,延緩水泥水化熱峰值出現(xiàn)的時間。

      按照分艙、對稱的順序進(jìn)行水下混凝土灌注,確保對沉井均衡加載,避免對沉井結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響,確保整個沉井結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、安全。

      按從四周向中心、相對對稱的順序進(jìn)行灌注?,F(xiàn)場可根據(jù)沉井監(jiān)測數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整隔艙灌注順序。每個隔艙內(nèi)布置2~4套導(dǎo)管,并布置3~5測點(diǎn),隨時測量隔艙內(nèi)混凝土面標(biāo)高。沉井著床后,首節(jié)混凝土采用水下混凝土澆筑,混凝土達(dá)到預(yù)定標(biāo)高后,其隔艙內(nèi)的導(dǎo)管根據(jù)灌注順序倒用到其他隔艙內(nèi),繼續(xù)灌注水下混凝土,直至完成所有井壁的水下混凝土灌注。

      待水下混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后,抽水,鑿毛清理,干環(huán)境下分隔艙、分次、對稱澆筑隔艙混凝土。干澆一次,吸泥下沉一次,確保平穩(wěn)下沉。同時采用雙滲技術(shù),埋置冷卻水管,減小澆注層厚度,加快混凝土散熱速度,降低混凝土入模溫度,保濕蓄熱養(yǎng)護(hù)(圖5)。

      圖5 沉井井壁混凝土澆筑工藝流程

      4.4 沉井的接高、下沉及糾偏

      為了防止沉井在澆注過程中傾斜,沉井混凝土需分區(qū)對稱均勻澆注。澆注順序?yàn)椋河伤闹芟蛑虚g,先井壁后隔墻,對稱澆注,確保對沉井均衡加載,確保結(jié)構(gòu)平穩(wěn)、安全。

      沉井吸泥下沉施工按“先中后邊、分層對稱破土、先高后低、及時糾偏”的原則進(jìn)行操作,使沉井保持均勻垂直下沉。沉井井孔中部鍋底深度,一般控制在2 m左右,避免鍋底過深發(fā)生沉井突沉和翻砂,造成沉井下沉量和傾斜度無法控制。

      若沉井下沉發(fā)生傾斜,在沉井頂面高的一側(cè)刃腳處進(jìn)行偏吸泥、偏除土,刃腳低的一側(cè)保持不動,盡可能地減少高的一側(cè)的正面阻力,保留低側(cè)沉井孔局部土壤,增大沉井的糾偏力矩的方法,使沉井傾斜得到糾正。

      若沉井下沉發(fā)生偏移,位移糾正方法一般是控制下沉并不再向位移方向傾斜,同時有意識地使沉井向位移相反方向傾斜,糾正傾斜后,使其伴隨向位移相反方向產(chǎn)生一定位移糾正。

      若沉井下沉發(fā)生扭轉(zhuǎn),扭轉(zhuǎn)可按糾正位移方法糾正,使傾斜方向?qū)?zhǔn)沉井中心,然后糾正傾斜,扭轉(zhuǎn)隨之得到糾正。

      4.5 沉井下穿黏土層施工技術(shù)

      結(jié)合既有工程監(jiān)測數(shù)據(jù)中結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化規(guī)律及本項(xiàng)目有限元數(shù)值計算模型的結(jié)果,布置一定數(shù)量的應(yīng)力監(jiān)測傳感器,對下沉過程的結(jié)構(gòu)應(yīng)力等進(jìn)行監(jiān)測。采用新型的水下液壓絞吸機(jī)進(jìn)行沉井孔內(nèi)取土,同時配備智能高效取土設(shè)備配合在取土盲區(qū)(剪力鍵和刃腳根下)取土施工。在下沉困難時啟用預(yù)留的輔助下沉措施(空氣幕、射水管等),確保沉井下沉順利可控。

      5 結(jié)語

      隨著交通事業(yè)的快速發(fā)展,橋梁設(shè)計形式開始多樣化,結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜,跨度也隨之越來越來越大,沉井基礎(chǔ)以其獨(dú)特的優(yōu)勢在橋梁建設(shè)中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。而超大沉井的施工過程中存在的問題也隨之突顯出來,施工專員需要把握整個施工的質(zhì)量,超大沉井施工質(zhì)量的控制由施工的整個工序決定,明確超大沉井施工的問題,制定相應(yīng)的質(zhì)量控制方案與措施,把握關(guān)鍵技術(shù),才能順利控制超大沉井施工的質(zhì)量。

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