锚碇沉井基础施工——以官厅湖水库特大桥为例

锚碇沉井基础施工——以官厅湖水库特大桥为例

彭应川

中铁大桥局集团六公司湖北武汉430100

摘要：近年来，随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了更广泛的应用和发展。本文详细的阐述了官厅湖水库特大桥南锚碇沉井基础施工工艺。

关键词：沉井；锚碇；下沉

一、工程概况

官厅水库特大桥属于怀来县城市道路工程一部分，与京包铁路并行跨域官厅水库，里程桩号范围为K1+936～K3+924，主桥设计采用210m+720m+210m双塔单跨悬索桥，一跨跨越水库水面，锚碇采用重力式沉井结构。

南岸锚锭基础沉井采用钢筋混凝土结构，沉井顶面标高为+475.3，底面标高为+442.3，总高度33m。沉井标准断面尺寸为56×50m，分为16个井孔。南锚沉井共包括6个节段，第一节为刃脚节段，总高度6m，井壁厚2.7m，隔墙厚1.5m，刃脚部分有钢板外包；第二节、第三节每个节段高度为5m，井壁厚2.5m，隔墙厚1.5m；第四节、第五节每个节段高度为6m，井壁厚2.5m，隔墙厚1.5m；第六节高度为5m，井壁厚1.7m。

二、施工工艺

沉井施工前首先进行地基处理，处理后地基标高+476.0m，刃脚标高+473.0m。沉井底节刃脚采用钢板包边，沉井刃脚钢板在钢结构加工场地分块制作，节段制作完成后，运至墩位处进行总体拼装，回填砂支撑。钢壳总拼完成后，进行沉井刃脚3m节段钢筋混凝土施工。

刃脚混凝土强度满足要求后，施工下一节段钢筋、模板、混凝土接高沉井。接高模板采用新制钢模板，1m+2m+1m翻模接高施工。沉井共计分12次接高，标准接高高度为3m，最小接高高度为1m。沉井分为2次下沉，第1～6次接高完成后进行第一次下沉，第7～12次接高完成后进行第二次下沉。首次下沉先采用干挖取土下沉，进入地下水后采用不排水取土下沉，共计下沉13m，下沉后刃脚踏面标高460.0m，第二次采用不排水取土下沉，下沉17.7m，下沉后刃脚踏面标高+442.3m。

（一）防护结构施工

沉井防护结构为钻孔桩和顶部冠梁组合结构。钻孔桩采用旋挖钻机进行施工，冠梁采用钢模一次浇筑成型，采用常规施工工艺。

（二）地基处理

根据设计要求，沉井墩位处地基要求能够承受沉井第一、二节重量，通过计算地基承载力要求不小于241.7KPa。根据地勘资料及工程地质剖面图显示，南锚碇表部5m范围内为黄土，地基承载力容许值为150KPa，为确保地基承载力满足施工要求，采用换填砂垫层处理，使沉井地基承载力不小于300KPa。

对场内地表进行清理至标高+476m后，继续向沉井范围挖土至+471.5m，然后分层填筑粗砂，并利用振动棒将中粗砂振捣密实，回填高度4.5m，砂垫层填筑完成后，对其进行承载力实验，确保满足施工要求。

（三）刃脚施工

为了保证刃脚钢板的刚度，确保刃脚钢板在制作及吊装过程中不变形，在制作时采用∠63型钢临时加劲，在块段断面设置2道，在长度方向设置3三道，刃脚钢板分块制作完成后，采用25t汽车吊配合平板车将节段转运至现场，逐块吊装。吊装前测量放样每个块段的安装位置和基底标高，吊装就位后，复测平面位置和标高都满足要求后，再进行对接块段间连接。现场严格按照编号进行吊装，从远离防护桩侧开始，最后在河心侧进行合拢，在刃脚钢板拼装的同时，对刃脚钢板斜面及侧面回填中粗砂，沉井外圈采用回填土。

在刃脚刃脚钢板拼装完成，并测量校核符合要求后，即可绑扎安装沉井刃脚钢筋，安装模板，进行混凝土施工。

（四）沉井接高

沉井接高包括刃脚混凝土浇筑以及11次接高，标准接高高度为3m，具体接高工况见“图2.1沉井分次接高图”。

沉井钢筋采用车间下料，现场绑扎、焊接。钢筋完成后，沉井采用翻模法施工，模板采用新制定型钢模板，模板高度组合为1m+2m+1m，模板主要由面板、竖肋、横肋、拉杆、作业平台、护栏等部分组成，模板采用对穿拉杆形式固定。沉井混凝土浇筑设备选用3台47m汽车泵进行全断面布料，混凝土罐车运输，沉井每次接高混凝土采用水平对称分层浇筑，每层厚度控制在30cm。

（五）沉井下沉施工

（1）下沉分析

沉井共分两次下沉，第一次下沉13m，第二次下沉17.7m。沉井第一次下沉先采用干挖取土下沉，进入地下水后采用不排水取土下沉，第二次下沉采用不排水取土下沉。

根据设计地勘资料，下沉依次穿过黄土、粉土、粉质粘土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、粉土和细砂，根据计算可知，沉井第一次下沉之前，接高过程中沉井刃脚全部入土沉井处于稳定状态。第一次下沉在取土过程中保持刃脚不取土，根据下沉情况逐步对隔墙刃脚取土，使沉井逐渐形成大锅底形状即可使沉井下沉到位。

终沉之前各节段下沉系数均可大于1.15，仅需根据下沉情况对刃脚底下逐步取土即可顺利下沉到位。下沉过程中需注意取土顺序，始终保持先取隔舱中心土体，在根据沉井下沉情况逐步向刃脚附近取土，主要控制沉井刃脚斜面取土范围和顺序。同时预留空气幕助沉措施，便于控制下沉进度及稳定。

终沉阶段最大下沉系数仅0.88，下沉困难，需采取空气幕助沉措施方可下沉。沉井下沉到设计标高后，刃脚踏面受到土体支撑，关掉空气幕后沉井稳定系数为0.9，小于1，满足施工要求。

（2）干挖取土下沉

沉井首次下沉采取干挖取土下沉，干挖取土下沉适用于沉井进入地下水之前下沉施工。主要是利用160t履带吊将挖机吊入沉井内，采用反铲挖掘机取土，土体采用吊机配合料斗吊装倒运至沉井外侧施工便道上，利用挖机直接装车运往永久弃土场进行弃倒。由于地处库区，下沉期间，沉井外只是临时堆弃土方，为避免造成扬尘，土方必须及时进行外运。干挖取土下沉施工主要施工设备为挖机、塔吊、履带吊机及渣土车。

（3）空气吸泥取土下沉

沉井刃脚进入地下水位后，采用空气吸泥水下取土施工方法取土下沉。空气吸泥取土下沉是采用空气吸泥机伸入基底，将压缩空气压入吸泥机混合室，使泥水气混合液密度低于水的密度，在水压作用下将基底泥沙吸出沉井。首先往沉井内补水至空气吸泥机可以正常开启后，开始进行基底吸泥。吸泥机吸出的泥水混合物通过管道输送至泥浆沉淀池内沉淀分离，渣土运输至弃土场弃倒，清水抽回沉井内使用。并设置临时堆土场，待土体晾干之后采用翻斗车转运至永久弃土场。

为保证沉井内吸泥均匀，确保均匀下沉，在沉井顶口采用型钢+贝雷梁搭设吸泥平台，安装15t龙门吊机，利用门吊移动吸泥机施工作业。吸泥平台须经专项计算设计并报批，使用前须经专项联合检查验收。

（4）下沉注意事项

①沉井开挖取土下沉时，应对称分层均匀的取土，分层厚度控制在50cm以内，使沉井保持均匀、平稳、缓慢的下沉，形成平稳下沉导向，防止沉井倾斜和开裂。

②严禁局部超挖过深使下沉不均，严禁刃脚下掏空过多，对刃脚处吸泥机吸泥范围要严格控制，吸泥范围在距沉井刃脚2.0m距离处应停止，以防刃脚处悬空而发生沉井突沉或下沉过快。

③取土施工前，应测量井内水位和地下水位，并控制好排水量对井内水位的变化。吸泥施工中，始终保证井内水头比井外地下水位高2m以上。

④空气吸泥机吸泥管口距离井内土面为0.15～0.50m左右，以能经常有效的吸出最稠的泥浆为度。吸泥时应注意经常变动位置，保持平衡，并实时量测沉井基底深度，以指导取土施工。

⑤沉井下沉过程中应加强测量控制和监测，实行信息化施工，随时预报、及时处理。

⑥沉井下沉必须实施第三方监测监控，编制专项监测监控方案，并在沉井施工过程中严格按照监测程序进行监测，以监测数据指导沉井施工。

⑦采用管道输送，要做好吸泥机、泥浆沉淀分离、土渣晾晒及转运之间的匹配，以确保施工顺畅。

⑧沉井下沉过程中，实时对沉井基底、沉井姿态进行测量，指导沉井取土下沉。

⑨沉井接高时，沉井内壁表面不能留有凸出插筋或其他障碍物，以免在提升吸泥器时损坏吸泥设备。同时，在施工过程中，应防止砼碎块、碎木头、草袋及其他杂物坠入井内，以致吸泥时将空气吸泥器堵塞。

⑩空气吸泥机吸泥时，为了防止吸泥装置堵塞，停止吸泥时，应先将吸泥管提升到一定高度，再关闭进气阀。在吸泥时，应经常检查进气压力，以防压力下降使排泥管内泥浆灌入空气箱或进气管内造成堵塞。

（六）沉井封底

南锚沉井封底厚度6m，封底混凝土设计总方量11825.65m3，施工中在沉井基底形成锅底形状，沉井封底混凝土采用水下导管法施工，封底混凝土分两次浇筑，第一次浇筑至+473.3m位置，以保证将R2刃脚埋深0.5m，第二次分别对各个隔舱浇筑至设计标高位置。

三、结束语

沉井结构广泛的应用于桥梁、水塔、污水泵房等基础井结构，当结构处于地下较深，土质较差，或者周围已有建筑物，施工场地受限制时，采用大开挖施工几乎是不可能，那么采用沉井施工则是比较合适的选择。

参考文献：

[1]国家现行施工技术规范、规程及标准。

[2]《公路桥涵施工技术规范》（JTG-T-F50-2011）、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）等。

[3]《沉井施工》（MBEC1013-2010）。

[4]《沉井基础施工技术研究》现代商贸工业2009年第10期