泰州长江大桥巨型深水沉井施工技术

・２４・　北　方　交　通　２０１０　泰州长江大桥巨型深水沉井施工技术　杨少华　（重庆交通大学，重庆４０００７４）　摘要：泰州长江大桥中塔沉井号称”世界第一巨型深水沉井”，高７６ｍ，入土深度达５５ｍ，详细介绍了该沉井　施工的整体工艺流程，其多项创新性施工工艺对类似沉井施工具有借鉴意义。　关键词：泰州长江大桥；沉井；钢锚墩；浮运；吸泥；ＧＰＳ　中图分类号：Ｕ４４５．５４　３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）０１一ｏｏ２４一ｏ４　１工程概况　围内尚属首次，需要创新性的施工工艺来保障沉井　泰州长江大桥位于长江下游江苏省境内，北接　的精准着床、准确就位。　泰州，南连扬中，桥位处江面宽约２．２ｋｍ，江心处最　３主要施工工艺　小水深不少于１８ｍ，最大流速２．５ｍ／ｓ，一日之内发　３．１总体工艺流程　生两次涨潮和两次落潮（半日潮），平均潮差２—　首节钢壳沉井岸边抛锚定位　浇注刃脚混凝土　２．５ｍ。　－＋钢壳沉井岸边整体接高一沉井整体浮运至江心定　主桥跨径为３９０＋１０８０＋１０８０＋３９０ｍ，为世界　位一着床前平面位置调整一注水着床一钢壳沉井吸　首创的三塔两跨悬索桥，中塔采用沉井基础，沉井刃　泥下沉一浇注钢壳夹壁混凝土　钢壳沉井继续吸泥　脚断面为４４．４×５８．４ｍ，标准断面尺寸为４４ｍ×　下沉一混凝土沉井接高、吸泥下沉（二者多次交替　５８ｍ，标准断面以上分两级逐步加宽，第一级加宽断　进行）一沉井下沉到位一清基并封底施工　面尺寸为４６ｍ×６０ｍ，第二级加宽断面尺寸为　３．２主要工艺及创新点　５０．４ｍ×６４．４ｍ，沉井在平面上共分为１２个井格，整　３．２．１钢壳沉井岸边整体接高　个沉井总高７６ｍ，分为上下两段，下段为钢壳沉井，　钢壳沉井高３８ｍ，共分６节，从下往上各节高度　上段为钢筋混凝土沉井，两段高度均为３８ｍ，为目前　分别为８ｍ＋５×６ｍ＝３８ｍ，每节均在工厂分块制作，　世界上体积最大、人土最深的深水沉井。　首节８ｍ在工厂散拼成型，通过浮吊配合滑道入水　后用拖轮浮运到施工现场，其余各节在首节基础上　在现场分块散拼、分节接高。　图１　沉井总体结构图　２施工难点　图２沉裁片边接高　（１）水文条件复杂，大型船舶过往频繁，钢壳沉　此方案的改进，提高了工效，并减小了洪水期沉　井整体浮运难度较大。　井在江心接高的风险。　（２）水深、流急，河床为粉细砂，抗冲刷能力差，　钢壳沉井原设计为洪水期在江中心分节接高，　要调整并控制体型如此庞大的深水沉井，全世界范　根据浮运航线所能提供的最小水深及有效宽度，对　第１期　杨少华：泰州长江大桥巨型深水沉井施工技术　・２５・　沉井整体接高后的吃水深度、舷高作计算发现，沉井　整体接高后，在浇注３．５ｍ刃脚混凝土情况下吃水　１ｌｍ深，舷高２７ｍ，岸边栈桥处最小水深能满足整体　接高要求，因此改为在岸边码头临时锚固接高，在合　适的潮位及气象条件下，选择适宜的浮运路线、拖轮　数量及编队方式整体浮运至江中心定位。　３．２．２“钢锚墩＋锚系＋卷扬机＋滑车组”的刚性　取消导向船后，浮吊可以靠近沉井，吊装问题得到解　决，南北侧边缆则通过沉井上下游侧的吊耳导向后　转缆到定位船上，但该体系采用了定位船仍属于柔　性定位体系，涨落潮的因素仍然存在，定位精度差的　问题没有得到解决。　鉴于以上原因，泰州大桥必须改变传统的柔性　定位体系，因此诞生了“钢锚墩＋锚系＋卷扬机＋　调整定位体系　沉井及钢围堰的常规定位方法一般是“定位船　＋导向船＋锚系”或“定位船＋锚系”两种，现分述　如下：　（１）“定位船＋导向船＋锚系”：在沉井上下游　方向各设置一艘定位船，定位船一头跟强大的主锚　连接，另一头跟沉井相连起到定位沉井的作用，两艘　导向船夹在沉井南北两侧对沉井平面位置及扭角进　行微调，如图３：　图３　“定位船＋导向船＋锚缆”定位体系　在该系统中，沉井南北侧边缆连接到导向船上，　上下游的主缆连接到定位船上（设有卷扬机）。　该体系存在以下缺点：　①为柔性定位体系，因桥位区濒临长江人海口，　存在涨潮落潮现象，定位船及导向船会跟着潮起潮　落，因此涨潮时锚缆绷紧，落潮时锚缆松弛，锚缆拉　力会随着潮位高低不断变化甚至出现无拉力的情　形，这样每天都需多次反复调整锚缆拉力，因此锚缆　约束能力不强，沉井容易偏位，定位精度较差。　②导向船夹在沉井南北两侧，浮吊不能靠近沉　井，浮吊作业半径有限，浮吊无法吊装沉井中部吸泥　使用的龙门吊等。　③沉井宽度达４４ｍ，需用大量的型钢才能将南　北导向船首尾连接牢靠。　（２）“定位船＋锚系”：在“定位船＋导向船＋锚　系”定位体系中，取消沉井南北侧的导向船，即构成　“定位船＋锚系”体系，边锚与沉井通过边缆相连，　滑车组”的刚性定位调整体系。　在沉井上下游约１７０ｍ的江中心各设一钢管桩　锚墩平台，该平台钢管桩打入河床相当深度具有足　够稳定性及刚度来抵抗水平力，并在沉井南北侧各　抛６个８ｔ铁锚（边锚）并通过边缆（分为上拉缆和下　拉缆）与沉井相连，所有边缆均通过沉井上下游侧　的吊耳导向后分别转缆到两个钢锚墩上，沉井在上　下游方向则通过正面拉缆（也分为上拉缆和下拉　缆，其中上拉缆为主缆）直接与钢锚墩相连，每个钢　锚墩平台上各架设１２台卷扬机，所有正面缆及边缆　均通过５０ｔ滑车组与卷扬机相连，在该体系中，沉井　上下游方向各布置有１２根拉缆，其中４根正面上拉　缆（主缆），２根正面下拉缆，４根边上拉缆，２根边下　拉缆，主缆通过５股绳的滑车组连接到ｌＯｔ卷扬机　上，其它各缆均通过５股绳的滑车组连接到５ｔ卷扬　机上，如图４：　图４卷扬机及槽车组　通过调节不同拉缆的拉力，可以实现对沉井的　平面位置及倾斜度的调整。钢锚墩上所有拉缆均连　接有拉力表及压力传感器，二者对拉力进行双控制。　该体系建立后，不会再因涨落潮因素而导致缆索拉　力反复变化，因此，该体系为刚性受力体系，能最大　限度地保证沉井精确着床。此外钢锚墩可作为船舶　的临时系船桩及大桥的永久防撞墩。需补充说明的　是，在沉井着床前，该体系能精确实现沉井平面位置　及几何姿态的调整，但沉井刃脚着床人泥后，该体系　所能提供的动力不足以克服河床的摩阻力，一旦着　床后不能通过调节拉缆受力来调整沉井的平面位　置，鉴于此，沉井着床前务必将其平面位置精确调整　・２６・　北　方　交　通　２０１０　到位。反过来讲，沉井一旦精准着床后，因受到该体　系各拉缆的约束，沉井平面位置亦不会因为吸泥而　床平稳精准为主要考虑点选择各参数，一般选择高　平潮时迅速着床。　产生过大的偏差。　图５钢锚墩　沉井吸泥到一定深度后，沉井下口因土约束，下　拉缆不再起作用需解除，混凝土沉井接高后，沉井继　续吸泥下沉，上拉缆在人土前也应解除，此后，沉井　平面位置靠调整吸泥顺序来动态纠偏。　３．２．３刃脚混凝土浇注　沉井吸泥后靠自重下沉，钢壳沉井刃脚需浇注　一定高度的混凝土才能保证刃脚具有强大的刚度，　刃脚在下沉时才不至于变形。　刃脚混凝土在岸边浇注，浇注时应考虑涨落潮　的影响，因此浇注泵管需要使用潮差补偿器。　３．２．４沉井整体浮运　沉井整体浮运需要选择合适的时机，合适的拖　轮数量，合适的拖轮编队。　泰州大桥桥址河段属半日潮港，即一日之内发　生两次涨潮和两次落潮，一般情况下早潮大于晚潮。　钢壳沉井浮运时期为长江枯水季节，涨潮时该河段　有溯江流；平均涨潮历时约４ｈ，落潮历时约　８ｈ２４ｍｉｎ，最大潮差２．５ｍ。　综合考虑浮运航路的水深情况及离泊、浮运、协　助定位等的技术要求，浮运作业选择在天文大潮日　（或接近天文大潮日）的白天，能见度良好，风力在４　级以下时进行，从高平潮始沉井从岸边开始解缆浮　运，至中塔桥址处连接上锚缆为止，整个时间控制在　８ｈ以内。　沉井现场浮运采用５艘８００匹马力的拖轮，两　侧各２艘，后面１艘，浮运时所有拖轮采用对讲系统　适时协调。沉井浮运到位后，正面缆及边缆均从锚　缆临时定位船上转到沉井的系缆点上，最后转到钢　锚墩平台上通过滑车组连接到卷扬机，转缆按照先　主缆后边缆的顺序，转缆完成后立即通过卷扬机系　统进行索力调整、沉井平面位置初步定位。　３．２．５沉井下游预偏、夹壁注水着床　沉井着床需要选择适当的潮位与流速、合理的　着床高度、合适的时机快速顺利着床，以冲刷少、着　沉井在平面Ｅ共分为２０个夹壁隔仓，各隔仓互相　独立，采用分仓注水加重的方式着床，并通过控制各仓　注水量及通过钢锚墩匕的拉缆体系来动态调整沉井的　垂直度，着床前一刻沉井平面位置需精确定位。　沉井着床后，沉井上游侧河床必然加剧冲刷形　成冲坑，沉井下游侧回旋水必然会不停淤积河砂，另　外涨潮也将加剧下游侧河砂的淤积，随着沉井人土　深度不断加深，下游侧将产生巨大的主动土压力推　动沉井往上游移动，因此，为保证沉井最终的精确就　位，沉井着床前，需往理论位置下游预偏一定距离，　其值需根据水工模型试验并计算确定。　考虑到潮汐的影响，必须备足相当数量的离心　泵保证沉井的快速着床。　３．２．６　ＧＰＳ实时监控数据采集系统　摒弃传统的全站仪测量方式，改用ＧＰＳ实时监　测数据采集系统，该系统由ＧＰＳ基准站、ＧＰＳ接收　机及操作软件三部分组成，ＧＰＳ基准站设置在岸边，　ＧＰＳ接收机设置在沉井顶面，四边中点各设置一台。　数据采集后，通过无线方式传输到电脑终端。对信　息进行自动化实时采集处理，技术人员可随时了解　沉井各控制点的平面坐标及高程，便于及时掌握并　调整沉井在水中的几何姿态。这套系统操作简便，　尤其适宜于几何姿态的动态调整。　３．２．７空气吸泥工艺　沉井下沉采用的是空气吸泥工艺取土，靠沉井　自重下沉。　备用“潜水钻机＋射水”系统，当遇到板结砂层　难以下沉时，采用潜水钻机配合射水来松动板结层，　然后进行空气吸泥。　在沉井夹壁的“三角区”设置有ｌＯ个￣８０ｅｍ的　射水孔，如三角区阻力太大无法下沉时，同样可采用　潜水钻机从射水孔内松动砂层，并射水吸泥。　空气吸泥设备主要包括供气设备及管路、高压　射水装置、吸泥管及风包等。吸泥管采用￣３２５ｍｍ　无缝钢管，最底下一节设置“风包”。空气吸泥时，　在沉井顶面设置６台龙门吊并配置４台塔吊作为起　重设备。　为保证吸泥过程中沉井内外水压平衡，在沉井　的南北侧外壁每隔一定高度各设置一个补水孔，下　层补水孔人土前由潜水员下水封闭，此时由上层补　水孔进行补水。此外，沉井内部所有仓壁上均设有　一个连通孑Ｌ保证各仓水压平衡，该孔位置必须高于　第１期　杨少华：泰州长江大桥巨型深水沉井施工技术　・２７・　封底混凝土顶面一定距离。　图６沉井吸泥现场　吸泥过程中，沉井可能产生一定程度的偏斜，若　沉井重心较高（沉井重心未人泥）则可通过调整吸　泥方位来进行姿态改变，若沉井重心人泥较深，则很　难调整沉井姿态，因此，把握好沉井几何姿态调整的　最佳时机成为下沉的关键，特别是终沉前，一旦错过　最佳时机，将再无机会把已经偏位的沉井调整回来。　另外，在沉井下游主动土压力过大的情况下，可　考虑通过吸泥管或吸砂船将沉井下游外壁多余的砂　吸走。　沉井在终沉前，为保证刃脚河床形成理想的　“小锅底”状态，需加强测量及监控频率，切实采取　合理的吸泥顺序，并减小每次吸泥的厚度，切忌吸泥　过猛，使内部刃脚处形成大悬空状态（大锅底），因　封底混凝土是分仓对称浇注的，“大锅底”状态会导　致封底混凝土串仓。　３．２．８夹壁水下混凝土浇注　因钢壳沉井自重有限，当吸泥下沉到一定深度　后，沉井下沉已经相当艰难，因此，需要浇注夹壁水　下混凝土增加沉井自重来帮助下沉。　整个夹壁混凝土超过６万吨，如此庞大的重量　可帮助沉井顺利下沉，当钢壳沉井下沉至于舷高度　有４—５ｍ时，停止吸泥，进行混凝土沉井的接高。　各仓夹壁混凝土需对称浇注，浇注共分９次进　行，单次浇注方量最大可达３２４０ｍ。，浇注时间长，现　场配备２台浇注能力达１２０ｍ　／ｈ的水上搅拌船。　因水下浇注时间长，现场配备２种类型的外加　剂，浇注时，最先封底的２～３ｍ｝昆凝土始终被“顶　托”在夹壁混凝土的最上层，必须使用缓凝时间不　小于２０ｈ的外加剂，其余混凝土可使用缓凝时间为　８ｈ的夕　加剂。　水下混凝土浇注使用大型中心集料斗、分点布　料、逐点封底的方式。　图７　夹壁水下混凝土浇注现场　前一个布料点封底后，下一个布料点封底前，需　用测绳测量该布料点导管底口是否已经被混凝土埋　住，如果被埋住，需将导管提升一定高度使其底口贴　近混凝土面而不埋入混凝土面，然后再封底。　３．２．９混凝土沉井翻模施工　混凝土沉井接高采用劲性骨架配合翻模工艺，　混凝土浇注采用可旋转、可折叠式布料杆，浇注覆盖　范围大。翻模施工工艺成熟，因背架相对较窄，对吸　泥施工影响不大，可以很快进行工艺转换，方便吸泥　施工。　３．２．１０大体积高性能封底混凝土施工　沉井封底内空平面尺寸为４１．２ｍ×５５．２ｍ，封　底混凝土厚度１ｌｍ，封底总量达２万ｍ　之多，１２个　隔仓按分仓对称浇注方式进行，浇注采用大型中心　集料斗分点逐个封底的方式进行，每个中心集料斗　带４套导管，由于封底面积大，每套导管的混凝土要　求能够达到７ｍ的流动半径才能有效覆盖满整个隔　仓，如此大的流动度需根据现有原材料具针对性的　对配合比进行专门设计。　４沉井的终沉精度　设计允许偏差：平面偏位≤５０ｅｍ，平面扭角≤　１。，倾斜度≤１／１５０。　实际施工偏差：偏上游９．３ｅｒａ，偏南２．７ｅｒａ，平　面扭角１１，’倾斜度１／３６０。　５结束语　（１）泰州大桥中塔沉井号称“世界第一巨型深　水沉井”，终沉平面偏位及扭角均好于设计要求５　倍以上，垂直度好于设计要求２倍以上，究其原因，　是采用了多项创新性技术，特别是锚墩刚性定位系　统和ＧＰＳ动态监控数据采集技术起到了关键作用。　（２）泰州大桥巨型沉井之所以能精确就位，是　因为科技引领了生产，它的成功，引领了潮流，必将　为大型沉井的规模应用起到带头作用。　・２８・　北　方　交　通　２Ｏ１Ｏ　浅谈深基坑开挖的控制　赖春芳　（抚州公路局，抚州３４４００ｏ）　摘要：对深基抗开挖的施工技术及质量挖制要点进行了详细阐述。　关键词：深基坑；开挖；施工；安全措施　中图分类号：Ｕ４４３．１３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７３—６０５２（２０１０）０１—００２８—０３　１工程概况　（２）危及施工安全　某高速公路是国家规划的重点干线公路的重要　基坑塌方一般是在土体滑动力矩超过土体的抗　组成部分。沿线为剥蚀丘陵及丘陵间冲洪积沟谷地　滑力矩和支护措施而使土体平衡被打破的瞬间发生　貌，地势略有起伏，水系在低山丘陵区呈树枝状，河　的，因此，它具有突发性。突然的塌方会使正在施工　谷深切，岸坡陡峭，断面呈Ｖ字型，水流湍急，山间　的人员和机械设备猝不及防而造成掩埋性破坏，不　盆地区河谷相对开阔，低微丘陵区植被发育。地质　仅使掩埋中的人员压伤、窒息与机械损伤，而且由于　情况主要是第四系亚粘土、亚砂土，局部地段残坡积　坑壁的塌方而造成坑顶下陷，上部机械设备倾倒或　层厚度大，土质较松软或遇水易软化，局部含有机质　损坏，严重危及施工安全。　亚粘土、软塑状亚粘土。　（３）地基土受到扰动　气候属亚热带季风气候，四季分明，温和湿润，　由于基坑的塌方，从而破坏原有土层的平衡，土　年平均气温２Ｏ．４—２０．９￣Ｃ，年降雨量１２１５—　体沿滑动面涌动使坑顶下陷，坑底回弹隆起，导致持　１６８６ｍｍ，３—８月为雨季，９月至次年２月为旱季，６　力层土层的失稳和破坏，降低持力层的承载能力。　—１Ｏ月常受台风影响。　（４）危及周边建（构）筑物的安全和稳定　２基坑塌方的危害　由于坑壁塌方造成基坑周围土体位移、沉陷，而　（１）增加挖方量　使基坑邻近的建（构）筑物地基与基础脱空、失稳而　基坑塌方多表现为坑壁失稳，造成坑壁土体沿　导致上部设施和建筑物开裂、倾斜和不均匀下沉；导　某一滑动面的土坡坍塌，其塌方范围有时波及很大，　致邻近公路路面开裂、局部塌陷，从而影响行车安　特别是土的内摩擦角很小的土层和扰动软土，塌方　全；导致邻近管道与基础脱空、管沟断裂。　量往往超过预计放坡的边界，会大大增加基坑开挖　（５）延长工期，造成经济损失　的土方量。　形成基坑塌方多为侥幸、轻视和赶进度所致，而　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｌａｒｇｅ　Ｄｅｅｐ——Ｗａｔｅｒ　Ｏｐｅｎ　Ｃａｉｓｓｏｎ　ｏｆ　Ｔａｉｚｈｏｕ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｃａｉｓｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｉｄｄｌｅ　ｔｏｗｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｉｇｈ　Ｂｒｉｄｇｅ，ｋｎｏｗｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｌａｒｇｅｓｔ　ｄｅｅｐ—ｗａｔｅｒ　ｏｐｅｎ　ｃａｉｓｓｏｎ，ｉｓ　７６ｍ　ｉｎ　ｈｅｉｇｈｔ　ｗｉｔｈ　ａ　５５ｍ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｄｅｐｔｈ．Ｔｈｅ　ｏｖｅｒａｌｌ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎ—　ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｏｐｅｎ　ｃａｉｓｓｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐｍｊｅｅｔ　ｍａｙ　ｈａｖｅ　ＳＯｍｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｏｐｅｎ　ｃａｉｓｓｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｔａｉｚｈｏｕ　Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｂｒｉｄｇｅ；Ｏｐｅｎ　ｃａｉｓＳＯｎ；Ｓｔｅｅｌ　ａｎｃｈｏｒ　ｐｉｅｒ；Ｆｌｏａｔｉｎｇ；Ｓｏｉｌ　ｓｕｅ—　ｄｏｎ；ＧＰＳ