劉春桃　劉志賀　鄭杰　李賀超

摘要? 文章以甌江北口大橋南錨碇沉井工程為背景，分析了促進(jìn)沉井下沉的關(guān)鍵施工控制技術(shù)，介紹了該工程的沉井下沉方案、施工技術(shù)重難點(diǎn)和相應(yīng)的降水井施工技術(shù)保障措施以及TRD工法機(jī)成槽減阻施工技術(shù)保障措施。相關(guān)技術(shù)手段能夠保證沉井下沉可控，并加快沉井下沉施工進(jìn)度，可為類似工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞 沉井；助沉；降水；TRD工法

中圖分類號(hào) TU753.64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 2096-8949（2023）16-0075-03

0 引言

沉井錨碇基礎(chǔ)是現(xiàn)階段國內(nèi)外常用的重力式錨碇基礎(chǔ)之一。目前沉井下沉過程中容易遇到各種問題。當(dāng)?shù)鼗休d力比較低的情況下，沉井易突沉，且下沉速度和姿態(tài)控制難度大[1]。當(dāng)沉井持力層為卵石層，且卵石層下層深度較大的情況下，取土困難，施工難度大，對(duì)大體積沉井的設(shè)備配置及施工工藝均有較高要求[2]。該文以甌江北口大橋南錨碇沉井工程為背景，系統(tǒng)地分析了促進(jìn)沉井下沉施工的關(guān)鍵施工技術(shù)，旨在為促進(jìn)大尺寸沉井下沉的工程提供有益參考。

1 工程概況

1.1 工程位置與地層條件

溫州甌江北口大橋橋位距離上游甬臺(tái)溫高速公路溫州大橋約15 km，在樂清岐頭山附近跨越甌江北口。主橋跨度（230+800+800+358）m，是國內(nèi)外首座三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋。全橋共設(shè)兩根主纜，主纜橫向間距為41.8 m，主纜矢跨比1/10。

甌江北口大橋南錨碇位于靈昆島北部，甌江北口大橋南岸，新建海岸堤壩后方。相關(guān)地層的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，南錨區(qū)上部土層為海積淤泥質(zhì)黏土、海積淤泥，流塑，厚度為35.5～40.0 m，工程性質(zhì)差，表層有少量粉細(xì)砂分布；中部土層為海積黏土和粉質(zhì)黏土，軟塑～軟可塑，局部流塑狀，韌性和干強(qiáng)度中等，夾粉砂團(tuán)塊和貝殼碎片，厚度9.95～24.1 m，工程性質(zhì)差。中下部土層為沖積卵石層，灰白色，中密～密實(shí)狀，厚度較大，層位穩(wěn)定，卵石層層頂標(biāo)高為?58.81～62.07 m，總厚度約32 m，含少量黏性土，工程性質(zhì)較好。

1.2 甌江北口大橋南錨碇沉井概況簡介

溫州甌江北口大橋南錨碇工程原設(shè)計(jì)方案沉井尺寸為70 m×63 m、沉井高67.5 m；沉井井壁厚2.0 m，隔倉壁厚1.2 m；井孔順橋向長度10.0 m、橫橋向長度10.84 m；沉井共設(shè)置30個(gè)矩形井孔，前端15個(gè)矩形井孔填水，后端15個(gè)矩形井孔填筑C20水下混凝土[3]。

南錨沉井結(jié)構(gòu)地質(zhì)剖面圖如圖1所示。沉井總計(jì)共分十三節(jié)，第一節(jié)為鋼殼混凝土沉井、高8 m，刃腳高1.9 m，刃腳踏面寬0.2 m，第一節(jié)鋼殼沉井在工廠分段制造，然后運(yùn)到現(xiàn)場就位拼裝成整體，以鋼殼沉井為模板澆筑混凝土，形成鋼殼混凝土沉井。第二至第十三節(jié)為鋼筋混凝土沉井，其中第二節(jié)高6 m，且在第二節(jié)沉井設(shè)置了6 m高的剪力鍵，以增強(qiáng)封底混凝土與沉井井壁的連接效果和傳遞封底混凝土基底反力；第三節(jié)高4 m，第四節(jié)至第十一節(jié)高均為5 m；第十二節(jié)高3.5 m；第十三節(jié)高6 m，第十三節(jié)沉井為異形沉井，為了便于后續(xù)沉井蓋板的施工，在局部隔墻與井壁頂部預(yù)留頂蓋底模梁的支承槽口[4]。沉井封底混凝土厚為10 m，沉井頂面標(biāo)高為+4.0 m，基底標(biāo)高為?63.5 m，基底置于卵石層中。

2 沉井下沉的助沉施工技術(shù)重難點(diǎn)

2.1 沉井下沉工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）南錨沉井地基軟弱層達(dá)40多米，地基承載力非常低，沉井易突沉，沉井下沉速度和姿態(tài)控制難度大。

（2）整個(gè)沉井混凝土方量達(dá)到237 000 m3，施工組織難度大，單次水下封底混凝土達(dá)到13 400 m3，性能要求高[5]。

（3）沉井持力層為卵石層，卵石層下層深度達(dá)到6 m，取土困難，施工難度大；沉井平面尺寸大、入土深，對(duì)設(shè)備配置及施工工藝均有較高的要求。

2.2 沉井下沉施工中的常見問題和對(duì)策

甌江北口大橋南錨碇沉井分4次接高3次下沉，首次接高4節(jié)，累計(jì)下沉15.5 m；第二次接高3節(jié)，開挖下沉12 m，累計(jì)下沉27.5 m；第三次接高5節(jié)，開挖下沉38.5 m，累計(jì)開挖下沉57 m；第四次接高1節(jié)，開挖下沉10.5 m，累計(jì)開挖下沉67.5 m。沉井下沉施工中的常見問題和對(duì)策如下：

（1）針對(duì)沉井刃腳異物：加強(qiáng)地質(zhì)鉆探，如出現(xiàn)孤石等異物，應(yīng)潛水掌握情況，看是否能采用吊裝等方式，或者潛水爆破。

（2）針對(duì)沉井不下沉：沉井下沉困難時(shí)可采用抽水減浮、空氣幕、射水管等助沉措施。

（3）針對(duì)沉井偏位及傾斜：刃腳較高的一側(cè)多取土，較少的一側(cè)少挖或不挖土，“沉多則少挖，沉少則多挖”，但不能超量取土來糾偏；如取土到一定量無法糾偏時(shí)可采用分段開空氣幕的方式進(jìn)行糾偏，或者采用高側(cè)射水糾偏；當(dāng)偏位超標(biāo)時(shí)，可采用先一側(cè)取土，使沉井傾斜，然后均勻挖土，使沉井沿傾斜方向下沉，傾斜下沉至設(shè)計(jì)中心線后再糾正沉井傾斜。

（4）針對(duì)沉井突沉：在下沉前充分地勘的同時(shí)，沉井下沉過程中應(yīng)通過實(shí)際支撐情況進(jìn)行反演計(jì)算，嚴(yán)格控制下沉系數(shù)；該沉井在?31 m時(shí)接高，在穿過砂樁處理層時(shí)，接高3節(jié)，保證足夠預(yù)留高度穿過淤泥層，防止突沉沒頂；沉井取土應(yīng)均勻、對(duì)稱，應(yīng)嚴(yán)格控制鍋底深度。

（5）針對(duì)翻砂及管涌：沉井下沉過程中應(yīng)嚴(yán)格控制取土深度，刃腳埋深應(yīng)大于50 cm；嚴(yán)禁沉井周邊重載堆物，泥漿池應(yīng)與沉井保持一定距離且嚴(yán)禁堆高；應(yīng)加強(qiáng)對(duì)周邊土地監(jiān)控，包括原地面標(biāo)高、土體位移及地下水標(biāo)高等；應(yīng)保持沉井內(nèi)水頭高于地下水位2 m以上；如出現(xiàn)翻砂及管涌應(yīng)及時(shí)撤離周邊設(shè)備和人員，回填砂，并加密周邊土體監(jiān)控觀測，待土體穩(wěn)定后再進(jìn)行施工。

2.3 降水井助沉施工重難點(diǎn)

沉井所處地質(zhì)淺層為黏土層，透水性不強(qiáng)，采用超深降水井降低外部承壓水水頭，同時(shí)降低沉井內(nèi)部水頭，減少浮力的同時(shí)，減少可能出現(xiàn)的涌土風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到沉井緩慢可控下沉的目的。降水助沉期（每次降水周期2 d）相對(duì)于沉井下沉施工期較短，因此降低承壓水頭對(duì)地層固結(jié)沉降影響較小。但是該文中降水井施工存在以下重難點(diǎn)：

（1）深層降水地表沉降影響范圍大，可能會(huì)對(duì)沉井周邊建筑物產(chǎn)生影響。沉井北側(cè)25 m處為河堤，約30 m處為棧橋平臺(tái)（摩擦樁基礎(chǔ)）；沉井西側(cè)為混凝土攪拌站，距離約90 m，鋼管樁基礎(chǔ)；沉井南側(cè)為引橋下部結(jié)構(gòu)，最近距離約130 m。

（2）南錨沉井地質(zhì)較為復(fù)雜，均勻性不高，同時(shí)北側(cè)距離甌江交近，各個(gè)方向上降水速率可能不相同。

（3）降水施工與艙內(nèi)取土同步進(jìn)行，土體的干縮沉降及艙內(nèi)涌土，降水井壽命不易評(píng)估。

2.4 TRD工法機(jī)成槽減阻施工重難點(diǎn)

TRD工法機(jī)主要由主機(jī)（重量約120 t）和刀具（重量約60 t）兩部分組成。其TRD主機(jī)由底盤、框架、驅(qū)動(dòng)、刀架和自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成：刀具是TRD樁機(jī)的專用設(shè)備，由尖端導(dǎo)輪和刀具箱組成。

考慮到該沉井所處地層主要為淤泥、黏土地層。通過計(jì)算可知，在含砂粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂層采用減少側(cè)摩阻達(dá)30%能夠滿足沉井下沉要求；在卵石層由于地基承載力高，入土深度大，采用減少側(cè)摩阻達(dá)30%，尚需采取減小浮力措施才能夠滿足沉井下沉要求。通過調(diào)研分析，減少側(cè)阻采用TRD工法可行。但是該文中TRD工法機(jī)施工存在以下重難點(diǎn)：

（1）設(shè)備重量大。在滿足減阻深度需求的拉槽深度情況下選型的設(shè)備重量達(dá)到180 t，對(duì)沉井周邊的地基要求高。

（2）TRD工法機(jī)施工因成槽施工位置，施工組織難度大、成本高。

（3）TRD工法機(jī)減阻效果不易評(píng)估。根據(jù)施工情況，在沉井下沉后，泥漿套可能導(dǎo)致破壞，需反復(fù)成槽，總體施工周期長。由于施工周期較長，存在塌孔后減阻效果不明顯的弊端，總體而言減阻效果不好評(píng)估。

（4）減阻施工應(yīng)與艙內(nèi)取土異步施工。在先取端阻再減側(cè)阻的施工過程中，如果沉井出現(xiàn)下沉，設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)高。TRD工法機(jī)施工第一階段為保證作業(yè)人員、設(shè)備安全，艙內(nèi)取土與減阻施工異步進(jìn)行，需先減側(cè)阻再減端阻，總體施工周期延長，取土設(shè)備滯工費(fèi)用高。

（5）TRD工法機(jī)成槽，槽體維護(hù)費(fèi)用高，且槽體壽命不易評(píng)估。

3 沉井下沉的助沉施工技術(shù)

3.1 深層降水井助沉施工技術(shù)

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，取土作業(yè)時(shí)水頭控制在+2 m以上，用高水頭控制沉井的涌土。因沉井入土深度較大，且進(jìn)入含黏性土的粉砂層，端側(cè)和側(cè)阻均較大，空氣幕在淤泥層中的效果有限，沉井主要以集中快速下沉的形式下沉，故通過適當(dāng)?shù)胤旨?jí)降水減浮促沉能有效控制下沉?xí)r間。

3.1.1 利用深層降水井進(jìn)行降水減浮的優(yōu)點(diǎn)

（1）該文中的處理對(duì)象主要為承壓水，對(duì)上部潛水含水層水位影響不大。當(dāng)沉井刃角已進(jìn)入承壓水含水層，采用降低承壓含水層水頭的方法進(jìn)行減浮可行。

（2）在沉井底部支撐削弱至目標(biāo)值后短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行降水促沉對(duì)周邊建筑物影響不大。

（3）承壓含水層深度較大，采用非完整井，以減小涌水量，能夠保證降深。

（4）降水除可對(duì)沉井減浮外，土體的排水固結(jié)沉降對(duì)沉井下沉有利。

3.1.2 深層降水井施工技術(shù)保障措施

（1）降水工程配備完善的施工人員，包括項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)專員、電工、水工等值班人員，及時(shí)觀測及分析降水全過程，保證降水施工安全高效。

（2）需要重點(diǎn)關(guān)注降水井單井的出水量應(yīng)該滿足相關(guān)規(guī)范的設(shè)計(jì)要求。

（3）為保證降水全過程中降水設(shè)備能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)配備足夠的供電設(shè)備，保證降水工作不會(huì)發(fā)生中斷。

（4）降水維持期間，應(yīng)該實(shí)施信息化全周期管理，以保證最合適的排水量。

3.2 TRD工法機(jī)成槽減阻施工技術(shù)

初步對(duì)比分析，減少側(cè)阻采用TRD工法機(jī)和地質(zhì)鉆松土較為可行，但是該工程中卵石層以上的最大減阻需求為減阻39 m的50%，采用松土的方式無法評(píng)估減值效果，預(yù)估很難達(dá)到需求值。TRD工法機(jī)是對(duì)沉井周邊井壁拉槽，并回灌泥漿，形成泥漿套，能夠達(dá)到減阻的效果。因此該文減少側(cè)阻采用TRD工法，其由主要優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）施工工效快。該設(shè)備施工深度大，適用地層廣，TRD工法機(jī)在深厚淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土地層施工深度可達(dá)60 m，部分型號(hào)設(shè)備可達(dá)80 m；施工效率高，每天每臺(tái)設(shè)備施工深度可達(dá)到6 m，沉井周邊266 m，兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)作業(yè)僅需22 d。

（2）減阻效果明顯。成墻品質(zhì)高，在墻體深度方向上膨潤土攪拌均勻，強(qiáng)度提高，離散性小，截水性能好；沉井與周邊土體隔離，減阻效果直觀明顯。

此外，該文的TRD工法施工技術(shù)保障措施如下：

（1）做好場地平整工作。在施工前，完成不良地質(zhì)和相關(guān)障礙物的相關(guān)處理工作。

（2）減阻施工前利用3D聲納做好沉井底部支撐統(tǒng)計(jì)，以提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)用于分析，并將沉井艙內(nèi)水位升至最高狀態(tài)，以確保沉井狀態(tài)穩(wěn)定。

（3）減阻過程中加強(qiáng)對(duì)沉井狀態(tài)的監(jiān)測。若沉井有啟動(dòng)下沉趨勢，立即暫停減阻設(shè)備作業(yè)，提升設(shè)備進(jìn)行觀測，制定下一步措施。

（4）做好TRD樁機(jī)移機(jī)的安全監(jiān)護(hù)工作。TRD樁機(jī)施工及移機(jī)時(shí)地基基礎(chǔ)必須滿足設(shè)備的承載力方可施工及移機(jī)，防止發(fā)生機(jī)械設(shè)備傾倒事件。

4 結(jié)論

（1）沉井所處地層上部潛水含水層主要為淤泥、黏土地層，下部承壓含水層主要為粉砂、細(xì)砂及卵石層，降低承壓水頭對(duì)地層固結(jié)沉降影響較小，但是在降水過程中應(yīng)加強(qiáng)周邊建構(gòu)筑物處地下水位及沉降監(jiān)測，對(duì)地層沉降進(jìn)行評(píng)估。

（2）降水井降水減浮施工可與艙內(nèi)取土同步進(jìn)行，不占用沉井施工工期；其次若降水施工效果良好，沉井提前終沉臨江側(cè)粉細(xì)砂層置換可不考慮外部土體加固措施；再者，降水施工組織難度小、設(shè)備作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)較低、成本較低、時(shí)間短。

（3）TRD工法機(jī)施工工效快，施工深度大，適用地層廣；在墻體深度方向上，膨潤土攪拌均勻，強(qiáng)度提高，離散性小，截水性能好；沉井與周邊土體隔離，減阻效果直觀明顯。

（4）TRD工法機(jī)減少側(cè)阻施工對(duì)周邊建筑物影響小。

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