铜陵长江大桥3#主墩沉井基础吸泥下沉施工技术

王立忠

摘要：铜陵长江大桥3#主墩采用圆端形沉井基础，下端平面尺寸62.4m×38.4m，顶端平面尺寸64m×40m，沉井总高度68m。本文主要介绍了该沉井空气吸泥下沉阶段的施工技术。

关键词：沉井基础 吸泥下沉施工技术 桥梁施工

中图分类号：U445.4 文献标识码：

Construction Technology for Sinking about large

Sunk Well Foundation for No. 3 Main Pier

of Tongling Changjiang River Bridge

Wang Li-zhong

(The 2nd Engineering Co., Ltd., China Zhongtie Major Bridge Engineering Group, Nanjing 210015, China;)

Abstract： The foundation of No. 3 main pier is a huge sunk well which the size of bottom plane is 62.4m×38.4m, the size of top plane is 64m×40m, and the overall height of caisson is 68m. This article introduces the construction technology for the sinking method by pumping mud of this large sunk well.

Key words： sunk well;sinking method by pumping mud; construction technology; bridge construction

1工程概述

铜陵长江大桥3#主墩采用圆端形沉井基础，下端平面尺寸62.4m×38.4m，顶端平面尺寸64m×40m，沉井总高度68m，上部为18m高钢筋混凝土沉井，下部为50m高钢沉井。沉井顶标高为+6.0m，底标高为-62.0m，施工期水深在40m左右。3#主墩沉井基础结构图详见图1。

图1 沉井结构图

2地质和水文条件

2.1 地质

3#墩沉井区域施工期间河床面高程约-32.5m，各岩土层工程特性自上而下简介如下：

粉砂：灰黄色，饱和，松散状，成份以石英、长石为主，少量云母，质较纯，层厚约8.2m。

细圆砾土：灰色、灰黄色，饱和，密实状，含50～75%卵砾石；卵石成份以石英砂岩为主，磨圆度中等；粉细砂充填为主，少量中粗砂、粘性土充填。呈层状分布，层厚约13.6m。

粉质黏土：灰黄色、灰色，硬塑状，质不均夹

粉土、粉砂薄层，顶部杂植物根系；主要呈层状分布于无为岸覆盖层中上部，层厚约5.6m。

细圆砾土：同上细圆砾土介绍，层厚约14.1m。

2.2 水文

墩位所在河道属于感潮河段，水位受长江径流与潮汐双重影响，主要受长江径流控制，一般每年5～10月为汛期，11月～次年的4月为枯季，水位每日两涨两落，为非正规半日潮型，潮差30cm左右，水位年内变幅较大。

根据水文观测资料，历年最高水位为14.70m，历年最低水位1.25m，多年平均水位6.75m；桥址断面20年一遇洪水水位12.01m，10年一遇洪水水位为11.55m。

3沉井下沉施工总体方案

在钢沉井定位、着床，钢沉井井壁混凝土填充以及18m高钢筋混凝土沉井接高完成后，在沉井上安装施工平台、走道及龙门吊机、吸泥机，铺设风管、水管等设备和设施，采用空气吸泥机吸泥，使沉井下沉至刃脚标高-62.0m。

4主要施工机械设备的配备

空气吸泥下沉施工的顺利与否，除与土层地质、下沉深度及沉井本身的类型有关外(如是否为重力式沉井)，合理的配备机具设备，同样是左右沉井下沉的关键因素。空气吸泥下沉涉及到的主要机具设备有塔吊、龙门吊机、空气吸泥机、空气压缩机、储气罐、高压射水设备、补水设备等。

4.1 起重设备

龙门吊机为沉井空气吸泥下沉时的提升、起落和移动吸泥机的主要起重设备。3#主墩沉井顶共布置有2台250t•m的塔吊、6台20t的轨道式龙门吊机和一艘100t浮吊。塔吊布置在沉井井壁上，龙门吊机轨道沿沉井横隔墙布置。塔吊主要用于井顶移动门架的安装及拆除、移动门架施工盲区的起重作业。龙门吊机起吊空气吸泥机可在井孔内纵横及上下移动，达到隔仓内任意位置，使沉井吸泥纠偏工作处于最佳状态。

4.2吸泥机配备

空气吸泥机的型号一般以吸泥管的内径φ(mm)大小来确定。本项目根据沉井需吸泥下沉的深度，结合工地现有材料、配套设备的情况，选用内径为φ273、φ351、φ426型的空气吸泥机，分别制作4套、6套、2套，覆盖沉井各个井孔，便于吸泥操作时各井孔间的转换。

4.3 供风系统

供风设备采用14台23m3/min的空气压缩机，布置在沉井南侧的铁驳上，最多开启12台空气压缩机，另外2台备用，每2台配备1个10m3储气罐，共6个储气罐。通过布置在沉井顶上的φ351×8mm供气管主管，向各吸泥点供气。最多开启6台吸泥机。

4.4 沉井补水

在离沉井刃脚踏面34m、44m高位置的沉井井壁、隔墙上预埋连通管，确保各井孔之间水头高度、各井孔水位与长江水位高度一致，井壁位置预留封堵的法兰接头。

4.5 施工用电

空气吸泥下沉阶段施工用电量最大，吸泥机及供风设备最大用电量约1600kW，高压射水设备、起重设备等最大用电量约900kW，共需配备2500kW的电源接口，由4×630KVA变压器转换后通过水下电缆输送到驳船，通过开关箱再供给到各台设备使用。

5沉井吸泥下沉施工

5.1施工流程图

图2 施工工艺流程图

5.2下沉吸泥顺序

在吸泥机及管路安装布置完毕且各机械设备调试正常后，井孔内由连通管自动补水，保持与长江水位高度一致。启动空气吸泥机将泥浆吸出。

整个沉井按照先核心区、后周边区的顺序取土吸泥。单个井孔吸泥顺序按照先中后边、对称吸泥的方式进行。在靠近刃脚的区域应控制取土吸泥深度，防止发生涌砂现象。共布置12套吸泥机，每个井孔布置一台，其中φ426吸泥机2台，φ351吸泥机6台，φ273吸泥机4台将沉井大体分成Ⅰ、Ⅱ两大区域（虚线范围），吸泥时从Ⅰ区开始，向两侧对称扩散。吸泥分区如下图所示。其中A井孔布置φ426吸泥机，B井孔布置φ351吸泥机，C井孔布置φ273吸泥机。

图3沉井吸泥分区示意图

5.3 吸泥主要操作方法

（1）沉井外刃脚边一般保留2m宽左右的土堤，使沉井在外刃脚处挤土下沉，以减少对井周土体的扰动程度。只有当沉井中部土体全部吸除而还不下沉时或纠偏时才适当吸除外刃脚处土体。

（2）当沉井倾斜很小时，各井格内土面高差控制在1m以内，使沉井保持均匀垂直下沉。

（3）沉井井格中部锅底深度，一般控制在2m以内。锅底过深则易产生突沉，使沉井下沉量和倾斜度无法控制，同时井外土体也易塑流入井，引起井周地面过多沉降。

（4）吸泥管口一般离开泥面15～50cm，与泥面距离过低，容易造成堵塞；距离过高则降低了吸泥效果。在吸泥过程中，根据吸泥的泥沙含量来确定吸泥管口与泥面的距离，并随时升降吸泥机。吸泥机吸水头应勤运动，平扫井底，保持出泥率，防止吸清水。

（5）如果吸泥很久而出泥效果仍不够理想时，采用“憋风”的办法：将闸阀关闭，稍停2～3分钟，猛开风阀，使风量风压骤然加大，即可吸出较坚硬的石块或堵塞物。

（6）为防止吸泥机堵塞的措施：

① 停吸时，应先将吸泥机提升一定高度后再关闭风阀；

② 经常注意风压，防止回风，以免导管内泥浆倒入吸泥器或风管之内；

③ 弯头处及异径排泥管的异径接头处，易被堵塞，采取防护措施，尽量避免木块、草袋、麻绳、工具及材料等杂物掉入井底；

④ 随时掌握井底面变化情况，防止周围土层坍落或由于翻砂而埋住吸泥机。

5.4 终沉前的操作

沉井终沉阶段将取土吸泥下沉施工与沉井清基结合进行。

（1）距离终沉标高2m时，适当控制下沉速度，同时加大核心区的吸泥深度控制，严禁扰动沉井地基土层，使核心区吸泥和清基同步进行，在沉井刃脚到达终沉标高时，核心区也完成了清基作业。

（2）停止使用射水法吸泥，改用只吸不冲进行作业，或者更换小型吸泥机进行作业尽量减少对基底土层的扰动。

（3）沉井终沉稳定标准为下沉速度小于10mm/8h。

（4）下沉到位后，采用高压射水对井孔内壁粘附的砂土进行清理。通过潜水员下水摸探确认是否清理到位。

5.5 胶结层下沉助沉措施

3#墩沉井基础在吸泥下沉至-44.5m左右时发现存在卵石胶结层，使得吸泥效果不佳，下沉受阻。

(1)冲击钻机冲击后吸泥下沉方案

初期，冲击钻机对于表面胶结层冲击能够部分破碎，下沉有一定效果。胶结层厚度大于0.5m以上部位，冲击效果不佳，且冲击钻机平台布置占据空间较大，移动不方便。

(2)爆破辅助下沉方案

该方案有钻孔爆破和贴面爆破。用药量通过计算后确定，满足破碎胶结层，且不应损伤井壁结构。

6沉井下沉施工测量及监控

6.1 施工测量

(1)根据地质孔钻探资料绘制若干个竖断面的地质-沉井相对关系图，明确沉井下沉位置及对应的地质情况，以指导吸泥控制，确保沉井平稳均匀下沉。

(2)精确测定沉井下沉测量控制的基准面，在沉井的纵横轴线上设置四个控制点，测量其平面坐标和高程，用以推算沉井的顶、底面中心坐标，计算出沉井的下沉量、四角高差、平面扭角，用以指导沉井的吸泥下沉。同时为便于宏观上观测下沉量，在沉井井壁可视位置划出刻度标识。

(3)下沉过程中应在各井孔和探测管中布置测量绳。各井孔和探测管中的泥面标高测量、绘制，每天早、中、晚各测一次，用于掌握下沉进度，制定调纠措施，制作泥面标高报表，并画出沉井入土的断面示意图，以掌握沉井下沉过程中刃脚下土层的取土和土质情况。

(4)河床周围标高测量，特别是沉井上、下游河床标高的测量，要求每两天一次。根据监测资料，必要时采取清淤措施，避免偏压过大造成沉井倾斜。

6.2 结构受力监控

在沉井基础的施工过程中，监测了沉井基础结构状态及基础与地基之间相互作用的相关参数，了解沉井在下沉施工过程中沉井基础结构内部应力应变及整体稳定性，根据监测的数据及时调整吸泥的顺序和方法，为安全施工提供预警信息，确保了沉井下沉施工的顺利进行。

监测主要内容：沉井侧壁土压力监测； 基底反力监测；沉井结构应力监测；水流流速监测。

7结语

3#主墩沉井基础自2011年1月7日开始进行空气吸泥下沉，至2011年4月15日，历时 99天，沉井下沉至设计标高，日均下沉量为260mm。实测沉井刃脚轴线偏合肥侧10.3cm，偏下游5.1cm；平面扭角0.469°；沉井南北方向倾斜度1/330，上下游方向倾斜度1/395。沉井整个几何姿态控制良好，各项指标均满足设计和规范要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。