CN101003974A - 大型深水沉井基础施工方法 - Google Patents

Abstract

大型深水沉井基础施工方法，该项施工方法适用于各种用途的深水沉井基础施工，所采用的沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运，重锚定位***，钢壳底部封闭或井孔增加气筒以加大浮力保证干浇井壁混凝土措施、沉井快速着床，沉井吸泥下沉、沉井纠偏技术，清基、封底等关键工艺技术，能够确保沉井施工的安全、质量、环保及工期达到设计要求。

Description

大型深水沉井基础施工方法

技术领域  大型深水沉井基础施工方法适用于各种用途的深水沉井基础施工，所采用的沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运，重锚定位***，钢壳底部封闭或井孔增加气筒以加大浮力保证干浇井壁混凝土措施、沉井快速着床，沉井吸泥下沉、沉井纠偏技术，清基、封底等关键工艺技术，能够确保沉井施工的安全、质量、环保及工期达到设计要求。

背景技术  随着国内桥梁向大跨度、行车高速度、荷载增大的方向发展，具有承载力大、刚度大、施工快捷等特点的大型、深水沉井基础日益增多。以前针对小沉井特点及当时机械设备情况，所采用的小型化、离散化、设备简单化等施工理念，不再适合于大型、深水沉井基础的施工。根据大型、深水沉井基础特点及大型化施工机械的应用，应该采用“大型化”、“整体化”、“快速化”理念进行技术创新，以确保大型深水沉井基础施工的安全、质量、环保及工期达到设计要求。

发明内容  大型深水沉井基础施工方法，包括沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运，重锚定位***，钢壳底部封闭或井孔增加气筒以加大浮力保证干浇井壁混凝土措施、沉井快速着床，沉井吸泥下沉、沉井纠偏技术，清基、封底等关键工艺技术。

大型深水沉井基础施工方法，其特征在于：

(1)沉井钢壳采用整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运技术，这种技术能保证沉井钢壳焊接及变形控制的施工质量，实现水上、陆上平行施工，加快施工进度；

(2)重锚定位***是我公司于2005年获得国家发明专利的先进技术，能够保证沉井在浮态条件下及快速着落河床时平面位置和竖直位置精确；

(3)钢壳底部部分或全部封闭或井孔增加气筒以加大浮力，既能保证干浇井壁混凝土，确保混凝土接缝质量和混凝土与钢结构结合紧密；也能通过井孔内加水或气筒放气，保证沉井快速着床；

(4)沉井吸泥下沉时，对井壁应力、变形和相关土体压力、摩阻力、承载力、变形等进行监控监测，指导安排吸泥程序；沉井一旦发生偏移，也通过上述措施指导沉井纠偏施工。

(5)沉井下沉到位后，由具有深水潜水资质的潜水员、或水下摄像、或水下机器人对基底进行监测，指导清基工作；采用大型水上混凝土工作船，一次性进行沉井封底。

附图说明

图1大型沉井结构图

图1-1封堵井孔立面及封底立面图

图1-2封堵井孔侧面及封底侧面图

图1-3封堵井孔平面及封底平面图

图1-4顶立面图

图2沉井钢壳单元划分、组拼大单元图

图2-1钢沉井分块示意图

图2-2钢沉井分块组拼示意图

图3沉井下河方案图

图3-1沉井下河平面图

图3-2沉井下河侧面图

图4沉井增加浮力措施图

图5沉井钢壳整体浮运图

图6重锚***布置图

图7-1～图7-23沉井施工步骤图

图7-1首节拼装

说明：1、加工制造底节、(2)、(3)节钢沉井的拼装单元件；

2、布置下河拼装码头；

3、布置拼装支墩，安装底托板；

4、拼装底节、(2)、(3)节段的首节钢沉井，同时安装6个井孔的封堵底盖板。

注：封堵底盖板采用钢结构，为圆冠形或椭圆形。

图7-2气囊下河

说明：1、设置后锚，布置后牵引；

2、布置气囊，拆除支墩；

3、滑移钢沉井下河；

图7-3第一次浮运

说明：浮运钢沉井至拼装码头。

图7-4码头接高

说明：1、分块预制(4)--(6)节钢沉井的拼装单元件；

2、吊船组拼(4)--(6)节钢沉井。

图7-5第二次浮运

说明：浮运钢沉井至墩位处。

图7-6墩位锚定

说明：1、布置定位船、边锚；

2、锚定钢沉井。

图7-7墩位干封填砼

说明：1、在钢沉井井壁内干封填充混凝土；

图7-8落床下沉

说明：1、调整沉井位置，沉井封堵井孔内放水下沉；

2、沉井着床，检查偏位情况；

3、割除封堵底盖板，沉井吸泥下沉至稳定深度。

图7-9干封填砼

说明：分次干封填充钢沉井井壁内砼至顶。

图7-10接高沉井第7节

图7-11沉井第二次吸泥下沉

图7-12接高沉井第8、9节

图7-13沉井第三次吸泥下沉

图7-14接高沉井第10、11节

图7-15沉井第四次吸泥下沉

图7-16接高沉井第12、13节

图7-17沉井第五次吸泥下沉

图7-18接高沉井第14、15节

图7-19安装井顶防水围堰

图7-20沉井第六次吸泥下沉

图7-21  清基

说明：清基、水下检查。

图7-22封底

说明：布置平台，分区封底。

图7-23承台施工图

说明：承台施工，围堰拆除。

(以上附图仅为说明施工方法而举例，施工方法具有通用性)

具体实施方式  大型深水沉井基础施工方法，包括沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运，重锚定位***，钢壳底部封闭或井孔增加气筒以加大浮力保证干浇井壁混凝土措施、沉井快速着床，沉井吸泥下沉、沉井纠偏技术，清基、封底等关键工艺技术。具体实施方式如下：

一、沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运

按照设计要求对沉井钢壳进行单元划分，在钢结构工厂进行大单元制造，并按规范做焊接质量检测和单元试拼；选择具有下河条件的合适场地，整体组拼沉井钢壳或者组拼沉井钢壳底节(依据沉井钢壳高度和下河条件取决)，做好焊接质量和水密性检测。沉井钢壳采用气囊法、滑道法或船坞法整体下河；如果底节下河，则在预定的拼装码头采用大型浮吊整体接高沉井钢壳，然后采用主拖轮、帮拖轮将沉井钢壳整体浮运到墩位处，并将其转移到重锚定位***。

二、重锚定位***

重锚定位***是我公司于2005年获得国家发明专利的技术，能够保证沉井在浮态条件下及快速着落河床时平面位置和竖直位置精确。这种方法即：顺流向在沉井上下游各设一艘定位船，重型铁锚或混凝土锚通过大直径锚链与定位船相接，定位船通过大直径主缆、兜缆与沉井相接，形成顺流向锚碇***；沉井横流向采用重型铁锚或混凝土锚形成锚碇***。顺流向锚碇卷扬机组或液压牵引***设在定位船上，侧向锚碇卷扬机组或液压牵引***设于沉井顶面，通过卷扬机或液压牵引***调整锚碇实现钢沉井的精确定位。

三、沉井浮态时干浇井壁混凝土

沉井井壁混凝土是沉井的主体结构，在施工过程中和完工后要承受巨大的施工荷载和运营荷载，因此施工方法必须保证井壁混凝土质量达到规范要求。对于常规混凝土来说，采9干浇施工方法，既能保证混凝土的密实度、便于检测，又能确保新老混凝土接缝质量、混凝土与钢结构紧密结合，而水中湿浇混凝土则很难达到上述质量要求。絮凝混凝土可以采用水中湿浇方法，却成本昂贵。

为了保证能干浇井壁混凝土，应采取措施增加沉井浮力，具体措施：一是在井孔底部将其封闭，增加浮力；二是在井孔上部加盖形成气筒，增加浮力。需要的井孔数量根据计算确定，其原则：浮力充足、对称布置。井孔底部封闭结构的高度应在沉井着床后下沉达到稳定深度后的土体顶面以上，以保证沉井顺利着床。两种封闭结构均设置快速加水或放出气体的装置，保证沉井达到快速着床的要求；同时也要便于拆卸，方便沉井着床后吸泥下沉。

四、沉井快速着床

沉井应在枯水期着床并达到稳定深度，保证沉井能安全渡洪。钢沉井着落河床前的一段时间(约7 d)内定期测量沉井刃脚下的河床面标高及冲刷变化。当河床标高高差大于1.0m时须对河床较低一侧抛填碎石找平直至冲刷动态平衡。在钢沉井与河床面相差3～5m时，对河床面抛碎石找平并达到动态冲刷平衡时，调整锚碇锚绳位置，将钢沉井平面及垂直度精确定位，准备着落河床。钢沉井着落河床过程中，由于沉井的上游侧冲刷，下游侧回淤，使得河床上、下游侧标高不尽一致，此时可通过向封闭的井孔及井壁的分仓内不等量注水来调整沉井平面高差，并使沉井在着床时的位置偏向设计位置的下游20cm左右，以抵消沉井下沉过程中向上游的滑移，以期能最后接近设计位置。然后全部打开井孔封堵底板水阀放水或气筒阀门放出气体，使沉井快速落入河床中。下沉的初期应特别注意选择井孔吸泥位置，避免沉井倾斜和位移，使沉井平稳下沉至稳定深度，及时组织填充井壁混凝土。

五、沉井钢筋混凝土井壁接高及吸泥下沉

钢筋混凝土井壁接高一般为6m/节，为提高施工效率、加快施工进度，可以采用接高两节或多节后再下沉的循环施工组织方式。接高采用液压整体爬模，钢筋预绑扎成分区块，整体吊装的快速施工组织方式。整体爬模体系主要由四部分组成：模板***、支撑***、锚固***、工作平台***。在施工过程中不拆除，直至爬升到钢筋砼沉井接高下沉完成为止。

沉井在覆盖层中采用不排水吸泥下沉法，即在井孔内采用空气吸泥机吸出泥沙以降低泥面标高，使沉井逐步下沉。吸泥施工时做到沉井内泥面均匀降低，为了避免沉井刃脚部分吸空而引起翻砂，在粉砂、细砂层中吸泥时，中间井孔的泥面标高一般不得低于刃脚1m，四周井孔的泥面不得低于刃脚，同时隔墙下的土应吸空以免搁住影响沉井下沉。沉井吸泥排碴采用泥砂分离器新工艺将水和泥砂分离，分离后的水继续循环进入沉井内、泥砂则由运输驳船运至指定地点排放，避免直接排放对水体的污染以及碴体在沉井周围沉淀形成不均衡土压力、致使沉井倾斜。沉井下沉辅助措施采取射水助沉、空气幕下沉等，根据实际情况取舍。沉10吸泥下沉时，对井壁应力、变形和相关土体压力、摩阻力、承载力、变形等进行监控监测，指导安排吸泥程序。

六、沉井下沉偏差的纠正

沉井在入土较浅时(约14m以内)易发生倾斜，而且在四个方向都可能出现倾斜情况；入上较深时，渐稳定。在下沉过程中，由于冲刷，使沉井上游侧河床面低，下游侧河床面高，沉井渐渐从下游向上游方向滑移。

纠正倾斜的方法，一般都是在沉井偏高的一侧单独吸泥，以消除井孔内泥面的高差而达到垂直下沉的目的。但此种纠正方法如不能正确掌握，极易使沉井向相反一侧倾斜，形成上下游(或南北向)交替倾斜下沉。究其原因，系由于泥面虽已吸平，但沉井往往仍未恢复垂直，待继续吸泥至恢复垂直，则相反一方的泥面已吸成深坑，以后即使均匀吸泥，沉井却又向相反的一侧倾斜。较好的纠正方法是：当泥面吸平时沉井虽未恢复垂直状态，亦应停止单侧吸泥，而改用对称均匀吸泥。

如遇地质软硬不一，或沉井外河床高差悬殊时，则须随时注意沉井在下沉过程中的动向，因为这时即使沉井内泥面平整，沉井亦能向地质松软或河床较低一方倾斜。

防止偏移的方法，宜在沉井水中下沉着床时，以适当的估计量偏下游定位；当冲刷使河床有较大高差时，在上游较低处抛石防护，在下游较高处用大直径吸泥机吸除泥砂找平；下沉过程中对称均匀吸除井孔泥砂。

七、沉井吸泥下沉过程中防止翻砂

沉井下沉过程中井孔出现轻微翻砂，不一定引起不良后果，但大量翻砂，却能造成严重事故。翻砂后，沉井外河床下坍，使沉井倾斜；流砂涌入沉井内，沉井内水头迅速上涨，沉井内外水头差过大，使沉井井壁钢筋混凝土及沉井顶部防水围堰等结构遭受破坏。为防止翻砂，应严格遵守有关操作规程，并注意以下几点：

1、及时掌握沉井内部吸泥深度及泥面高差，随时调整吸泥部位；

2、沉井进入覆盖层初期，为满足沉井内外水头平衡要求，必须用抽水机向沉井内补水；

3、刃脚深入覆盖层时，在井壁埋设一定数量的直径250mm的连通钢管，以平衡沉井内外水位。

4、严禁在刃脚部位用射水的办法来促使沉井下沉，即使下沉遇到困难，也要禁止。在四周井孔中射水时，射水管亦不允许向刃脚斜插。

八、沉井清基、封底

当沉井刃脚下沉至设计标高后，对井孔内、刃脚及隔墙下的土层进行清理，以形成封闭的锅底状，其锅底尺寸满足设计要求。清基采用射水、吸泥交替进行，注意控制泥面高度11及不要过分扰动刃脚下土层，以免引起翻砂，隔墙及井孔下面不应有深坑、陡坡、陡坎，同时应着重清理沉井的抗剪槽等部位，使之能很好的与封底砼粘结受力。清基的监测由具有深水潜水资质的潜水员、或水下摄像、或水下机器人完成。

采用大型水上混凝土工作船，一次性进行沉井封底。

九、承台施工

承台按大体积砼方案进行施工。

Claims (2)

1、大型深水沉井基础施工方法，包括沉井钢壳整体制造、整体下河、整体接高、整体浮运，重锚定位***，钢壳底部封闭或井孔增加气筒以加大浮力保证干浇井壁混凝土措施、沉井快速着床，沉井吸泥下沉、沉井纠偏技术，清基、封底等关键工艺技术。

2、根据权利要求一所述的大型深水沉井基础施工方法，其特征在于：

(1)沉井钢壳采用整体制造、整体接高、整体下河、整体浮运技术，这种技术能保证沉井钢壳焊接及变形控制的施工质量，实现水上、陆上平行施工，加快施工进度；

(2)重锚定位***是我公司于2005年获得国家发明专利的技术，能够保证沉井在浮态条件下及时快速着落河床时的平面位置和竖直位置精确；

(3)钢壳底部部分或全部封闭或井孔增加气筒以加大浮力，既能保证干浇井壁混凝土，确保混凝土接缝质量和混凝土与钢结构结合紧密；也能通过井孔内加水或气筒放气，保证沉井快速着床；

(4)沉井吸泥下沉时，对井壁应力、变形和相关土体压力、摩阻力、承载力、变形等进行监控监测，指导安排吸泥程序；沉井一旦发生偏移，也通过上述措施指导沉井纠偏施工；

(5)沉井下沉到位后，由具有深水潜水资质的潜水员、或水下摄像、或水下机器人对基底进行监测，指导清基工作；采用大型水上混凝土工作船，一次性进行沉井封底。

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