溫州甌江北口大橋中塔沉井取土下沉施工技術

潘 濟，于宏偉

1.溫州甌江口大橋有限公司，浙江 溫州 325026

2.中鐵大橋局集團第四工程有限公司，江蘇 南京 210031

1 概述

溫州甌江北口大橋為寧波至東莞國家高速公路（上層）和國道228線（下層）共線過江的雙層公路橋梁，橋址位于甬臺溫高速公路溫州大橋下游15km處，全長2178m，主橋為215m+2×800m+275m三塔四跨雙層鋼桁梁懸索橋，橋式布置形式如圖1所示。主橋中塔縱橋向為“A”形鋼筋混凝土剛性結構、橫橋向為門形鋼筋混凝土剛性結構，塔高142m；中塔采用沉井基礎，沉井下部為填充混凝土鋼殼結構，上部為鋼筋混凝土結構。沉井橫橋向寬66m，縱橋向寬55m，總高68m，其中，鋼筋混凝土沉井高9m，鋼沉井高59m，平面布置為21個尺寸為11.36m×9.16m的井孔，周邊四角井孔設置成圓端形，形成連拱，中塔沉井結構如圖2所示。

圖1 溫州甌江北口大橋主橋橋式布置（單位：m）

圖2 溫州甌江北口大橋中塔沉井基礎結構圖（單位：cm）

對溫州甌江北口大橋中塔沉井進行全方位地質鉆探，中塔沉井工程地質剖面圖如圖3所示。

圖3 溫州甌江北口大橋中塔沉井工程地質剖面圖

對比沉井下沉各階段土體的力學性質，該項目沉井下沉階段采用了抓斗、空氣吸泥機、正循環鉆機、反循環鉆機等不同的取土機械進行取土施工。文章以溫州甌江北口大橋中塔沉井基礎施工為背景，主要講述中塔鋼沉井取土下沉施工方案及關鍵技術。

2 沉井取土下沉施工方案

鋼沉井著床前預先在沉井墩位處進行河床預防護，主要做法為采用級配碎石進行預先拋填，既可減少河床沖刷，又可兼做后期抗臺措施，沉井下沉施工主要施工步驟為沉井著床后清除預防護層使沉井刃腳進入土層，后期在沉井范圍內進行取土施工使沉井下沉至設計深度。

經過多方案比選論證，綜合考慮施工功效等因素，該項目沉井在下沉過程中取土主要方案為防護層采用抓斗抓取方案、淤泥流塑狀態下采用傳統的空氣吸泥機吸泥方案、淤泥質黏土層采用抓斗配合絞吸機以及正循環鉆機取土方案、粉質黏土層和卵石層采用反循環鉆機取土方案。

3 沉井取土下沉施工技術

3.1 沉井3m防護層取土施工技術

沉井著床后按照既定方案需要清除沉井范圍內的防護層，便于沉井進入土層，進行后續下沉施工。

沉井在此施工階段由于沉井干舷高度的原因，沉沒比不滿足空氣吸泥的要求，無法采用空氣吸泥機對井孔內的碎石進行吸除施工，故采用在沉井平面設置平臺的方式，利用抓斗吊機進行分區、分層抓取施工，使沉井平穩穿越防護層。

3.2 淤泥質流塑土層取土施工技術

中塔第10節鋼沉井接高完成，鋼沉井整個鋼沉井刃腳處于淤泥層。在淤泥質流塑土中首先采用的是傳統的空氣吸泥機進行吸泥施工，具體做法為在沉井頂面安裝吸泥管路，采用吊裝設備起吊空氣吸泥機在沉井各個井孔內進行分層吸泥施工，由于漲落潮的影響及吸泥階段井孔內水量的流失，為滿足空氣吸泥機施工的過程中的沉沒比需求，在吸泥階段需采用水泵向井孔內進行補水以滿足施工需求。

后期由于取土深度的不斷增加，淤泥質土體的力學性質發生改變，固結效應明顯增強，采用傳統的空氣吸泥施工時只在吸泥機施工的初段、小范圍內適用，后期在井孔內的土體往往形成蜂窩狀結構，土體不易坍塌且不形成漿體，空氣吸泥機的施工效率明顯下降，鑒于此種情況，在淤泥質流塑土中改用原先的抓斗吊進行土體的抓取施工，施工方法與防護層抓取類似。

3.3 淤泥質黏土層絞吸＋高壓射水施工技術

隨著鋼沉井入土逐漸加深，沉井取土逐漸進入淤泥質黏土層，抓斗抓泥施工效率明顯降低，主要原因如下：

（1）隨著取土深度的不斷增加，抓斗從沉井頂工作面到泥面來回時間增加，嚴重影響了取土效率。

（2）較深處的淤泥質黏土強度高、黏性大，抓斗設備重量輕，種種因素疊加，導致抓斗無法刺入土層，無法實現取土施工。

針對抓斗吊機在淤泥質黏土中取土效率逐漸降低的問題，該項目采用了絞吸機配合彎頭射水工藝進行取土施工。具體方案為在沉井頂部安裝吸泥管路，采用起吊設備起吊絞吸機對井孔內土體進行絞吸取土施工，在井壁及隔艙下的施工盲區內采用彎頭射管對土體進行沖水，加快土體垮塌，便于絞吸機取土。

3.4 淤泥質黏土層鉆孔吸泥（正循環）施工技術

隨著沉井的不斷下沉，取土深度的不斷增加，絞吸機取土效率降低比較明顯，綜合考慮原因如下：

（1）漏電。①隨水深加大電纜接頭防水密封性差，有泥水侵入，易導致漏電跳閘；②電纜線較長，在絞吸機作業時電纜易刮碰破損或絞斷；③電機繞組引出線與電纜接頭處滲漏。

（2）土體強度高、黏性大易導致糊鉆，導致絞吸機過載燒電機。

（3）橋位地處于淡水與海水的交界處，在此環境下絞吸機結構的腐蝕嚴重。

綜合以上原因，隨著施工水深的增加，作業環境差，絞吸機的損壞率大幅度提升，甚至下水后運轉幾分鐘就無法使用，施工效率明顯降低。鑒于單純使用抓斗、空氣吸泥機、絞吸機已經無法滿足沉井取土需要，該項目經過調研、考察后創新性地引入正循環鉆機配合空氣吸泥機進行沉井取土施工，具體做法為將鉆機平臺與沉井頂面進行有效連接，正循環鉆機放置在鉆機平臺上，通過鉆機的不斷鉆進從而攪動固結的黏土層，使土體與水拌和形成漿體，最后采用空氣吸泥機配合吸泥施工。通過在各個井孔內不斷的移動正循環鉆機與空氣吸泥機分層、分區域進行取土施工。

3.5 粉質黏土層及卵石層鉆孔吸泥（反循環）施工技術

由于正循環鉆機在沉井取土的過程中只發揮切削土體的作用，而最終的排泥作業仍然要依靠空氣吸泥機進行，整個施工過程并不連貫，為了增強施工的整體性，提高施工效率，該項目引入反循環鉆機進行沉井取土施工，相對于正循環鉆機配合空氣吸泥機的組合，可實現取土排泥一體化。

反循環鉆機取土具體做法為在沉井頂面支架上設置排泥管路并與反循環鉆機相連，反循環鉆機設置于沉井頂部的吸泥支架上，通過滑道上設置的牽引系統實現鉆機前后、左右移動，完成井孔取土施工。

4 結束語

溫州甌江北口大橋中塔沉井取土下沉階段采用了多種取土機械，包括抓斗、空氣吸泥機、絞吸機、正循環鉆機、反循環鉆機，歷經在防護層、淤泥、淤泥質黏土、卵石層等不同土層的下沉施工，施工周期長，地質情況復雜，施工工序轉換多。與傳統單純采用空氣吸泥機取土方式相比，該項目針對不同土層采用不同的取土設備，克服了復雜地質條件下沉井取土下沉的難題，可操作性更強，提高了沉井取土下沉的施工效率，減少了施工的安全質量風險。沉井分階段取土下沉施工技術在溫州甌江北口大橋的成功運用，豐富了沉井取土下沉的施工方法，可為今后深水橋梁沉井基礎在復雜地質情況下取土下沉施工提供參考與借鑒。