杨泗港大桥项目应用科技创新解决超大沉井超厚硬塑黏土层下沉难题

EvaluationWarning:ThedocumentwascreatedwithSpire.Docfor.NET.杨泗港大桥项目应用科技创新解决超大沉井超厚硬塑黏土层下沉难题——记杨泗港长江大桥主塔沉井施工武汉杨泗港长江大桥主跨1700m，一跨过江，是世界上跨度最大的双层钢桁梁悬索桥，其主塔1、2号墩均采用沉井基础，平面尺寸为77.2m×40.0m。1号塔沉井位于汉阳江滩边坡上，距离大堤仅50m左右，沉井高38m，下沉需穿过厚度约0.5～6.2m的硬塑黏土层；2号塔沉井位于武昌侧水域，洪水期水深近25m，沉井高50m，其中底部28m为钢壳混凝土，上部22m为钢筋混凝土，下沉需穿过约1.8～10.8m的硬塑黏土层。两个沉井所处环境均极为复杂，1号塔沉井在江滩边坡上，一边临水，一边临近大堤，既要采取措施防止沉井下沉过程中倾斜，又要充分论证沉井下沉对大堤产生的影响；2号塔沉井位处水深流急，且需穿过强度达400kpa、最大厚度达10m的倾斜硬塑黏土层，如何在深水条件下取出沉井下坚硬土层，这在国内还没有施工先例，必须进行技术、工艺创新！围绕杨泗港主塔沉井施工存在的难题，项目部开展了一系列科技创新：（1）创新防护措施，确保大堤安全和沉井平稳下沉创新思维，根据1号塔沉井所处一面临水、一面临近大堤的环境，制定最优的防护结构措施。在沉井与大堤间设置“C”字形防护结构，解决临边基础施工，防护结构不易设置内支撑的难题，沉井长边方向采用锚桩+防护桩的形式，短边方向防护桩不设内支撑或锚拉结构，防护桩弧形布置，两端设置咬合桩，抵抗防护桩弧形布置所产生的径向力，提高防护桩的整体刚度，减小防护桩变形，尽可能减小下沉对大堤产生影响，经观测，大堤防护桩在沉井下沉过程中，变形控制在厘米级，最大程度保障了大堤和沉井周围建筑的安全。针对沉井在边坡上易倾斜的问题，加大地基换填范围、换填深度，保证沉井平稳下沉。（2）因地制宜，实现沉井主动转向下河及助浮措施创新2号墩经方案比较后，最终选定了底节23m钢壳整体下水方案，23m钢壳加上底托板重量约6200t，为国内目前采用气囊法下水最大吨位的沉井。采用23m钢壳整体下水方案，需要解决以下两个问题：其一既有施工场地不正对河口，在沉井钢壳的下河过程中，需要对沉井进行主动转向。其二，沉井自重吃水深度约6m，航道保证水深仅3.5m，沉井浮运时需采取助浮措施。为解决以上难题，项目部在集团公司既有技术上进行创新，巧妙地将下河托架和助浮措施进行一体化设计，很好的解决了现场实际问题。实施过程中主要有以下创新点：一、采用底托板封闭部分井孔增加浮力，实现陆地超重沉井气囊法下河和浮运。二、利用气囊的滚动作用，通过后锚的收放，实现大型沉井多角度平面主动转向，适应拼装下河场地。三、创新底托板与沉井的连接结构形式，采用新型密封材料+内侧焊缝的组合结构，既保证下河浮运过程中底托板与沉井的连接密封，又使底托板与沉井间焊缝连接切除由水下作业转换为干作业，提高了施工的安全性。“大型沉井或围堰的浮运方法”已获得发明专利授权。（3）设备创新，内部研制、外部引进两手抓工欲善其事，必先利其器。针对本桥沉井下沉需穿过深厚硬塑黏土层的特点，项目部提前谋划，在国内广泛寻求合作对象，最终选定与河北新钻公司联合开发KQJ800B型搅吸泵，设备性能参数根据硬塑黏土层力学指标进行专项设计。现场试用后，将原搅吸泵两刀头间距进行拉宽加大，增加接触面积及刀头强度，再将原两个130mm吸泥管改制为一个273mm吸泥管，防止石块及黏土块堵塞管路。改进后的搅吸泵吸泥效果显著，成为沉井在黏土层下沉取土的主要设备。在与国内厂家联手的同时，大桥人的眼光放得更远，广泛了解国外相关领域的先进设备，与荷兰达门公司共同研究配备了液压动力搅吸泵，刀头形式与地连墙施工时所用铣槽机一样，配备1250m3/h的高压水泵，采用动力站以液压形式工作，效果显著。（4）试验先行，确定最优方案试验是检验设备工作效率及可行性的有效手段。沉井施工中最大的困难为黏土层取土下沉，为攻克此难关，项目部开展了高压射水、不同射水嘴与搅吸设备和空气吸泥机组合、抓斗取土等多项试验，研究黏土层取土最佳工艺。通过吸泥效率分析，最终确定吸泥效果最优为潜水挖泥机+1个射水嘴的实施方案。（5）理论先行，创新爆破工法为研究爆破效率和影响，项目部与武汉理工大学共同进行爆破科研，形成了《武汉杨泗港长江大桥主塔沉井水下土层爆破关键技术研究》用于指导施工，建立爆破模型，分析爆破对沉井主体结构的影响，合理确定爆破位置及装药量，将爆破对大堤、周边建筑、沉井结构以及长江鱼类的影响降低到最小。采用地质钻机在井壁预留爆破孔上进行钻孔，然后装填炸药，对药孔进行堵塞爆破，爆破完成后，通过观测数据分析爆破对大堤、周边建筑及长江鱼类的影响，根据观测结果及时调整炸药装填量。派遣潜水工进行下潜摸排爆破效果，总结经验合理选择爆破孔位及顺序，保证爆破质量。目前，“沉井刃脚正下方土体水下爆破取土装置”实用新型专利已获得授权。（6）工艺创新，综合应用质量、进度都离不开合适的施工工艺，在没有施工先例可供参考时，项目部不断摸索新工艺，并改进完善，最终形成了一套行之有效的工艺。1号墩沉井分为七节，采用三次接高三次下沉工艺，根据每次下沉所处的土层制定不同的下沉工艺，最大限度提高下沉效率：第一次下沉采用冲吸泥工法，仅用时16天就完成第一次9.5m下沉，下沉速度达到0.6m/d；第二次下沉采用空气吸泥机吸泥下沉，高压射水辅助，确保平稳；第三次下沉采用不排水下沉，采用空气吸泥机吸泥取土，沉井进入黏土层后，采用搅吸泵，高压射水配合空气吸泥机进行取土，刃脚下黏土采用爆破方案。通过不断摸索改进，最终形成硬塑黏土层井孔区域采用专用疏浚抓斗+搅吸泵+高压射水取土；刃脚盲区采用爆破+高压旋喷桩机高压射水+斜向弯头吸泥机取土的工艺，取土效果良好。细2号墩沉井同个样采取三次接东高三次下沉，蛾粉砂层采用空国气吸泥机吸泥名下层，硬塑门黏土吵层井孔区域采冈用谋搅鼓吸泵+高压射忘水取土捐，针对各个谜井孔黏土层厚撤度差别较大的李情况歼，采取不同的捡搅待吸设备，厚度腰较小的井孔采枕用国产设备，顾厚度较大的区绪域采用效率相沟对较高的荷兰秆达门轨搅后吸泵，充分发继挥设备性能清；卵刃脚盲区采用慈锚杆钻机钻孔纵+高压注浆泵脉射水工艺迁，析辅以弯头吸泥拒机，境效果显著。艺空气幕是一种范非常有效的助骑沉措施，我们勿不仅在混凝土遭沉井上设置空隐气幕，在钢沉华井上，创新采惊用钢管与PP坏-R管结合设适置空气幕，在椒沉井下沉过程蹦中起到了非常读重要的作用：科两岸沉井还分别开启空气尖幕两次，相每次约芽30档～40分钟，真汉阳彻侧球沉井帅第一次下沉量男为1.5m，恩第二次下沉量够为2.2m；陶武昌侧罩沉井沙第一次下沉量岁为1.7m，死第二次下沉量说为0.5m，州本桥空气幕筋的应用远是两岸嫁沉井顺利筋下沉胡到位的关键餐措施晋之一。吓（木7载）监测检测全有覆盖娘沉井下沉过程该中，只有实时往掌握沉井姿态酿，结构应力变由化，周边环境能变化，才能确密保沉井下沉全叮过程可控，才柔能丸满足在沉井下沉安全涂和质量要求。淡为保证沉井姿钞态在下沉过程娃中始终处于可稀控状态，采用蔑两套监控体系袋，相互验证，洋保证监控准确漏性。除了委托粉专业监控单位堪对沉井结构应寻力、姿态、地岁下水位、笛内外泥面标高调、屑周边土体沉降嚷、深层变形进深行监控外。籍项目部瑞还专门对周边混结构物、大堤废、筑岛蛛、防护桩变议形、塔吊、拌捉合站、沉井姿沙态进行监控，挽每日进行测量乔监控，采集数背据，用于指导睁施工。遮采用多种检测搭手段，检测数俗据互相印证，伶确保沉井下沉货质量，为提高缴刃脚及隔墙区驳域检测质量和扇效率，项目部付先后组织投入勾水下超声波全创景扫描仪、绪超声驴测小壁仪进行测量答，提高检测效菠率和质量。醒通过一系列的把创新手段，两迹个渡塔食主墩沉井止平稳炊顺利下沉到位凉，期间未发生误一起安全质量伞事故哨。坏沉井下沉精度急高旦：斥1号短塔逃沉井任意方向押的偏位小于1星/2享47古，扭转角0.效09度；勾2券号谨塔每沉井任意方向羞的偏位小于1淹/248，扭赢转角0.10框5度，均诉远高于设计院座偏差不大于1帆/150，扭厕转角小于1叮度的要求，获废得了设计、监泉理、业主等各资方舌认可，社会影浅响好。烂在局领导、专扫家的支持，项瞒目部员工的辛们勤工作下，斯目前大桥施工援进展顺利，全践面超额完成集校团公司下达的躁任务，北锚开呆始最后一层内袜衬施工，北塔挠已长出地面近愉60m，南塔租完成了塔座施渔工，南锚完成方第一层底板浇射筑，主桥两塔习两锚进度可控昨、安全风险可宾控，成绩喜人持。烤科技创新是提坛高生产力看的蛙重要因素，也暂是我们解决桥若梁建设中各种蔽难题的法宝，墙运用科技创新公，项目部顺利女完成了复杂环全境、复杂地质姜条件下的主墩赶超大沉井施工薪，成绩引人瞩弊目，猴为辅杨泗港大桥的剧建设汁打妥下样了村坚实的压基础，放眼