杨泗港大桥项目应用科技创新办理超大沉井超厚硬塑黏土层下沉难题

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。铃2号蹈墩沉绝井同堡样采毫取三看次接鲁高三备次下横沉，探粉砂经层采缠用空郊气吸壮泥机橡吸泥国下层繁，硬辅塑骨黏土剖层井郊孔区酬域采般用努搅衔吸泵淘+高低压射逆水取午土赌，针刘对各哈个岁井孔巨黏土荒层厚目度差盼别较忆大的橡情况赌，采禁取不膊同的押搅湾吸设郊备，堂厚度戏较小门的井诸孔采棍用国悼产设厕备，逝厚度塌较大洪的区允域采扑用效冈率相睬对较授高的证荷兰接达门顶搅肚吸泵闻，充港分发乘挥设眠备性字能笋；毕刃脚望盲区父采用劝锚杆便钻机貌钻孔算+高萄压注刺浆泵较射水线工艺怒，址辅以固弯头布吸泥辅机，青效果续显著胳。侮空气括幕是斧一种食非常撞有效蒸的助叔沉措昨施，匹我们锹不仅葱在混词凝土舌沉井洁上设紧置空处气幕棚，在昌钢沉亡井上睁，创驴新采菌用钢摄管与驴PP胆-R扎管结移合设蜻置空辛气幕衰，在阳沉井起下沉轰过程平中起挡到了辩非常终重要立的作丛用：陪两岸爪沉井砖分别碰开启英空气墓幕两挣次，惕每次咱约旨30罢～4蓬0分便钟，界汉阳码侧貌沉井蜜第一屈次下筋沉量铅为1仇.5济m，京第二漂次下塑沉量私为2疾.2淹m；群武昌亡侧搜沉井匙第一羞次下摸沉量怎为1仓.7盯m，留第二言次下芝沉量台为0扑.5吹m，抹本桥抛空气浇幕胡的应违用们是两辨岸标沉井惯顺利灰下沉深到位趟的关似键仔措施晨之一俘。抵（把7灵）监嫌测检耀测全塌覆盖森沉井伸下沉台过程午中，碗只有阴实时柔掌握秀沉井挡姿态封，结不构应卸力变驼化，剃周边羞环境爬变化桨，才雹能确侄保沉值井下建沉全落过程编可控谈，才兵能赛满足屯沉井燥下沉绪安全姜和质峰量要妻求。键为保剩证沉碑井姿海态在络下沉品过程惯中始痛终处怠于可萌控状怎态，吸采用日两套绑监控敢体系捧，相姻互验狸证，萝保证避监控可准确笑性。漂除了烧委托摔专业绣监控亮单位俱对沉支井结对构应撑力、瘦姿态根、地劝下水公位、安内外扶泥面妇标高凡、拦周边搏土体挑沉降极、深固层变始形进绸行监顷控外斯。绕项目尺部讨还专跃门对柱周边农结构沿物、鲜大堤于、筑占岛塌、防埋护桩销变圆形、犹塔吊辈、拌勿合站愿、沉截井姿斧态进茅行监规控，族每日宴进行丧测量岁监控壮，采虽集数神据，漫用于彩指导趁施工吹。忙采用倚多种锤检测甲手段胖，检战测数牲据互烦相印稠证，良确保嚼沉井辱下沉院质量抗，为石提高湖刃脚织及隔律墙区号域检舟测质押量和饲效率的，项柜目部川先后闭组织强投入锤水下胡超声慢波全邻景扫崭描仪君、败超声局测筝壁仪烦进行耗测量督，提后高检征测效鸽率和麻质量芝。虽通过浊一系曲列的化创新案手段月，两轰个丽塔或主墩已沉井击平稳务顺利锦下沉圆到位贤，期渣间未滑发生华一起热安全未质量矿事故放。翅沉井谱下沉冈精度必高罢：奔1号猎塔舒沉井炭任意迫方向匀的偏挨位小搏于1书/2害47认，扭坟转角枕0.狸09证度；涉2用号便塔沸沉井费任意柔方向己的偏典位小贡于1适/2岁48岗，扭叙转角茎0.较10链5度处，均矮远高股于设磨计院剃偏差覆不大尼于1给/1独50驻，扭伙转角刮小于论1丹度的浮要求脚，获抹得了缎设计毫、监灯理、梁业主百等各鞭方蹦认可抵，社伯会影策响好较。滴在局骆领导夕、专也家的细支持魂，项礼目部照员工巧的辛聪勤工尖作下贫，应目前里大桥语施工突进展昼顺利枕，全俱面超匹额完生成集丘团公筒司下亭达的肯任务厅，北烫锚开驰始最隐后一故层内鼻衬施陶工，迫北塔鱼已长链出地计面近默60梨m，略南塔程完成叶了塔清座施筝工，压南锚图完成史第一技层底沫板浇丧筑，惕主桥拼两塔吧两锚瘦进度军可控藏、安渠全风倚险可蹈控，馆成绩迈喜人容。蜜科技迈创新栋是提竞高生痰产力勿的毁重要筛因素画，也马是我孩们解财决桥沈梁建秘设中仪各种齿难题益的法找宝，忘运用远科技休创新亚，项柏目部僚顺利亭完成真了复悔杂环无境、默复杂准地质晶条件副下的毛主墩辆超大拨沉井北施工惕，成寇绩引刊人瞩寇目，事为赴杨泗乱港大山桥的古建设逆打透下码了租坚实并的探基础杨，放畏眼未负来，割项目岔部攻将形再接店再励踩，在喂杨泗芹港秃