特大超深沉井下沉技術(shù)

1、特大超深沉井的下沉施工技術(shù) 江陰長(zhǎng)江公路大橋北錨沉井施工實(shí)踐劉加峰上海基礎(chǔ)工程公司【摘要】江陰長(zhǎng)江公路大橋北錨沉井是世界第一大沉井，本文根據(jù)施工流程，分排水下沉施工與不排水下沉施工兩個(gè)階段詳細(xì)介紹了該沉井的下沉施工工藝及效果，其中重點(diǎn)介紹了深井降水與空氣幕在下沉施工中的應(yīng)用。前言 江陰長(zhǎng)江公路大橋位于江蘇省江陰市西山與靖江市十圩村之間，該橋是國(guó)家規(guī)劃2000年前建成“兩縱兩橫”公路主骨架中同江至三亞國(guó)道主干線(xiàn)以及北京至上海國(guó)道主干線(xiàn)的跨江“咽喉”工程。大橋采用一跨過(guò)江，大跨徑鋼懸索橋型，主跨1385m，目前為“中國(guó)第一，世界第四”。大橋南北錨采用重力式錨方案。其中北錨錠采用大型深沉井（下稱(chēng)北錨

2、沉井）基礎(chǔ)方案。作為吊橋四大件之一的北錨沉井主要功能是將大橋主纜6.4萬(wàn)噸的拉力傳給地基，并使北錨錠的豎直沉降和水平位移限制在允許值以?xún)?nèi)，確保120年“巋然不動(dòng)，穩(wěn)如泰山”，是整個(gè)大橋工程的關(guān)鍵和核心。北錨沉井為矩形多孔（格）沉井，長(zhǎng)69m、寬51m，制作高度及下沉深度均為58m，內(nèi)設(shè)縱橫各五道隔墻，把沉井分為36個(gè)格倉(cāng)，井壁厚度為2m，隔墻厚度為1m。整體規(guī)模目前屬世界第一，該沉井工藝復(fù)雜，難度大，技術(shù)含量高，工期緊，自一九九五年九月開(kāi)工至一九九七年十月竣工，共經(jīng)歷了地基處理、鋼殼沉井制作、鋼砼沉井制作、排水下沉、不排水下沉以及封底回填等工序過(guò)程，其中的下沉施工由于深度深、地質(zhì)情況復(fù)雜且鄰近

3、長(zhǎng)江大堤等原因給施工帶來(lái)了很大的難度和風(fēng)險(xiǎn)。1 工程概況沉井共分十一節(jié)，第一節(jié)高8m（亦即最下面一節(jié)），為鋼殼砼沉井，其余十節(jié)每節(jié)高5m，均為鋼筋砼結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）。鋼殼沉井是在現(xiàn)場(chǎng)制作現(xiàn)場(chǎng)安裝的，鋼殼沉井的主要作用是在下沉?xí)r克服正面阻力，保證沉井安全順利地穿越58m土層，下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高。按照?qǐng)D1 沉井平、立面圖原設(shè)計(jì)要求，沉井按節(jié)分為十一次制作，十次下沉。即制作13m后進(jìn)行第一次排水下沉，然后每制作接高一次（5m），下沉一次， 并要求排水下沉15m后，井內(nèi)灌水，改為不排水下沉。其理由是：a、排水下沉15m后沉井進(jìn)入粉細(xì)砂層，繼續(xù)進(jìn)行排水下沉，易產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，使沉井失穩(wěn)并擾動(dòng)沉井周邊土體，這對(duì)作

4、為錨錠基礎(chǔ)的沉井是不利的；b、配合排水下沉進(jìn)行的深井點(diǎn)降水，由于深度深，影響面積大，它所引起的土體沉降，對(duì)周邊民房、橋墩，特別是直線(xiàn)距離只有240m的大堤穩(wěn)定造成威脅；c. 每接高5m下沉一次，沉井重心比較低，容易控制偏差。 施工中，在對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究分析后認(rèn)為，如按上述方案施工，工期將大大延長(zhǎng)，施工成本也將大大提高，為此基礎(chǔ)公司根據(jù)北錨沉井所處地質(zhì)條件和以往在長(zhǎng)江邊沉井下沉施工的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次的專(zhuān)家會(huì)議論證，提出并確定了如下方案：排水下沉29m（結(jié)構(gòu)極限允許排水下沉30m），不排水下沉29m，分十一次制作，四次下沉的施工方案。即制作至13m，排水下沉12.5m，制作至18m，排水下沉至1

5、7.5m；制作至33m，排水下沉至29m；制作至53m，不排水下沉至58m（最后一節(jié)5m是在第四次下沉過(guò)程中進(jìn)行的）。這一方案不但可以加快施工進(jìn)度，而且能大大降低施工成本，但它給下沉施工也帶來(lái)了較多的難題，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： a、 大型沉井排水下沉30m史無(wú)前例，與其相配合的大面積深坑疏干是排水下沉成功的關(guān)鍵，也是施工中有待研究的課題。 b、.國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的常規(guī)水力機(jī)械吸泥設(shè)備多是針對(duì)淤泥質(zhì)土設(shè)計(jì)的，砂質(zhì)土的高磨損性對(duì)其是個(gè)考驗(yàn)，而且在30m高度上能否正常工作也是個(gè)問(wèn)題。 c、如何控制深井降水引起的土體沉降，以保證鄰邊特別是大堤的安全。 d、超深度的排水下沉，如何滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的沉井下沉過(guò)程中

6、的12點(diǎn)支撐受力工況，從而保證沉井結(jié)構(gòu)的安全。2 水文地質(zhì)概況北錨沉井設(shè)計(jì)位置距長(zhǎng)江大堤約240m，地貌上屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原，地面高程2.252.69m，地形平坦，地下水埋深約1.602.20m，所處地層均為第四系松散沉積層，主要為亞粘土、亞砂土、粉砂、粉細(xì)砂、含礫中粗砂等（見(jiàn)表1）。表 1單元代號(hào)主要巖性層頂高程m 內(nèi)聚力KPa內(nèi)摩擦角摩阻力KPa容許承載力KPa極限承載力KPa1亞粘土與亞砂土 互層+2.4725.6151102772亞粘土與粉砂互層-2.741030.1401755183粉細(xì)砂-17.54-27.601233.4502158806994亞粘土-41.642824.445

7、2256265含礫中粗砂-51.641634.71153751028北錨錠區(qū)自上而下有四個(gè)含水層，依次為：潛水含水層，平均厚度為19m，隨著深度增加，漸具微承壓性；第一承壓水層，平均厚度20m，巖性以細(xì)砂為主，與上覆潛水含水層間具有3m左右不穩(wěn)定粉質(zhì)粘土隔水層，越流補(bǔ)給現(xiàn)象明顯；第二承壓含水層，厚度29m，與第一承壓水層間有9.9m12.6m厚的隔水層，此層承壓水資源豐富，與長(zhǎng)江有密切的水力聯(lián)系；巖溶承壓含水層。3 下沉力分析 北錨沉井為重型沉井，主要靠自重G克服阻力下沉，其所受的阻力有水的浮力F、刃腳及隔墻底的正面反力R1和沉井的側(cè)壁摩阻力R2，其下沉系數(shù)K值為：K（GF）/（ R1R2）計(jì)

8、算結(jié)果如表2：表 2下沉次序沉井高度 m刃腳踏面標(biāo)高m工 況K全截面支承0.66113-10.1全刃腳支承1.58半刃腳支承2.07全截面支承0.84218-15.1全刃腳支承1.78半刃腳支承2.21全截面支承0.87333-26.6全刃腳支承1.76半刃腳支承2.14全截面支承0.9953-41.64全刃腳支承1.534半刃腳支承1.71全截面支承0.63-51.64全刃腳支承1.0558半刃腳支承1.21全截面支承0.58-55.60全刃腳支承0.91半刃腳支承1.03 根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，沉井下沉?xí)r的正常下沉系數(shù)，一般應(yīng)大于1.101.25為好，由此，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：a、三次排水下沉在

9、全刃腳支承的工況下下沉系數(shù)均滿(mǎn)足下沉要求。b、刃腳踏面標(biāo)高在41.64m以上，即穿越粉細(xì)砂層時(shí)，在隔墻底面懸空的工況下，下沉系數(shù)大于1.53，沉井能順利下沉。c、刃腳踏面標(biāo)高在51.64m以上，即穿越亞粘土層時(shí)，只有在半刃腳的工況下，沉井才能順利下沉。d、沉井穿越亞粘土層，進(jìn)入含礫中粗砂層，到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高前，僅依靠自重下沉已比較困難，需要采取輔助措施。e、沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高-55.60m時(shí)，基本能保持穩(wěn)定。4 排水下沉按照預(yù)定方案，沉井的排水下沉分三次進(jìn)行，下沉深度分別為12.5m、17.5m、29m，排水下沉工藝就是井外采用井點(diǎn)降水，降低井內(nèi)外水頭差，防止涌砂，井內(nèi)用高壓水槍沖泥，泥將泵吸泥，

10、井內(nèi)無(wú)水的干下沉工藝。4.1 設(shè)備配備和工藝流程 在沉井36個(gè)格倉(cāng)內(nèi)布置36套沖泥水槍?zhuān)赏瑫r(shí)啟動(dòng)18套水槍沖泥下沉，每套水槍由1臺(tái)80-50-200B型高壓水泵供水，共計(jì)18臺(tái)。每臺(tái)80-50-200B型高壓水泵的流量為50m3/h， 水槍出口水壓力0.6MPa左右，功率15KW。吸泥設(shè)備采用NL100-28型高壓立式泥漿泵，共24臺(tái)，分別和各個(gè)格倉(cāng)內(nèi)的水槍相應(yīng)配合使用。泥漿泵揚(yáng)程28m（二臺(tái)串聯(lián)，揚(yáng)程可達(dá)50m以上），流量120m3/h，功率22KW。 起重設(shè)備為1臺(tái)50t履帶吊，1臺(tái)80t的塔吊和1臺(tái)40t塔吊，配合沉井內(nèi)沖泥設(shè)備的調(diào)動(dòng)，及其它輔助工作。下沉?xí)r，高壓水泵從距井50m處的蓄

11、水池取水供高壓水槍用水，蓄水池由3臺(tái)NL100-12.5型立式泥漿泵從長(zhǎng)江取水和由井點(diǎn)降水井抽出的水供水，供水量每小時(shí)可達(dá)3000立方左右。高壓水槍沖出的泥漿由NL-100-28型高壓泥漿泵抽至沉南北兩側(cè)的沉淀池進(jìn)行沉淀處理，沉淀池總?cè)萘考s10萬(wàn)立方m，沉淀后清水抽入長(zhǎng)江，泥砂沉淀物用挖機(jī)挖出并外運(yùn)堆放。4.2 深井降水 29m排水下沉能否成功的關(guān)鍵在于深井降水的效果。沉井地處長(zhǎng)江北岸，垂直向沉積多為砂層，含水層滲透性極強(qiáng)，水量豐富，而且在沉井下沉深度范圍內(nèi)存在潛水層和兩層承壓水層，所有這些都給深井降水帶來(lái)很大難度。 為確保深井降水的效果，深井打設(shè)施工前，委托江蘇省水文地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)院張家港分院

12、進(jìn)行了為期一個(gè)月的水文地質(zhì)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果制定了深井施工方案。4.2.1 深井設(shè)計(jì)和布置根據(jù)排水下沉深度和深井降水的試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)計(jì)算，沿沉井周邊共布設(shè)深井20口，考慮到沉井下沉可能產(chǎn)生塌方、土體位移等現(xiàn)象，降水井與沉井外井壁必須留有一定的安全距離，以保證降水井在沉井下沉過(guò)程中的正常使用，確定安全距離為20m，井間距20m，成孔深度48m，下管46m，成孔口徑650mm，井管采用273mm鋼管。為了便于水位控制和環(huán)境觀測(cè)，打設(shè)了6口觀測(cè)井，成孔深度40m，井管用108mm鋼管。井點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。圖2 降水井點(diǎn)平面布置圖4.2.2 深井降水施工 排水下沉過(guò)程中的深井降水其主要目的是減小井內(nèi)外水頭差

13、，防止出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，施工中，深井降水井的啟用和控制即以此為原則。下沉施工中，利用觀測(cè)井和通過(guò)觀測(cè)沉井內(nèi)刃腳處的滲水情況，動(dòng)態(tài)地調(diào)整降水井開(kāi)啟運(yùn)行的數(shù)量、位置和降水深度，考慮到如降水太深，致使基底疏干，給沖泥出土帶來(lái)較大的困難，在保證不產(chǎn)生流砂的情況下，盡量減少降水深度，一般控制沉井井壁外地下水位在刃腳踏面以上2m左右的位置。 第一次下沉，平均每天5口井運(yùn)轉(zhuǎn)，各單井出水量大，建井質(zhì)量良好。在第二次下沉?xí)r，采用抬高深井潛水泵至地面下25m的方法，來(lái)控制和穩(wěn)定地下水位和最大降水深度，以減少因降水地表沉降引起的環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也達(dá)到了配合下沉的目的。第三次下沉深度加大，又進(jìn)入細(xì)砂層，稍有疏忽，即有可能產(chǎn)

14、生流砂，特別是到了后期由于群井干擾等因素，多數(shù)井由于水量不足，產(chǎn)生了“脈沖現(xiàn)象”，其中部分井運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，濾砂網(wǎng)堵塞，為確保降水效果，采取了邊洗井邊運(yùn)行的措施。下沉至29m時(shí)，外井壁水位降深仍達(dá)28m左右，未發(fā)生大流砂現(xiàn)象，深井施工方案取得了預(yù)期的效果。4.2.3 地面沉降的控制措施 大面積長(zhǎng)時(shí)間的深層降水必將導(dǎo)致土層固結(jié)，致使地面沉降，這對(duì)周邊民居、鄰近的橋墩，特別是長(zhǎng)江大堤的安全造成威脅，為確保安全施工，沿大橋軸線(xiàn)、十圩河大堤、長(zhǎng)江大堤、民舍、橋墩等布設(shè)了28個(gè)沉降點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)，同時(shí)利用地下水位觀測(cè)井及時(shí)掌握降水井運(yùn)行過(guò)程中地下水位的變化，對(duì)降水過(guò)程實(shí)行信息化控制。 沉降點(diǎn)觀測(cè)在降水初期和

15、水位恢復(fù)期間，每星期一次，后期2天一次，當(dāng)天測(cè)量平均沉降值超過(guò)1cm時(shí)每天測(cè)量一次，水準(zhǔn)基點(diǎn)設(shè)在距沉井較遠(yuǎn)的橋墩上。通過(guò)這些措施，沉井三次排水下沉沒(méi)有對(duì)周邊環(huán)境造成任何破壞性影響，并經(jīng)受了百年不遇的長(zhǎng)江大潮的考驗(yàn)。4.3 沖泥下沉4.3.1 沖泥順序 下沉?xí)r，為便于控制，把沉井36個(gè)隔倉(cāng)由中心向四周分為、三個(gè)環(huán)形區(qū)域（見(jiàn)圖1），沖泥下沉即采取先區(qū)，再區(qū)，再區(qū)的順序。具體步驟如下 。 第一步：以區(qū)為下沉的中心區(qū)，、兩區(qū)16個(gè)格可同時(shí)啟動(dòng)，用高壓水槍沖泥，高壓泥漿泵出泥，各自形成小鍋底；下沉過(guò)程中，區(qū)可保持懸空1.5m左右，但鍋底不宜太深，區(qū)內(nèi)側(cè)控制在50cm以?xún)?nèi)，外墻控制在20cm以?xún)?nèi)； 第二步

16、：對(duì)區(qū)井格，在沉井依靠自重能夠均勻下沉的情況下，僅以沖吸井格內(nèi)土體為主，在必須沖吸隔墻及刃腳下土體時(shí)，對(duì)隔墻懸空的范圍和尺寸，刃腳埋入土體的深度都要嚴(yán)格控制。一般刃腳要埋入土中，內(nèi)側(cè)保持有80cm左右的土塞，沖刃腳時(shí)要做到對(duì)稱(chēng)，均勻。4.3.2 沉井均勻下沉的控制 沉井排水下沉深度達(dá)29m，其井位偏差、四角高差、扭角均要控制在允許范圍以?xún)?nèi)，以便形成良好的下沉軌道，為沉井的不排水下沉創(chuàng)造最好的工況。施工的關(guān)鍵便在于沉井的均勻下沉，為此采取了如下控制措施： 一、“有偏必糾”，通過(guò)電測(cè)和光學(xué)儀器兩種用段對(duì)下沉量、四角高差、偏差進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)了解下沉速度，及時(shí)進(jìn)行糾偏，確保沉井在下沉初始階段形成良好的

17、下沉軌道； 二、利用沉井結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的電器元件， 獲得基底反力以及沉井內(nèi)混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變數(shù)據(jù)，指導(dǎo)下沉沖泥力度，消除應(yīng)力集中現(xiàn)象，確保結(jié)構(gòu)體均勻受力； 三、控制降水深度嚴(yán)防涌砂現(xiàn)象發(fā)生； 四、保護(hù)刃腳處的土塞，保證設(shè)計(jì)的沉井四邊12點(diǎn)支承工況，在刃腳支承不能滿(mǎn)足下沉要求時(shí)，在刃腳處取土，應(yīng)做到均勻、對(duì)稱(chēng)，層層剝離，循序漸進(jìn)。4.3.3 每次終沉前的控制措施 每次下沉離預(yù)定標(biāo)高1m左右時(shí)，區(qū)隔墻懸空應(yīng)逐漸減少，控制在50cm左右，區(qū)控制在20cm以?xún)?nèi)，且鍋底也逐漸減少，以能出泥為標(biāo)準(zhǔn)，并降慢下沉速度，測(cè)算下沉趨勢(shì)和自沉貫量。 隨著沉井繼續(xù)下沉，格應(yīng)逐漸形成外隔墻不懸空擠土下沉的工況，如沉井不肯下

18、沉或下沉太慢，可平掃區(qū)隔墻底，使其懸空，如果沉井仍不能下沉， 再平掃區(qū)隔墻底部，并保持區(qū)的外隔墻懸空比區(qū)內(nèi)隔墻懸空深50cm。形成中心向四周近似梯度的受力工況，以便沉井接高時(shí)，盡可能增加基底反力面積，使沉井受力均勻，沉降小，避免沉井頂部產(chǎn)生較大的負(fù)彎矩。4.4排水下沉結(jié)果 沉井排水下沉結(jié)束后，四角最大高差3.6cm，最大扭轉(zhuǎn)角0'20"，為不排水下沉打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，形成了良好的下沉軌道。5 不排水下沉 沉井第三次排水下沉至設(shè)計(jì)地面標(biāo)高下29m時(shí)，由于與長(zhǎng)江有水力聯(lián)系的第二層承壓水（約在地面下40 m），頂破其上覆頂蓋涌出，而井外井點(diǎn)降水又難以繼續(xù)降壓，為保證沉井及鄰近橋墩的

19、安全，排水下沉至此結(jié)束。第四次下沉按照預(yù)定的方案改為不排水下沉工藝。該次下沉是在沉井連續(xù)制作5次（其中第五次是邊下沉邊制作的）共25m后進(jìn)行的。 同排水下沉相比，不排水下沉有如下特點(diǎn)： a.下沉深度加大，井內(nèi)灌水，下沉系數(shù)減小。 b.沉井鍋底情況看不到，只能靠測(cè)繩或潛水員水下探摸來(lái)了解，給施工帶來(lái)很大的難度。 c.施工設(shè)備數(shù)量、種類(lèi)多，復(fù)雜，而許多設(shè)備及其技術(shù)指標(biāo)需根據(jù)本工程的規(guī)模特點(diǎn)特制。 d.下沉速度慢，難以控制，而工期要求緊，這也是此次下沉的主要矛盾之一。 e.沉井下沉穿越的地質(zhì)情況復(fù)雜，特別是要穿越一層亞粘土層，這一層是沉井不排水下沉的主要難點(diǎn)所在。5.1 下沉工藝的選擇 不排水下沉水

20、下除土方法有水下抓土法，水下水力吸泥法，而比較常用的方法是空氣吸泥法。本工程從沉井的規(guī)模、工期要求及施工現(xiàn)場(chǎng)的條件考慮，采用高壓射水槍切割土體，空氣吸泥器除土下沉的方法，高壓射水槍與空氣吸泥器是組合在一起的（下稱(chēng)空氣吸泥機(jī)）。 空氣吸泥機(jī)空氣由設(shè)在工地上的空氣壓縮機(jī)站供應(yīng)，每臺(tái)吸泥機(jī)的供氣量，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)公式（計(jì)算從略），定為1520m3/min，空氣壓力（氣壓表讀數(shù)）為0.5MPa左右。5.2 下沉工藝流程及設(shè)備配備沉井不排水下沉施工流程如下：長(zhǎng)江取水蓄水池高壓供水（供氣）沖泥、吸泥泥漿池堆土場(chǎng)地 不排水下沉?xí)r，由安裝在長(zhǎng)江200t船駁上的大流量低壓泵取水至容量近4000m3的蓄水池，

21、然后由高壓水泵供水至井上空氣吸泥機(jī)的高壓水槍沖泥，空氣吸泥機(jī)將泥漿吸至沉井邊的泥漿池，最后由泥漿泵將池內(nèi)的砂土駁運(yùn)至堆土場(chǎng)地。為將泥漿池內(nèi)沉淀的砂土及時(shí)取走，配備了高壓水力機(jī)械沖泥。由于堆土場(chǎng)地離沉井較遠(yuǎn)，駁運(yùn)泥漿的泥漿泵采用三級(jí)接力的方式。另外，利用長(zhǎng)江船駁上的低壓泵直接向井內(nèi)補(bǔ)水。 不排水下沉的設(shè)備種類(lèi)及數(shù)量繁多，設(shè)備的配備科學(xué)與否對(duì)不排水下沉的成功是至關(guān)重要的，本工程的設(shè)備配備參考了大量的經(jīng)驗(yàn)資料，同時(shí)結(jié)合工程的實(shí)際特點(diǎn)而定的，其選型及數(shù)量見(jiàn)表3 。其中主要設(shè)備的數(shù)量是按照工期要求及計(jì)劃日工作量確定的。 沉井下沉按每天20cm計(jì)算，則日出土量為： 20cm÷100×3

22、500m2=700m3 每臺(tái)空氣吸泥機(jī)出泥漿量每小時(shí)按150 m3計(jì)算，含泥量為5，每天有效工作時(shí)間16小時(shí)，同時(shí)考慮一個(gè)儲(chǔ)備系數(shù)1.2，則同時(shí)工作的空氣吸泥機(jī)臺(tái)數(shù)為： 700÷（150×5×16）×1.27 為確保工期，同時(shí)考慮到沉井的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)際施工時(shí)， 空壓機(jī)、高壓水泵等設(shè)備是按照12臺(tái)同時(shí)工作配備的。表 3名稱(chēng)規(guī)格、型號(hào)單 位數(shù) 量用 途方駁200t艘1取水平臺(tái)低壓泵揚(yáng)程20m流量400 m3/h揚(yáng)程30m流量300 m3/h臺(tái)臺(tái)104由長(zhǎng)江取水高壓泵壓力30Kg/cm2 流量300 m3/h揚(yáng)程50m流量60 m3/h臺(tái)臺(tái)146提供高壓水沖泥

23、漿池泥漿泵揚(yáng)程16m流量140 m3/h臺(tái)68駁運(yùn)泥漿電動(dòng)空壓機(jī)20 m3/min10 m3/min臺(tái)臺(tái)410供高壓氣供高壓氣空氣吸泥機(jī)自制150m3/h臺(tái)36沖泥、吸泥5.3除土下沉施工方案5.3.1 管路布置 每套空氣吸泥機(jī)所用到的管路有出泥管、供水管、供氣管，沉井36個(gè)格倉(cāng)內(nèi)共有36套吸泥機(jī)，受沉井上操作空間的限制，每套吸泥機(jī)不可能配備各自專(zhuān)用的管路，為解決這一問(wèn)題，在沉井井壁及隔墻上布設(shè)了供水、供氣總管。在供水、供氣總管上設(shè)置多個(gè)200變50的分流管，通過(guò)50高壓皮籠連通各空氣吸泥機(jī)的水槍及供氣管。出泥管沿沉井長(zhǎng)邊方向布設(shè)6排，共12根，以沉井長(zhǎng)邊中軸線(xiàn)為界向兩邊排泥，每根出泥管各負(fù)責(zé)

24、3個(gè)井格的排泥工作，井上的空氣及高壓供水管上均設(shè)置壓力表，以便于控制。5.3.2 沖、吸泥順序 北錨沉井共36個(gè)格倉(cāng)，每個(gè)格倉(cāng)各安裝一套空氣吸泥機(jī)，可同時(shí)使用12臺(tái)，吸泥順序從中心A區(qū)四格開(kāi)始，向B區(qū)、C區(qū)對(duì)稱(chēng)同步地?cái)U(kuò)散，以形成1：4左右的大鍋底。對(duì)C區(qū)土體的沖、吸范圍，根據(jù)下沉力分析的結(jié)果及下沉測(cè)量資料，對(duì)不同的土層和深度采取相應(yīng)的措施。由于空氣吸泥機(jī)所配水槍均為豎直向的，沉井刃腳下的土體沖不到，為此，沉井制作時(shí)，在井壁內(nèi)預(yù)設(shè)了高壓射水槍?zhuān)匾獣r(shí)開(kāi)啟助沉。 此次下沉以糾偏下沉為主，施工時(shí)是按以下要求進(jìn)行控制的： 合理安排吸泥設(shè)備，保證大鍋底的形成； 空氣吸泥機(jī)排水量大，為保持井內(nèi)外水位平衡，

25、應(yīng)及時(shí)用低壓水泵向井內(nèi)補(bǔ)水； 在粉細(xì)砂土層中下沉，井內(nèi)水位宜高于井外水位（地下水位）12 m； 吸泥管口離開(kāi)泥面高度一般為1550cm，水槍壓力應(yīng)大于2.0MPa；吸泥時(shí)，要經(jīng)常移動(dòng)吸泥位置，以提高泥漿濃度； 及時(shí)糾偏，避免出現(xiàn)大的偏差，以防止沉井平面位移。 5.3.3 起重設(shè)備不排水下沉?xí)r，空氣吸泥機(jī)是由起重設(shè)備吊住在井內(nèi)工作的，為便于移動(dòng)，本工程采用12臺(tái)軌道式門(mén)吊，配10t電動(dòng)葫蘆。門(mén)吊跨步為沉井井格的短邊（7m)， 門(mén)吊沿長(zhǎng)邊方向隔墻上鋪設(shè)的軌道開(kāi)行。每道隔墻上鋪設(shè)雙軌，雙軌間留足夠間隙，以保證相鄰門(mén)吊工作行走時(shí)互不干擾。電動(dòng)葫蘆沿沉井井格短邊方向行走。這樣，空氣吸泥機(jī)可以達(dá)到沉井內(nèi)任

26、意位置。(見(jiàn)圖3）圖3 井上起重設(shè)備布置圖5.3.4 助沉措施由下沉力分析可知，沉井進(jìn)入含礫中粗砂層后，僅依靠自重下沉已很困難，為此我們?cè)诔辆谱鲿r(shí)，在井壁外側(cè)鋼筋保護(hù)層內(nèi)預(yù)設(shè)了空氣幕管路及氣龕（如圖4所示）作為沉井下沉?xí)r的助沉措施。圖4 空氣幕管路布置及氣龕構(gòu)造圖 所謂空氣幕就是向井壁中埋設(shè)的空氣管路中壓高壓氣，氣流沿管路上的小孔射入井壁外側(cè)的氣龕中，壓氣短暫地保存于龕中，形成若干氣袋。在氣龕充滿(mǎn)氣后，多余的壓氣即沿著沉井壁上升，形成一個(gè)壓氣層（氣幕），這樣就可以減少下沉?xí)r，由土層壓力所形成的沉井側(cè)壁摩阻力，從而提高沉井的下沉系數(shù)，達(dá)到助沉的目的。 空氣幕的減阻效果主要取決于以下幾個(gè)因素：

27、一、氣龕的平面布置，即水平向和豎直向間距，這是由每個(gè)氣龕的有效影響面積決定的； 二、管路上射氣孔的大?。?三、氣壓； 四、周?chē)寥赖娘柡统潭龋柡投仍酱?，效果越好）?本工程根據(jù)中外一些成功地應(yīng)用空氣幕助沉的沉井工程實(shí)例，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的模擬實(shí)驗(yàn)成果的基礎(chǔ)上，采用了以下方案： 根據(jù)沉井位置處地下水位，在沉井第三節(jié)到第十節(jié)的高度（40m）上，沿沉井周長(zhǎng)共布設(shè)了24排管路，下面12排排距1.5m，上面12排排距2.0m，氣龕水平間距均為1.5m，共3720個(gè)氣龕；射氣孔為3；施工中，將所有這些氣龕沿井周長(zhǎng)分為10組（長(zhǎng)邊各3組，短邊各2組），沿豎直向每六排為一組，分為4組，這樣所有氣龕共被分為40個(gè)

28、區(qū)塊， 每個(gè)區(qū)塊各由一根75鋼管供氣，所有水平氣管均為25聚乙烯管（見(jiàn)圖4），這樣布置的目的一是便于壓氣控制，二是可以通過(guò)各區(qū)塊不均衡壓氣來(lái)達(dá)到糾偏下沉的效果；另外，為防止關(guān)氣時(shí)，泥砂回流堵塞氣孔，在氣孔上設(shè)置了單向止氣橡皮環(huán)，在氣管兩端裝設(shè)泥砂沉淀筒。施工壓氣時(shí)，自上而下進(jìn)行，關(guān)氣則反之，以防氣流沿刃腳進(jìn)入井內(nèi)引起涌砂。5.3.5 穿越硬粘土層 根據(jù)地質(zhì)資料，沉井穿過(guò)粉細(xì)砂層便進(jìn)入第三大層，即亞粘土層，此層為灰黃黃色，飽和，可塑硬塑狀，層厚平均10m左右，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，沉井穿越此層是比較困難的，因?yàn)橐话銐毫ο?，高壓射水槍破壞粘土層的效益不高，一射一個(gè)孔，吸泥效益也不高，是影響工期的關(guān)鍵一

29、層。 為順利穿越此層，加快施工進(jìn)度，施工中采用如下措施克服粘土層：一、采用反循環(huán)鉆削式吸泥機(jī)，先鉆孔，再配合水平向水槍沖泥；二、兩臺(tái)高壓水泵并聯(lián)，提高水槍壓力（>2.6Mpa），破壞粘土；三、刃腳處土體利用井壁中預(yù)設(shè)的高壓射水槍沖刃腳下土體，以減少正面阻力。5.3.6 下沉測(cè)量 測(cè)量是沉井不排水下沉施工的眼睛。沉井的下沉測(cè)量主要有泥面標(biāo)高測(cè)量和下沉速度及沉井高差測(cè)量。 由于井底的施工工況看不到，本工程采用測(cè)繩測(cè)量和潛水員水下探摸的方法來(lái)了解井底的泥面情況，每個(gè)井格取8個(gè)點(diǎn)，每天一次，以指導(dǎo)施工。 沉井的下沉速度及沉井高差測(cè)量采用兩種方法進(jìn)行。一是傳統(tǒng)的水準(zhǔn)儀測(cè)量。另外一種是基礎(chǔ)公司科研所

30、研制的高程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是利用液體等強(qiáng)傳遞的特性，設(shè)定液體壓強(qiáng)差和高差的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)高精度壓力傳感器將測(cè)得數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)，反應(yīng)出沉井在任一瞬間的四角高差和總下沉量。同水準(zhǔn)儀測(cè)量相比，高程自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有及時(shí)性、準(zhǔn)確性、實(shí)用性三大特點(diǎn)，值得在以后工程上推廣。 施工中，在沉井的四角及各邊的中點(diǎn)設(shè)測(cè)點(diǎn)，共8個(gè)點(diǎn)，每天定時(shí)測(cè)量，一般不少于四次，測(cè)量結(jié)果的整理是以8個(gè)點(diǎn)下沉量的平均值作為沉井每次的下沉量，以下沉量最大的一點(diǎn)為基準(zhǔn)與其他各點(diǎn)的下沉量相減作為沉井四角及邊的高差，來(lái)指導(dǎo)糾偏下沉施工。5.4 施工工藝效果江陰北錨沉井不排水下沉自96年11月20日正式開(kāi)始施工，于97年5月22日準(zhǔn)確

31、下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，歷時(shí)154天，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表4 ）。下面根據(jù)施工成果對(duì)下沉施工中采取的工藝措施作以簡(jiǎn)要總結(jié)和分析。表 4技術(shù)指標(biāo)規(guī)定值或允許偏差測(cè)量驗(yàn)收結(jié)果備注刃腳底面高程設(shè)計(jì)高程-55.6m-55.6004m四邊中點(diǎn)平均值傾斜度1/100縱：1/2760橫：1/1240縱：橋軸線(xiàn)方向橫：垂直橋軸線(xiàn)方向平面扭轉(zhuǎn)角1。0。0715”頂面中心偏位mmH/100=580縱：x=99 y=-65橫：x=78 y=-18 縱橫同上四角高差cm5875.4.1 設(shè)備的使用情況 決定不排水下沉成敗的關(guān)鍵因素是設(shè)備的配備和使用。本工程中用到的主要設(shè)備有空氣壓縮機(jī)、空氣吸泥機(jī)、高壓泵、低壓泵等。在施工中，根據(jù)施工進(jìn)度、人員安排、前后臺(tái)設(shè)備的匹配，以及場(chǎng)地條件，我們同時(shí)開(kāi)啟并保持正常工作的空氣吸泥機(jī)臺(tái)數(shù)為8臺(tái)，與其配合的高壓泵同時(shí)啟用的在6臺(tái)左右，最多時(shí)12臺(tái)；低壓泵開(kāi)啟的臺(tái)數(shù)為10臺(tái)，最多時(shí)14臺(tái)；電動(dòng)空壓機(jī)的供氣量保持在140170m3/min之間。 整個(gè)不排水下沉，平均每天的下沉速度為29m÷15419cm，空氣吸泥的含泥量因土層性質(zhì)