楊泗港大橋項目應(yīng)用科技創(chuàng)新解決超大沉井超厚硬塑黏土層下沉難題

1、 楊泗港大橋項目應(yīng)用科技創(chuàng)新解決超大沉井超厚硬塑黏土層下沉難題記楊泗港長江大橋主塔沉井施工武漢楊泗港港長江大大橋主跨跨17000m，一一跨過江，是世世界上跨跨度最大大的雙層層鋼桁梁梁懸索橋橋，其主塔1、22號墩均均采用沉沉井基礎(chǔ)礎(chǔ)，平面面尺寸為為77.2m40.0m。1號塔沉井位位于漢陽陽江灘邊邊坡上，距距離大堤堤僅500m左右右，沉井井高388m，下沉需需穿過厚厚度約00.56.22m的硬硬塑黏土土層； 2號塔塔沉井位位于武昌昌側(cè)水域域，洪水水期水深深近25m，沉井高高50mm，其中中底部228m為為鋼殼混混凝土，上上部222m為鋼鋼筋混凝凝土，下下沉需穿穿過約11.810.8m的的硬塑黏黏

2、土層。兩兩個沉井井所處環(huán)環(huán)境均極極為復(fù)雜雜，1號號塔沉井在江江灘邊坡坡上，一一邊臨水水，一邊邊臨近大堤，既既要采取取措施防防止沉井井下沉過過程中傾傾斜，又又要充分論證證沉井下沉沉對大堤堤產(chǎn)生的的影響；2號塔沉井位處處水深流流急，且且需穿過過強度達4400kkpa、最最大厚度度達100m的傾傾斜硬塑塑黏土層層，如何何在深水水條件下下取出沉沉井下堅堅硬土層層，這在在國內(nèi)還還沒有施施工先例例，必須須進行技技術(shù)、工工藝創(chuàng)新新！圍繞楊楊泗港主主塔沉井井施工存存在的難難題，項項目部開開展了一一系列科科技創(chuàng)新新：（1）創(chuàng)新新防護措措施，確保大大堤安全全和沉井井平穩(wěn)下下沉創(chuàng)新思維，根根據(jù)1號號塔沉井井所處一一

3、面臨水水、一面面臨近大堤的環(huán)環(huán)境，制定最最優(yōu)的防防護結(jié)構(gòu)構(gòu)措施。在沉井井與大堤堤間設(shè)置置“C”字字形防護護結(jié)構(gòu)，解解決臨邊邊基礎(chǔ)施施工，防防護結(jié)構(gòu)構(gòu)不易設(shè)設(shè)置內(nèi)支支撐的難難題，沉沉井長邊邊方向采采用錨樁樁+防護護樁的形形式，短短邊方向向防護樁樁不設(shè)內(nèi)內(nèi)支撐或或錨拉結(jié)結(jié)構(gòu)，防防護樁弧弧形布置置，兩端端設(shè)置咬咬合樁，抵抵抗防護護樁弧形形布置所所產(chǎn)生的的徑向力力，提高高防護樁樁的整體體剛度，減減小防護護樁變形形，盡可可能減小小下沉對對大堤產(chǎn)產(chǎn)生影響響，經(jīng)觀觀測，大大堤防護護樁在沉沉井下沉沉過程中中，變形形控制在在厘米級級，最大大程度保保障了大大堤和沉沉井周圍圍建筑的的安全。針對沉井在邊坡上易傾斜的問

4、題，加大地基換填范圍、換填深度，保證沉井平穩(wěn)下沉。（2）因地地制宜，實實現(xiàn)沉井井主動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向下河河及助浮浮措施創(chuàng)創(chuàng)新2號墩經(jīng)方方案比較較后，最最終選定定了底節(jié)節(jié)23mm鋼殼整整體下水水方案，223m鋼鋼殼加上上底托板板重量約約62000t，為為國內(nèi)目目前采用用氣囊法法下水最最大噸位位的沉井井。采用用23mm鋼殼整整體下水水方案，需需要解決決以下兩兩個問題題：其一一既有施工場地地不正對對河口，在在沉井鋼鋼殼的下下河過程程中，需需要對沉沉井進行行主動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向。其其二，沉沉井自重重吃水深深度約66m，航航道保證證水深僅僅3.55m，沉沉井浮運運時需采采取助浮浮措施。為解決以上難題，項目部在集團公司既有技

5、術(shù)上進行創(chuàng)新，巧妙地將下河托架和助浮措施進行一體化設(shè)計，很好的解決了現(xiàn)場實際問題。實施過程中主要有以下創(chuàng)新點：一、采用底托板封閉部分井孔增加浮力，實現(xiàn)陸地超重沉井氣囊法下河和浮運。二、利用氣囊的滾動作用，通過后錨的收放，實現(xiàn)大型沉井多角度平面主動轉(zhuǎn)向，適應(yīng)拼裝下河場地。三、創(chuàng)新底托板與沉井的連接結(jié)構(gòu)形式，采用新型密封材料+內(nèi)側(cè)焊縫的組合結(jié)構(gòu)，既保證下河浮運過程中底托板與沉井的連接密封，又使底托板與沉井間焊縫連接切除由水下作業(yè)轉(zhuǎn)換為干作業(yè)，提高了施工的安全性?！?HYPERLINK /Patent/201510242072 大型沉井或圍堰的浮運方法”已獲得發(fā)明專利授權(quán)。（3）設(shè)備備創(chuàng)新，內(nèi)內(nèi)部研

6、制制、外部引引進兩手手抓工欲善其事事，必先先利其器器。針對對本橋沉沉井下沉沉需穿過過深厚硬硬塑黏土土層的特特點，項項目部提提前謀劃劃，在國國內(nèi)廣泛泛尋求合合作對象象，最終終選定與與河北新新鉆公司司聯(lián)合開開發(fā)KQQJ8000B型型攪吸泵泵，設(shè)備備性能參參數(shù)根據(jù)據(jù)硬塑黏黏土層力力學(xué)指標標進行專專項設(shè)計計?，F(xiàn)場場試用后后，將原原攪吸泵兩兩刀頭間間距進行行拉寬加加大，增增加接觸觸面積及及刀頭強強度，再再將原兩兩個1330mmm吸泥管管改制為為一個2273mmm吸泥泥管，防防止石塊塊及黏土土塊堵塞塞管路。改改進后的的攪吸泵吸吸泥效果果顯著，成成為沉井井在黏土土層下沉沉取土的的主要設(shè)設(shè)備。在與國內(nèi)廠廠家聯(lián)

7、手手的同時時，大橋橋人的眼眼光放得得更遠，廣廣泛了解解國外相相關(guān)領(lǐng)域域的先進進設(shè)備，與荷蘭達門公司共同研究配備了液壓動力攪吸泵，刀頭形式與地連墻施工時所用銑槽機一樣，配備1250m3/h的高壓水泵，采用動力站以液壓形式工作，效果顯著。（4）試驗驗先行，確定最最優(yōu)方案案試驗是檢驗驗設(shè)備工工作效率率及可行行性的有效手段段。沉井井施工中中最大的困困難為黏黏土層取取土下沉沉，為攻攻克此難難關(guān)，項項目部開開展了高壓射射水、不不同射水水嘴與攪攪吸設(shè)備備和空氣氣吸泥機機組合、抓抓斗取土土等多項項試驗，研研究黏土土層取土土最佳工工藝。通通過吸泥泥效率分分析，最最終確定定吸泥效效果最優(yōu)優(yōu)為潛水挖挖泥機+1個射射

8、水嘴的的實施方案案。（5）理論論先行，創(chuàng)創(chuàng)新爆破破工法為研究爆破破效率和和影響，項目部與武漢理工大學(xué)共同進行爆破科研，形成了武漢楊泗港長江大橋主塔沉井水下土層爆破關(guān)鍵技術(shù)研究用于指導(dǎo)施工，建立爆破模型，分析爆破對沉井主體結(jié)構(gòu)的影響，合理確定爆破位置及裝藥量，將爆破對大堤、周邊建筑、沉井結(jié)構(gòu)以及長江魚類的影響降低到最小。采用地質(zhì)鉆機在井壁預(yù)留爆破孔上進行鉆孔，然后裝填炸藥，對藥孔進行堵塞爆破，爆破完成后，通過觀測數(shù)據(jù)分析爆破對大堤、周邊建筑及長江魚類的影響，根據(jù)觀測結(jié)果及時調(diào)整炸藥裝填量。派遣潛水工進行下潛摸排爆破效果，總結(jié)經(jīng)驗合理選擇爆破孔位及順序，保證爆破質(zhì)量。目前，“沉井刃腳正下方土體水下

9、爆破取土裝置”實用新型專利已獲得授權(quán)。（6）工藝藝創(chuàng)新，綜合應(yīng)用質(zhì)量、進度度都離不不開合適適的施工工工藝，在在沒有施施工先例例可供參參考時，項目部不斷摸索新工藝，并改進完善，最終形成了一套行之有效的工藝。1號墩沉井分為七節(jié)，采用三次接高三次下沉工藝，根據(jù)每次下沉所處的土層制定不同的下沉工藝，最大限度提高下沉效率：第一次下沉采用沖吸泥工法，僅用時16天就完成第一次9.5m下沉，下沉速度達到0.6m/d；第二次下沉采用空氣吸泥機吸泥下沉，高壓射水輔助，確保平穩(wěn)；第三次下沉采用不排水下沉，采用空氣吸泥機吸泥取土，沉井進入黏土層后，采用攪吸泵，高壓射水配合空氣吸泥機進行取土，刃腳下黏土采用爆破方案。通

10、過不斷摸索改進，最終形成硬塑黏土層井孔區(qū)域采用專用疏浚抓斗+攪吸泵+高壓射水取土；刃腳盲區(qū)采用爆破+高壓旋噴樁機高壓射水+斜向彎頭吸泥機取土的工藝，取土效果良好。2號墩沉井井同樣采采取三次次接高三三次下沉沉，粉砂砂層采用用空氣吸吸泥機吸吸泥下層層，硬塑塑黏土層井井孔區(qū)域域采用攪攪吸泵+高壓射射水取土土，針對對各個井井孔黏土土層厚度度差別較較大的情情況，采采取不同同的攪吸設(shè)備備，厚度度較小的的井孔采采用國產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備，厚厚度較大大的區(qū)域域采用效效率相對對較高的的荷蘭達達門攪吸泵，充充分發(fā)揮揮設(shè)備性性能；刃腳盲盲區(qū)采用用錨桿鉆鉆機鉆孔孔+高壓壓注漿泵泵射水工工藝，輔以彎彎頭吸泥泥機，效效果顯著著?？諝?/p>

11、幕是一一種非常常有效的的助沉措措施，我我們不僅僅在混凝凝土沉井井上設(shè)置置空氣幕幕，在鋼鋼沉井上上，創(chuàng)新新采用鋼鋼管與PPP-RR管結(jié)合合設(shè)置空空氣幕，在在沉井下下沉過程程中起到到了非常常重要的的作用：兩岸沉沉井分別別開啟空空氣幕兩兩次，每每次約330440分鐘鐘，漢陽陽側(cè)沉井第一一次下沉沉量為11.5mm，第二二次下沉沉量為22.2mm；武昌昌側(cè)沉井井第一次次下沉量量為1.7m，第第二次下下沉量為為0.55m，本本橋空氣氣幕的應(yīng)應(yīng)用是兩兩岸沉井井順利下下沉到位位的關(guān)鍵鍵措施之一一。（7）監(jiān)測測檢測全全覆蓋沉井下沉過過程中，只只有實時時掌握沉沉井姿態(tài)態(tài)，結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)力變變化，周周邊環(huán)境境變化，才才能

12、確保保沉井下下沉全過過程可控控，才能能滿足沉井井下沉安安全和質(zhì)質(zhì)量要求求。為保保證沉井井姿態(tài)在在下沉過過程中始始終處于于可控狀狀態(tài)，采采用兩套套監(jiān)控體體系，相相互驗證證，保證證監(jiān)控準準確性。除除了委托托專業(yè)監(jiān)監(jiān)控單位位對沉井井結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)力、姿姿態(tài)、地地下水位位、內(nèi)外外泥面標標高、周周邊土體體沉降、深深層變形形進行監(jiān)監(jiān)控外。項目部還專門對周邊結(jié)構(gòu)物、大堤、筑島、防護樁變形、塔吊、拌合站、沉井姿態(tài)進行監(jiān)控，每日進行測量監(jiān)控，采集數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)施工。采用多種檢檢測手段段，檢測測數(shù)據(jù)互互相印證證，確保保沉井下下沉質(zhì)量量，為提提高刃腳腳及隔墻墻區(qū)域檢檢測質(zhì)量量和效率率，項目目部先后后組織投投入水下下超聲波

13、波全景掃掃描儀、超聲測壁儀進行測量，提高檢測效率和質(zhì)量。通過一系列列的創(chuàng)新新手段，兩兩個塔主墩沉沉井平穩(wěn)穩(wěn)順利下下沉到位位，期間間未發(fā)生生一起安安全質(zhì)量量事故。沉井下下沉精度度高：1號塔沉井任任意方向向的偏位位小于11/2447，扭扭轉(zhuǎn)角00.099度；22號塔沉井任任意方向向的偏位位小于11/2448，扭扭轉(zhuǎn)角00.1005度，均均遠高于于設(shè)計院院偏差不不大于11/1550，扭扭轉(zhuǎn)角小小于1度度的要求求，獲得得了設(shè)計計、監(jiān)理理、業(yè)主主等各方方認可，社社會影響響好。在在局領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)、專家家的支持持，項目目部員工工的辛勤勤工作下下，目前前大橋施施工進展展順利，全全面超額額完成集集團公司司下達的的任務(wù)，北北錨開始始最后一一層內(nèi)襯襯施工，北北塔已長長出地面面近600m，南南塔完成成了塔座座施工，南南錨完成成第一層層底板澆澆筑，主主橋兩塔塔兩錨進進度可控控、安全全風(fēng)險可可控，成成績喜人人?？萍紕?chuàng)新是是提高生生產(chǎn)力的的重要因因素，也也是我們們解決橋橋梁建設(shè)設(shè)中各種種難題的的法寶，運用科