马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井基础施工技术交流材料(中交股份)2011课件

报告人：欧阳祖亮马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井基础施工技术交流材料二〇一一年十一月工程概况1施工方案总体考虑2施工材料3施工设备4目录施工人员5施工进度6主要施工工艺7经验总结8结束语9工程概况1

南锚碇平面尺寸为60.2m×55.4m，平面分为25个井孔，沉井高48m，共分9节，第一节为钢壳混凝土沉井，其余为混凝土沉井。沉井顶面标高为+4.5m，刃脚底标高为-43.5m，刃脚部分进入圆砾土层。一、工程概况南锚碇沉井结构图一、工程概况南锚碇地质情况汇总表地质编号土层名称顶标高(m)底标高(m)厚度(m)钻孔桩桩侧土摩阻力标准值τi(kPa)承载力基本(kPa)①1粉土6.55.651.159090②2-1粉质粘土5.651.793.86250250②3-2粉质粘土1.79-2.854.64120120②4粉砂-2.85-11.538.689090③5细砂-11.53-33.7822.25200200③6中砂-33.78-40.807.03370370③7-1细砂-40.80-43.682.88300300③9圆砾土-43.68-53.619.94600600实施方案总体考虑2

2.5沉井接高采用大块钢模、翻模施工，主要配置4台卧泵、4台布料杆、3台拌合站、12台砼罐车、2台50t履带吊、2台JL150移动式塔吊等设备。

2.6

为加快施工进度，项目部对首次接高不同节段数下沉进行受力验算，经反复论证明确采用首次接高4节的下沉方案，总体上按3次接高3次下沉实施。

2.7

下沉取土采用“降排水泥浆泵吸泥、半排水泥浆泵吸泥和不排水空气吸泥机吸泥”相结合的方式以节约工期，并可最大限度地减小降排水施工对周边建筑物的影响。

2.8

下沉后期采用空气幕助沉。

二、实施方案总体考虑施工材料3序号工序名称投入材料数量1地基处理中粗砂8390m3，“50%粉砂+50%石屑”21852m32钢壳制作与拼装钢材1405.0t3沉井接高内外钢模800t；钢筋3243.5t，混凝土49442m34沉井下沉Φ273～Φ325无缝管2050m，Φ48～Φ159无缝管3150m三、施工材料原材料和临时材料主要投入数量统计四、施工设备序号工序名称投入设备型号及数量1地基处理1m3反铲挖机2台，T200推土机、ZL50装载机、12t压路机各1台，5m3自卸车5台。2钢壳制作与拼装50t履带吊2台，25t汽车吊1台，1000t驳船1艘，电弧焊38台，CO2气保焊机40台，埋弧焊机10台，气刨4套，半自动切割机8台，台式立钻1台，空压机1台，25t平板车2辆。3沉井接高50t履带吊2台，JL150移动式塔吊2台，HZS-90拌合站2套，HZS-120拌合站1套，HBT-80C卧泵5台，SY5271汽车泵1台，ZL50装载机3台，SY5250GJB罐车12台，HG18B布料杆4台，P50振捣泵50台，630KVA箱式变压器3台，400KW发电机1台。4沉井下沉50t履带吊2台，JL150移动式塔吊2台，2m3吊斗4个，8DA-8X2低压泵16台，NL100-28泥浆泵27台，3B-57/15kw高压泵40台，100D55高压泵25台，QJ-125潜水泵14台，φ250空气吸泥机25台，20m3/min空压机13台，10t龙门吊13台，Sy210挖掘机3台，T200推土机2台，5m3自卸车8辆，630KVA变压器3台，400KW发电机1台。主要设备投入汇总表施工人员5序号工序名称投入人员1地基处理技术人员25人，砂桩施工30人，换填施工30人2钢壳制作与拼装技术人员25人，电焊工50人，装配、运输、辅助90人3沉井接高技术人员25人，钢筋工50人，混凝土生产30人，接高施工200人4沉井下沉技术人员25人，下沉施工120人各道工序施工投入人工数量统计五、施工人员工序序号工序名称施工日期工期备注1地基处理2010.1.6～3.1771沉井下沉速度平均为0.55m/天2钢壳制作与拼装2010.3.18～5.34831～4节沉井接高2010.5.4～7.157341～4节沉井下沉2010.7.16～8.143055、6节沉井接高2010.8.15～9.173465、6节沉井下沉2010.9.18～10.152877～9节沉井接高2010.10.16～12.45087～9节沉井下沉2010.12.5～2011.2.563各道工序进度统计六、施工进度主要施工工艺77.1地基处理7.2钢壳制作与拼装7.3沉井接高7.4沉井下沉

地基承载力主要考虑沉井自重、施工荷载、回填土侧摩阻力、沉井底支撑力的平衡，经计算南锚碇沉井首次接高四节地基承载力不小于624KPa。

7.1、地基处理7.1.1地基承载力计算计算公式：(G：沉井自重；Q：施工荷载；τ：侧摩阻力；S：沉井底支撑面积)7.1.2地基处理◆地基处理步骤第一次开挖砂桩打设第二次开挖

换填砂+石屑场地清理荷载检测验收合格铺设垫块

后续施工7.1、地基处理◆第一次基坑开挖

开挖深度为2.5m，开挖方量约12989m3。开挖的作用主要是为沉井首次下沉设置导向，并可减少下沉深度以节约工期。基坑外侧设置5m宽的环道。

第一次基坑开挖7.1、地基处理◆砂桩打设

砂桩长8m，桩径为0.5m，桩间距为1.2m，材料为50%粉砂+50%中粗砂，根数3132根，呈梅花形布置，总用砂量约6392m3。◆第二次基坑开挖

开挖深度为2.5m，开挖后基坑的底标高为+2.0m。砂桩打设第二次基坑开挖7.1、地基处理◆垫块铺设垫块位置挖槽

保证每块钢壳下至少有两个垫块，共设置240块。

当垫层回填至垫块设计标高后，铺放垫块。严格控制垫块顶标高。垫块铺设7.1、地基处理制作完成的节段

焊缝采取100%超声波检测+10%射线抽检，焊缝一次检验合格率超过98%，复检合格率100%。

钢壳总重约1405t，划分为96个节段，单块重量小于16t，满足现场50t履带吊吊装能力要求。制作中的节段钢壳制作7.2、钢壳制作与拼装◆7.3、沉井接高模板安装模板系统沉井节段接高施工步骤：

采用翻模，模板分节高度为0.5m+4.5m+0.5m。从第三节沉井接高开始，已浇混凝土顶部0.5m高模板作为基模周转。

钢筋安装模板支立混凝土浇筑◆钢筋安装

钢筋在后场加工，利用平板车运至现场绑扎。钢筋安装7.3、沉井接高◆

采用全截面浇筑，每层浇筑厚约30cm。单次最大浇筑方量超过7150m3，浇筑设备：3套拌合站、12台砼罐车、4台HBT-80C卧泵、4台HG18B布料机，备用一台汽车泵。平均15天可完成一节混凝土沉井接高。混凝土施工混凝土浇筑7.3、沉井接高◆接高施工全景计算公式：K=（G+G’-F）/(R1+R2)7.4.1接高下沉计算7.4、沉井下沉G：沉井总自重；G’：施工荷载，按0.2t/m2进行计算F：水的浮力R1：刃脚及隔墙底面的正面反力R2：沉井的侧壁外摩阻力7.4、沉井下沉计算阶段刃脚标高工况沉井自重正面阻力侧面摩阻力施工荷载浮力下沉系数mtTttt下沉到位-43.5全截面支撑1398717689656441465.6560400.63全刃脚支撑1398713372056441465.6560400.93半刃脚支撑1398711686056441465.6560401.15沉井下沉到位阶段的下沉系数计算

沉井下沉到最后阶段全刃脚下沉系数仅为0.93，说明沉井在最后阶段的下沉较为困难，需采取助沉措施。下沉次数下沉方式节段组合接高/总高(m)单次/累计下沉深度(m)沉井刃脚底标高(m)第一次降排水(1)+(2)+(3)+(4)23/2319/19-14.5第二次半排水(5)+(6)10/3310/29-24.5第三次不排水(7)+(8)+(9)15/4819/48-43.5

经过计算确定的接高下沉组合：沉井接高下沉组合表

第1~4节接高下沉至-14.5m

第5~6节接高下沉至-24.5m

第7~9节接高下沉至-43.5m沉井接高下沉流程图7.4、沉井下沉降水井布置7.4.2助沉工艺

在距沉井四周18m、23m位置间隔交错布置了26口深32m、直径分别为325mm和277mm的降水井，另备用4口。降水井降水过程中保持地下水位比沉井内泥面底2m。7.4、沉井下沉降水井布置◆

空气幕布置

在沉井第2～7节布置16层空气幕管道。气龛呈梅花型布设，水平方向基本间距1.5m，竖向间距1.67m，每侧井壁分2个区，共设8个分区，共布置气龛2320个。空气幕布置立面图◆7.4、沉井下沉

每根空气幕管道设置一个阀门，以便灵活控制。空气幕管道控制阀开启空气幕助沉7.4、沉井下沉◆监控目的

根据沉井结构的受力特点及施工工艺要求，对下沉过程进行监控，以便及时发现不稳定因素以指导施工。目的：监控结构应力应变监控沉井周边环境为施工提供预警信息监控土压力监控保证重点兼顾全面经济合理7.4、沉井下沉7.4.3下沉施工监控◆监控手段：“理论计算分析+实测数据”指导现场施工

通过数值模拟有限元计算分析沉井结构最危险的工况是前四节接高后首次下沉阶段。利用理论计算结果指导施工：下沉过程中及时根据实际土体支撑工况进行针对性分析，并结合计算布设检测元件，根据检测结果指导施工。沉井结构应力应变分析7.4、沉井下沉◆监控内容监控内容BEAGC沉井侧壁土压力监控沉井隔墙反力监控沉井结构应力应变监控地下水位及井内水位监控D根式基础变形监控F沉井几何姿态监控H沉井底部开挖地形监控长江大堤及周边建筑物变形监控7.4、沉井下沉◆监控重点：沉井结构应力应变、几何姿态共布置钢板计、钢筋计和混凝土应变计60支，监控隔墙底部拉应力和隔墙顶部拉应力。钢板计实物图钢筋计实物图应力应变监控7.4、沉井下沉

几何姿态监控：沉井制作和下沉过程中的下沉量、水平位移、不均匀下沉量、倾斜度、水平扭转等。根据本沉井的结构特点，在每次接高后的沉井顶面布置8个监控点组成的观测网，分别构成3条纵向观测剖面和3条横向观测剖面。测点7.4、沉井下沉应力应变监测几何姿态监测7.4、沉井下沉7.4、沉井下沉◆场地布置7.4.4沉井第1-4节降排水下沉

沉井北侧设三级沉淀池，沉淀池1（18000m2）沉淀池2（4000m2）、储水池（3300m2），有效池深4m，可容纳100,000m3泥水混合物。在排水出口设有500m2的汇水池。

沉井沉淀池、蓄水池汇水池7.4、沉井下沉◆出泥、排水管路布置-共有5种管路

管路1：长江——汇水池。起补水作用。

管路2：管井降水——汇水池——长江。起排水作用。

7.4、沉井下沉管路3：汇水池——沉井，提供高压水。

管路4：沉井——沉淀池、蓄水池——汇水池。起到排放泥浆取土作用。

管路5：沉淀池——长江。起到转运泥砂的作用。

7.4、沉井下沉◆沉井内管路布置

右图中箭头连接的两个井孔通过连通管连通；实心圆标记的13个仓每仓配置1台22kw泥浆泵、4只高压水枪；空心圆标记12个仓每仓配置1台11kw泥浆泵、2只高压水枪。7.4、沉井下沉◆下沉施工

开启降水井：26口降水井分三组“按序、间隔式、长江侧优先”的原则打开，第一组打开8口、第二组8口、第三组10口，始终保证井外地下水位比井内泥面低2m。降水井清除砂袋

土模、垫块清除：钢壳拼装完成后抽除井壁及分区隔墙下的132块垫块，下沉前抽除剩余的一般隔墙下108块垫块，按先中间，后四周的顺序进行。清除垫块7.4、沉井下沉第一步

正式下沉施工：第一步，以每个隔仓为单位进行小锅底施工；第二步，连通管连通的两个隔仓形成一个小锅底；第三步，按照分区隔墙开挖成4个小锅底；按四个小锅底下沉至预定标高。

第二步7.4、沉井下沉第三步出泥口

南锚碇沉井第1～4节共23m，于2010年7月16日开始清除土模，8月14日下沉到位，历时29天，下沉16.66m，出土量约63127.4m3。平均下沉速度为0.57m/d。泥浆池往长江吹砂7.4、沉井下沉

首次下沉到位后沉井顶面高差为4.4cm、平面位移2.4cm、倾斜度为6”、扭转角为1/2867，均满足设计要求。1-4节下沉到预定位置7.4、沉井下沉竹筏

半排水下沉原理：利用降水井降水并保持井内有10m左右水深的情况下，利用竹筏固定吸泥泵和高压水枪，利用高压水枪冲切井底泥面，利用吸泥泵将泥水混合物抽至井外。

桥位处地下水直通长江，降水井降水能力有限，不能在第二次下沉时使井内形成干作业环境，为避免采用空气吸泥机吸泥下沉而进行大范围工序转换而采取半排水工艺，节约工期15天。

半排水孔内取土7.4、沉井下沉7.4.5沉井第5-6节半排水下沉7.4.6沉井第7-9节不排水下沉◆下沉平台

沉井顶面利用钢管桩、型钢、贝雷片搭设，平台顶标高约+6.5m。

考虑因素：10t龙门吊自重、空气吸泥机及管路自重，沉井下沉到位后平台顶面不被淹。7.4、沉井下沉

主要设备：13台10t龙门吊、13台20m3空压机、6个储气罐、2台JL150塔吊、2台50t履带吊等，25套空气吸泥机设备，每孔一套吸泥设备。◆空气吸泥设备配置7.4、沉井下沉10t龙门吊空气压缩机气包7.4、沉井下沉空气吸泥设备7.4、沉井下沉7.4、沉井下沉◆不排水下沉工艺

按照“定位准确、先中后边、对称取土、深度适当”的原则进行。25个隔仓分为A区和B区，吸泥顺序从A区开始，对称同步扩散。

井孔分区图7.4、沉井下沉◆基底清理与终沉

为避免破坏井壁和隔墙下土体，沉井刃脚下沉至设计标高以上2m开始，以清基为主。清基指标为刃脚和分区隔墙斜面外露超过1/2，其他位置锅底不高于设计标高。考虑到下沉难度、姿态控制及后续荷载影响，经与业主、设计沟通，在设计标高以上50cm作为终沉标高，实际下沉到位为在设计标高以上2cm，4个相对大锅底下沉到位。

沉井下沉到位7.4、沉井下沉控制指标下沉到位后实际控制设计要求顶面高差8cm47cm平面位移10cm50cm平面扭转角9”1°沉井全部下沉到位后姿态控制实际控制精度远高于设计要求。经验总结88、经验总结

下沉初期，钢壳沉井刃脚部位出现应力较大现象，个别监测点位处最大应力达145MPa。此现象主要是由于刚开始取土下沉时，沉井无侧压力限制，为避免沉井下沉过快和倾斜，主要集中在中间井孔进行取土