寧波奉化江大橋鋼沉井施工技術

畢愛國

1 工程概況

寧波奉化江大橋位于浙江寧波市鄞州區(qū)，跨奉化江，橋梁上部結構為(65+100+65)m預應力鋼筋混凝土連續(xù)梁，主墩為空心墩，承臺尺寸為15 m×9.5 m×3 m，水下開挖深度為10 m。

奉化江河道寬220 m，水流方向和水位受潮汐影響周期性變化，上游建有水閘，大型船只無法從河道進入。河床為淤泥、淤泥質亞粘土，流塑狀，受振動易液化。

2 方案優(yōu)化

1)原設計方案。進場初期，根據開挖深度10 m和河床的地質情況，制定了鋼板樁圍堰方案，鋼板樁樁長15 m，圍堰內部每2 m～4 m設一道鋼支撐，鋼板樁用液壓振動錘插打。監(jiān)理工程師審查方案時提出河床地質較差，為防止鋼板樁倒伏，避免開挖過程中基底失穩(wěn)，要求使用18 m長板樁，增加安全系數。

2)方案優(yōu)化。經分析，18 m鋼板樁圍堰，施工難度大，費用高。鋼板樁運輸難度大，租賃費用高;已有鉆孔樁施工平臺不能承受大型吊車，如果打樁只有用浮吊，由于水閘影響大型船只不能進入河道，需要采用浮箱拼裝或現(xiàn)場加工駁船，費用較大;水位水流周期性變化，鋼板樁受到壓力相應變化，對鋼板樁堵漏排水不利。而現(xiàn)場有鋼筋混凝土工和吊裝起重工人，有鉆孔樁施工平臺可以作為拼裝平臺，如采用現(xiàn)場拼裝就地澆筑鋼殼沉井方案，可以解決問題，經進一步細化，最終采用鋼沉井施工方案。

3)鋼沉井施工方案。鋼沉井分為上下兩節(jié)，下節(jié)受力大采用鋼殼鋼筋混凝土結構，上節(jié)受力小，為方便施工后河床以上部分的拆除，采用單層鋼板沉井，上節(jié)高5 m，下節(jié)高6 m，中間以螺栓連接。沉井內部設置三層支撐，支撐使用Ⅰ40工字鋼做圍囹，φ42.9 cm鋼管做對撐(見圖1)。

圖1 下節(jié)沉井鋼殼入水示意圖

下節(jié)沉井壁厚為50 cm，鋼殼采用3 mm鋼板，在鉆孔平臺上拼裝鋼殼，在鋼殼內綁扎鋼筋，下節(jié)沉井鋼殼和鋼筋總重26 t，用4個10 t導鏈下放，鋼殼落到河床后，在落潮低水位時間拼裝上節(jié)鋼板沉井，上節(jié)鋼板沉井采用單層6 mm鋼板，背后用8號槽鋼做桁架加固，上節(jié)沉井重24 t。上節(jié)拼裝結束后，在下節(jié)沉井鋼殼內澆筑C30混凝土，等混凝土達到設計強度后，水下沖泥下沉，沉井下沉到位后水下封底、抽水、支撐。

抽水后破除樁頭，進行橋梁承臺、墩身施工，墩身出水面后，拆除上節(jié)鋼板圍堰，恢復河床。

3 設計計算

分別對上下兩節(jié)沉井進行受力分析，沿沉井壁橫向取1 m寬計算其側面荷載，把單位寬度沉井壁假定為受三角荷載連續(xù)梁，以沉井內部支撐工字鋼和封底為支點，進行計算和配筋設計(見圖2)。

圖2 沉井剖面圖

根據支點反力檢算沉井內部支撐工字鋼和鋼管對撐受力。

計算沉井下沉和抗浮系數，計算封底厚度。

計算過程略。抗浮系數1.32，下沉系數1.15，沉井豎向受拉區(qū)布置φ25鋼筋，間距10 cm，圍堰轉角處鋼筋加密布置。最下層支撐使用3根Ⅰ40工字鋼做橫梁，φ42.9 cm鋼管做支撐，支撐間距不超過3.0 m。封底混凝土C30，厚1.5 m。

4 鋼沉井的施工

4.1 底節(jié)鋼沉井鋼殼拼裝

在鉆孔樁平臺上進行底節(jié)沉井鋼殼拼裝焊接，16 t吊車在便橋上作業(yè)，進行鋼板拼裝。沉井鋼殼用內外兩層3 mm鋼板制作，內部用鋼筋骨架進行支撐。

4.2 鋼筋綁扎

鋼殼內部按照設計綁扎沉井鋼筋，在沉井刃腳和轉角受力復雜部位布置加強鋼筋。

4.3 底節(jié)鋼沉井鋼殼下水

在鉆孔平臺上安裝φ42.9 cm鋼管立柱，頂部用Ⅰ32型鋼連接，形成固定門架，在門架四角用8個10 t導鏈將沉井鋼殼吊起，拆除平臺支撐點，平衡放松導鏈，使得沉井鋼殼平穩(wěn)入水落到河床上。

4.4 上節(jié)鋼板沉井安裝

在落潮低水位，已經落到河床上底節(jié)沉井鋼殼露出水面，在上面拼裝上節(jié)鋼板沉井，上節(jié)鋼板沉井采用單層6 mm鋼板，背后用8號槽鋼做桁架加固。上下節(jié)沉井間用螺栓連接。

4.5 下節(jié)沉井水下混凝土澆筑

上節(jié)沉井安裝好后，在下節(jié)沉井鋼殼內澆筑井壁混凝土，用導管和封閉球進行混凝土施工，保證混凝土連續(xù)密實。

4.6 沉井下沉封底

在混凝土達到設計強度后，開始水下沖泥下沉。由潛水員用水槍沖泥，真空泵吸泥，使沉井均勻下沉，達到設計標高后，進行水下封底。

封底混凝土的標號C30，厚150 cm，采用混凝土輸送泵配合施工，混凝土擴散半徑按照3 m考慮。封底混凝土達到設計強度邊后抽水，邊安裝內部支撐，清理橋梁鉆孔樁樁頭，澆筑承臺墩身。

4.7 沉井拆除

墩身出水面后，割除上下節(jié)連接，拆除上節(jié)鋼板沉井。拆除作業(yè)在落潮低水位進行。

5 結語

奉化江大橋采用鋼沉井方案，4個承臺同時施工，單個沉井鋼材50 t，混凝土120 m3，上節(jié)沉井回收鋼材24 t，如采用原設計18 m鋼板樁圍堰，單個圍堰280 t，使用兩艘浮吊打樁，兩艘駁船運樁，兩方案對比，鋼沉井方案節(jié)約140多萬元。

奉化江大橋鋼沉井方案就地取材，成本低，施工方便，具有一定的應用價值。

[1]葛春輝.鋼筋混凝土沉井結構設計施工手冊[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.