“刚柔并济”玩转万吨沉井-pg电子官方

“刚柔并济”玩转万吨沉井

发布时间:2022-06-09来源:中交二航
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从北口大桥南岸桥下放眼望去,高达36.5米的南锚碇锚体矗立地面,犹如巨型秤砣,然而它仅是南锚碇的“冰山一角”。锚体坐落位置的地下,还深埋着一个平面尺寸如10个标准篮球场大小,深入地下61.5米,总重50万吨的沉井。这是世界首例强潮河口深厚软土层中建造的大型沉井。

南锚碇和北锚碇就像两个拔河运动员一样,共同拉起整座大桥的千钧之力。要想把这个“大块头”沉入地下,复杂的地质条件成为项目团队面对的关键难题。

“奶油”中挑战超大型陆域沉井

“这样的地质,我还是头一次碰到。”在温州待了9年的项目副经理汤立说道。大桥南锚碇位于入海口陆地上,勘查显示淤泥地质土层达40米深,地基承载力低,沉井易突沉,下沉速度和姿态控制难度大。如何让这“庞然大物”在软弱如奶油的淤泥中“稳得住”,是汤立他们首要思考解决的一大难题。

沉井下沉的第一步首先要在陆地设计位置处理地基,改善软土地质,拼装沉井刃脚钢壳,然后逐步接高沉井节段并下沉,通过循环往复接高下沉,完成整个沉井终沉。

“开始担心地基承载力不够,稳不住沉,后来又恐地基承载力太强,沉井又下不去,这是矛盾的,如《易经》中的阴阳,我们要刚柔并济才可能解决得更好。”项目工程部长罗潇说。

项目团队坚持试验先行,多次对多种地基处理方式调研,进行大量现场原位试验及室内试验,获得土层准确参数,经对比分析决定终采用国内最长36米砂桩加固地表换填的方案改变地质结构,增强地基承载力,并有效防止承载力过大。2017年10月8日,沉井钢壳成功组拼。

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有了合适的地基,首节段下沉施工接踵而至。由于沉井尺寸较大,相当于薄板容易因挠度过大而开裂,且地基承载力不均,很易导致沉井倾斜,进而导致井壁开裂,对后续施工带来致命威胁。

对此,项目部创新采用“十字拉槽加全断面小锅底开挖”工法,就像切蛋糕一样,先从沉井中间划一个十字,再从中间逐渐开挖,以达到平衡受力、防止开裂的目的,并在施工全程采用bim技术动态监控,安装300多个监控元器件,实时监控沉井姿态应力情况,实现沉井首次下沉“0”裂缝。

2018年5月15日,南锚碇沉井成功第一次下沉取得成功。

“四旋翼无人机”引发的灵感

结合工况,第二次下沉采用不排水下沉。在水下进行吸泥,作业环境未知,不可控因素多。施工前期,项目部采用bim手段验证施工方案的可行性,对沉井姿态、结构应力等指标实时监控,为沉井下沉做好了理论支撑。

然而第二次下沉没多久,就遇到“下不去”的困境。眼看着工期一天一天拖延,时任项目常务副总工夏崟濠皱起眉头。

原来,第二次下沉遇到了黏土淤泥层,不同于“奶油”的是,黏土淤泥层就像“橡皮糖”一样,粘性较大,附着性较强。根据地质条件,项目团队决定采用绞吸机作为第二次不排水下沉施工设备。但当时能找到的绞吸机多用于砂质地层,并无在黏土淤泥层中施工的先例。经试验发现,现有设备根本无法有效吸泥。如何摆脱“橡皮糖”束缚,让沉井稳步挺进,成了又一大难题。

夏崟濠带领技术人员走访了河南、湖南、湖北、山东等地多家厂商,考察了各种设备,均不能达到要求。

既然现有设备无法解决问题,项目部成立设备研发小组,踏上新型装备研发之路。由四旋翼无人机得到灵感,项目部设计了“倒立的无人机”——“水下快速取土装置”。此装置由四个电机带动四个绞吸头,与无人机方向相反,向下绞吸。经过不断测试和改进,设备最终研发成功。

在第二次下沉过程中,项目部自主研发的20台“水下快速取土装置”,用18台龙门吊配合调动装置,有效解决在黏土淤泥层中取土难问题。2018年10月25日,南锚碇沉井下沉9.58米,达到设计标高,第二次下沉施工圆满结束。

大型钻机变身“斜杠青年”

“又烧了。”2019年2月,随着第三次下沉推进,沉井井孔水位也越来越深,“水下快速吸泥取土装置”显得力不存心,经研究发现,井孔水位达50米以上,越来越深,该装置因其电机密封性不能承受深水水压,经常造成电机烧坏。

如何解决呢?大家各执一词。夏崟濠提出一个大胆想法:能否把专用于桩基施工的大型钻机设备,配合移动台车用于第三次水下沉井下沉取土?

“钻机本来是为桥梁桩基钻孔用的,而北口大桥要将其‘转型’执行沉井下沉取土,这还是世界首次。钻机只有钻杆和钻头深入水下,应该能扛得住一切深水水压。”没有尝试就没有成功的可能性,大家说干就干!

项目部共投入22台钻机,配合移动台车进行第三次下沉深水取土。钻机钻头开钻面积较大,按理说取土工效应该显著。但是,“为何钻这么久,吸出得大部分是清水,并未发现携带大量沙土?沉井还是下不去!”眼看工作无实质性进展,夏崟濠更加发愁。

原来,钻机开钻面积虽大,但针对粘性较大的淤泥,就像“和面机”一样,只是让黏土在原地打转,并不能将黏土搅碎。且终沉阶段为卵石层地质,进入卵石层2到5米不等,石头强度高。投入大量资金配备的22台钻机刚刚“转型”,就遭受重创,大家空欢喜一场。

“就这样付之东流吗?不行!”项目邀请了二航局技术中心、西南交大等博士专家,对大量取土装备试验研究,引进二航局隧道盾构机钻头并加以改进,增加钻齿,并让舱内水位保持不超过最高控制值的高水位,减少涌土,保证沉井结构安全,实现了泥浆源源不断被吸出。

2020年3月5日, 经过四次接高和三次下沉,南锚碇沉井终于下沉到位。至4月12日,沉井封底和填仓混凝土全部浇筑完成,比原计划工期提前完成。至此,南锚碇沉井如磐石一般深嵌在瓯江南岸的深厚淤泥层中。它将承载着大桥主缆的拉力,挽住大桥的生命线。

“锚碇稳了,大桥基础也就稳了!南锚沉井成功建造意义重大,深厚软土层中成功建造超大型陆域沉井,为同类型超大沉井施工开辟了先河。”在北口大桥后续专题会上,与会专家如是评价。(何鸿鹏)

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