超大型沉井基础首次下沉高度选择和地基处理技术

表 ２ 沉 井 接 高 过 程 中 各 阶 段 沉 降 量
钢壳拼装完成
施工内容
钢壳拼装完至首节混凝土浇筑前
首节混凝土浇筑
首节混凝土浇筑完毕至第２节混凝土浇筑前
第２节混凝土浇筑后
第２节混凝土浇筑后至第３节混凝土浇筑前
第３节混凝土浇筑后
第３节混凝土浇筑后至第４节混凝土浇筑前
第４节混凝土浇筑后
累计下沉量
从 上 述 计 算 可 知，沉 井 在 接 高 时，采 用 ４ 个 ２．２．３ 首次接高沉井对地基的要求
“锅底”开挖 方 式 沉 井 底 部 拉 力 明 显 优 于 “１ 个 锅
首 节 沉 井 及 第 二 、三 、四 节 沉 井 在 地 表 以 上 一
底”开挖方式，采用 首 次 接 高 ４ 节 相 比 接 高 ３ 节， 次性接 高，总 高 ２３ ｍ，混 凝 土 方 量 为 ２．８ 万 ｍ３，
收 稿 日 期 ：２０１１－０６－３０
２０１１ 年 第 ６ 期
米 长 江 康 瑞 斌 ：超 大 型 沉 井 基 础 首 次 下 沉 高 度 选 择 和 地 基 处 理 技 术
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表 １ 沉 井 接 高 下 沉 方 案 比 选
方案 一 二 三
结构安全
首次接高４节，沉 井 初 期 施 工 结构安全
顺桥向隔墙中间跨最大拉应力为２．３ ＭＰａ
横桥向隔墙中间跨最大拉应力为３．９ ＭＰａ
横桥向隔墙中间跨最大拉应力为２．１５ ＭＰａ
ｃ） 接高４节，１个“大锅底”的支撑状态 ｂ） 接高４节，４个“大锅底”的支撑状态
图 ３ 沉 井 在 不 同 接 高 和 支 撑 状 态 下 应 力 对 比 情 况
（３）根据 沉 井 处 地 质 情 况，通 过 临 时 地 质 加 固 ，满 足 首 次 沉 井 下 沉 荷 载 要 求 。
２ 沉 井 首 次 下 沉 高 度 的 确 定
２．１ 从 总 体 接 高 下 沉 方 案 分 析 南锚碇 沉 井 共 分 ９ 节，拟 定 了 ３ 种 不 同 的 接
高下沉方案：方案一 （一、二、三、四）＋ （五、六）＋ （七 、八 、九 ）；方 案 二 （一 、二 、三 ）＋ （四 、五 ）＋ （六 、 七、八、九）；方案三（一、二、三）＋ （四）＋ （五、六） ＋ （七 、八 、九 ）。 从 沉 井 结 构 安 全 、施 工 安 全 、工 期 等多个方 面 进 行 比 较 （见 表 １），采 用 首 次 接 高 ４ 节 “３ 次 接 高 、３ 次 下 沉 ）方 案 ，施 工 工 序 转 换 最 少 ， 沉井接高和下沉系数更合理。
马鞍山长江公路大桥位于安徽省马鞍山市境 内 ，连 接 马 鞍 山 和 巢 湖 ２ 市 ，大 桥 处 在 芜 湖 长 江 大 桥和南京长江三 桥 之 间，距 离 上 游 芜 湖 长 江 大 桥 约２７ｋｍ，下 游 南 京 三 桥 约 ４６ｋｍ。 马 鞍 山 长 江 公路大 桥 左 汊 主 桥 桥 型 为 主 跨 ２×１ ０８０ ｍ３ 塔 悬 索桥，桥跨布置为３６０ｍ＋１ ０８０ｍ＋１ ０８０ｍ＋ ３６０ｍ，分北 引 桥、北 锚 碇、跨 江 大 桥、南 锚 碇、江 心洲 引 桥 ５ 部 分。 南 锚 碇 采 用 大 沉 井 基 础，平 面 尺 寸 为 ６０．２ ｍ×５５．４ ｍ（第 一 节 沉 井 长 和 宽 分 别 为６０．６ｍ 和５５．８ｍ）的矩形截面，沉井高 ４８ ｍ， 共分９ 节，布 置 ２５ 个 井 孔，具 体 布 置 见 图 １。 第 一节为 ８ ｍ 高钢壳混凝土沉井，其余节段为 钢 筋 混凝土沉井，封 底 混 凝 土 厚 ８ ｍ。 沉 井 第 二 节 井 壁厚度为２．４ｍ，第二节以上节段井壁厚２．２ｍ，隔 墙厚度均 为 ２．２ ｍ（第 一 节 井 壁 厚 ２．０ ｍ、隔 墙 厚 １．４ ｍ），除 第 一 节 未 设 倒 角 外 ，其 余 ８ 节 井 壁 与 隔 墙 间 、隔 墙 与 隔 墙 间 的 倒 角 均 为 ０．５ ｍ×０．５ ｍ；沉 井刃脚高１．８ｍ，刃脚踏面宽０．２ｍ；为传递封底混 凝 土 基 底 反 力 和 增 强 封 底 混 凝 土 与 井 壁 的 联 结 ，在 底节钢沉井顶部设置了２ｍ 高的剪力键。
图１ 南锚碇沉井立面图 （单位：ｃｍ）
１ 沉 井 首 次 下 沉 高 度 确 定 的 原 则 及 影 响 因 素
沉井首次下沉高度决定沉井首节下沉后的入 土 稳 定 性 、结 构 的 安 全 、施 工 工 期 、工 序 转 换 、临 时 地基处理，对整个 沉 井 施 工 具 有 举 足 轻 重 的 重 要 作用 。 ［１］ 首节下沉高度确定应考虑以下原则 和 影 响因素：
２０１１ 年 第 ６ 期
支撑端面积共为Ｓ＝１ ０２５．２８ ｍ２，回 填 土 侧 摩 阻
力τ＝２７ ９４０ｋＮ，则 所 需 要 的 极 限 地 基 承 载 力 为 ：
σ
＝
Ｇ －τ Ｓ
＝
６９８ ３９０－２７ ９４０ １ ０２５．２８
＝ ６５３ｋＰａ
在沉井处进 行 了 实 地 地 基 处 理 试 验，试 验 结
图 ４ 沉 井 临 时 地 基 处 理 立 面 图
４ 沉 井 接 高 过 程 中 地 基 沉 降
（１）平 整 场 地 至 地 面 标 高 ＋７．０ ｍ。 （２）地 基 加 固 。 沉 井 隔 墙 及 井 壁 部 位 采 用 砂 桩进行 加 固，首 先 进 行 ２．５ ｍ 基 坑 开 挖，然 后 进 行砂桩施工，砂 桩 桩 径 ０．５ ｍ，中 心 间 距 １．２ ｍ， 呈 梅 花 形 布 置，桩 长 为 １０ ｍ，其 底 标 高 为 －６．０ ｍ，砂 桩 穿 过 淤 泥 质 粘 土 ，入 粉 砂 层 ２ ｍ，其
首次接高３节，沉 井 初 期 施 工 结构较安全
首次接高３节，沉 井 初 期 施 工 结构较安全
施工安全
沉井接高、下沉 系 数 均 较 为 Biblioteka Baidu 理 ，施 工 安 全
沉井接高系数 稍 大，接 高 中 会 产生少量沉降
沉井接高、下沉 系 数 均 较 为 合 理 ，施 工 安 全
工期
沉井 分 ３ 次 接 高 下 沉，工 序 转 换 较 少，相 比 ４ 次 接 高 下 沉 可 节 省 ２０ｄ 工 期 沉井 分 ３ 次 接 高 下 沉，工 序 转 换 较 少，相 比 ４ 次 接 高 下 沉 可 节 省 ２０ｄ 工 期 沉 井 分 ４ 次 接 高 下 沉，工 序 转 换 较 多，不 节 约 工 期
总 第 ２４９ 期 ２０１１ 年 第 ６ 期
交 通 科 技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＤＯＩ １０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７５７０．２０１１．０６．００３
Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．２４９ Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１１
超大型沉井基础首次下沉高度选择和地基处理技术
（３）井 壁 及 隔 墙 下 共 布 置 砂 桩 数 量 约 为 ３ １３２根，砂 桩 总 长 度 为 ３１ ３２０ ｍ，总 用 砂 量 为 ６ ３９２ ｍ３。
通 过 对 地 基 的 处 理 ，增 加 地 基 的 承 载 力 ，减 少
钢壳拼装和前４节混凝土浇筑过程中的不均匀沉
降及沉井变形。 复 合 地 基 处 理 采 用 桩 径 ０．５ ｍ、 桩长１０ｍ、间距１．２ ｍ 的 砂 桩 进 行 加 固，垫 层 厚 ２．５ ｍ，见 图 ４。 施 工 具 体 方 案 如 下 ：
图 ２ 沉 井 在 不 同 方 案 下 取 土 方 式
２．２．２ 沉 井 结 构 安 全
个 “大 锅 底 ”和 １ 个 “大 锅 底 ”的 不 同 支 撑 状 态 进 行
沉井内土体冲 洗 破 坏 后，沉 井 支 撑 体 系 随 时 了结构受力分析验算，见图３。
发生变化，沉井结构 按 照 接 高 ３ 节、４ 节 分 别 在 ４
米长江 康瑞斌
（中 交 二 公 局 第 三 工 程 有 限 公 司 西 安 ７１００１６）
摘 要 结合马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井基础施工，从 沉 井 下 沉 取 土 方 式、结 构 安 全、施 工 组 织、临时地基处理效果等方面重点介绍了沉井首次接高２３ｍ 和地基处 理 的 关 键 技 术，并 对 地 基 处 理后的沉降值进行了详细的观测。 关键词 马鞍山长江公路大桥 悬索桥 南锚碇 沉井 下沉高度 地基加固
沉井抗弯能 力 更 强，沉 井 拉 应 力 减 少 约 ２０％，更 前４节沉井的 总 重 量 为 Ｇ＝６８９ ３９０ｋＮ，接 高 时
趋于安全。
沉 井 刃 脚 踏 面 入 土 ３ ｍ，隔 墙 支 撑 于 地 基 之 上 ，其
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米 长 江 康 瑞 斌 ：超 大 型 沉 井 基 础 首 次 下 沉 高 度 选 择 和 地 基 处 理 技 术
沉 井 在 接 高 过 程 中 ，随 着 荷 载 的 不 断 增 加 ，地 基 不 断 压 缩 ，其 承 载 力 不 断 提 高 ，每 次 沉 井 混 凝 土 浇筑后沉降值在 ４．８～６．９ｃｍ 之 间，从 钢 壳 拼 装 开始至第４节沉 井 混 凝 土 浇 筑 完 毕，累 计 沉 井 沉 降为４３．６ｃｍ，不均 匀 沉 降 值 最 大 为 ２．１ｃｍ。 经 统 计 ，不 同 阶 段 沉 井 下 沉 值 见 表 ２。
２．２ 沉 井 取 土 方 式 和 沉 井 结 构 安 全 ２．２．１ 沉 井 取 土 方 式
沉井 内 取 土 方 式 有 下 列 ３ 种，如 图 ２。 即 沉 井在不同方案下的取土方式。井内土体在冲洗过
程中，不断 坍 塌，土 体 容 易 形 成 不 同 的 “锅 底 ”状 况 ，根 据 现 场 情 况 ，方 案 二 和 方 案 三 比 较 符 合 实 际 施 工 状 态 ，具 有 可 操 作 性 和 可 控 性 。
Ｓ１１应力最大值４．４９ ＭＰａ（顺桥）
Ｓ１１ 应 力 最 大 值 ２．７９ＭＰａ（顺 桥 ）
Ｓ２２应力最大值５．８５ ＭＰａ（横桥）
Ｓ２２应力最大值２．７７ ＭＰａ（横桥）
ａ） 接高３节，１个“大锅底”的支撑状态 ｂ） 接高３节，４个“大锅底”的支撑状态
顺桥向隔墙中间跨最大拉应力为４．３ ＭＰａ
果（地基承载力７１０～７８０ｋＰａ）表 明，复 合 地 基 处
理能够满足首次接高沉井对地基的要求。
３ 沉 井 地 基 处 理
上部３ｍ 高 为 空 桩。 砂 桩 施 工 完 再 进 行 ２．５ ｍ 深开挖，最 后 进 行 ５０％ 粉 砂 ＋５０％ 石 屑 垫 层 施 工，垫层表面顶标 高 约 为 ＋４．５ ｍ。 施 工 完 成 后， 基坑底部尺 寸 为 ６５．６ ｍ×６０．８ ｍ，顶 部 尺 寸 为 ７５．６ ｍ×７０．８ ｍ，总 开 挖 土 方 量 约 ２３ ３００ ｍ３。
平 均 沉 降 量／ｍｍ ３０ １２ ４８ ３８ ６６ ５３ ５９ ６１ ６９
４３６
５ 结 论
盖 层 较 厚 的 基 础 施 工 ，具 有 重 要 的 现 实 意 义 。
从国内跨江大 桥 建 设 发 展 来 看，大 型 沉 井 基 础由于其自身具 有 的 优 势，在 特 大 跨 径 桥 梁 中 得 到广泛的应用，沉 井 首 次 下 沉 高 度 的 选 择 和 地 基 处 理 效 果，对 整 个 沉 井 施 工 总 体 安 排 非 常 重 要。 本文依托工程项 目 的 具 体 实 施，介 绍 了 沉 井 首 次 下沉高度选择的 原 则 和 临 时 地 基 处 理 方 法，同 时 对地基处理后的 沉 降 值 进 行 了 详 细 的 观 测，其 结 果对今后国内类似工程施工特别是长江中下游覆
本 次 荷 载／ｋＮ １４ ０５０ ０
１７９ ４５０ ０
１７６ ４２０ ０
１７０ ６３０ ０
１７０ ６３０
累 计 荷 载／ｋＮ １４ ０５０ １４ ０５０
１９３ ５００ １９３ ５００ ３６９ ９２０ ３６９ ９２０ ５４０ ５５０ ５４０ ５５０ ７１１ １８０
（１）沉 井 首 节 下 沉 高 度 应 结 合 总 体 接 高 方 案 ，尽 量 减 少 工 序 转 换 时 间 ，减 少 工 期 。
（２）考 虑 地 下 工 程 的 隐 蔽 性 造 成 不 确 定 因 素 非 常 多 ，地 质 变 化 引 起 井 内 取 土 方 式 改 变 ，结 合 支 撑状 态，从 沉 井 结 构 安 全 性 出 发，选 择 适 当 的 高 度 ，提 高 沉 井 本 体 抗 弯 拉 能 力 ，保 证 沉 井 安 全 。