新建南广铁路西江特大桥南宁侧拱座沉井设计与施工

新建南广铁路西江特大桥南宁侧拱座沉井设计与施工摘要：新建南广铁路西江特大桥南宁侧地质复杂，岩石破碎，进行拱座深基坑施工时，采用混凝土沉井方案进行施工，该沉井的施工难点:1）第三，四节沉井为避开拱座g0预埋段而设置成不对称结构；2）南宁侧工作范围内存在断裂带，基坑边坡为破碎岩石。

不对称的结构特点及地质特点给沉井的下沉正位带来了较大的施工难度，施工中采用偏除土、偏压重、刃脚下抄垫等方法对沉井的倾斜和位移进行纠偏，使四节沉井均顺利下沉到位，并使沉井的偏差控制在允许偏差内。

关键词：沉井，不对称，下沉，偏压重中图分类号：u443.13+1文献标识码： a 文章编号：1、工程概况新建南广铁路西江特大桥是我国首座中承式铁路钢箱提篮拱桥，也是南广铁路全线跨拱最大、科技含量最高、难度最大的桥梁。

西江特大桥主跨拱脚中心距450m，矢跨比1/4，桥面距拱顶73.5m。

钢箱拱肋，桥面为钢混凝土结合梁体系。

西江特大桥拱座采用扩大基础，全桥共设置4个拱座，单个拱座横桥向宽12m，高23.4m，长26.597m。

2、工程施工条件2.1 气象特征桥址区属亚热带湿润型季风气候，雨量充沛，年平均气温22.3°c，极端最高气温38.7°c，极端最低气温-1°c，年平均降水量1671.0mm，年最大降水量2152.5mm，年最小降水量1099.1mm。

2.2 水文资料西江特大桥设计洪水频率三百年一遇，设计水位为17.344m（国家（85））；设计最高通航水位的洪水重现期为20年，水位为15.424m （国家（85））。

西江水系是两广交通运输的大动脉，桥址处西江为ⅱ级航道，船舶吨级2000吨。

2.3地形地貌及地质由勘探资料可知，南宁侧的土质主要包括粉质粘土、粗角砾土、碎石土、砂岩、泥质砂岩，南宁侧工作范围内存在f2断裂、f1断裂两条西南-东北向断裂带。

3、拱座基坑方案的选用按照原设计图纸的要求，拱座基础均采用明挖基础施工，放坡开挖的同时对边坡进行锚杆支护，但现场实际施工情况证明由于南宁侧地质复杂，岩石破碎，原设计不能保证施工安全，从实际出发，为保证基坑的安全施工将拱座基坑施工方案变更为混凝土沉井方案。

南宁侧采用人工爆破、机械开挖的方法在标高+48.294m位置修筑施工平台，由上而下逐层爆破开挖土石方，并按照设计要求对开挖形成的坡面进行防护，开挖到+17.010m标高形成拱座作业面，拱座基坑采用钢筋混凝土沉井方案进行施工。

4、南宁侧沉井的基本构造及特点4.1南宁侧沉井的基本构造南宁侧沉井共分为四节，第一、二节沉井为对称结构，第三、四节沉井为不对称结构，沉井总高度为22.32m，长26.597m，宽12m，壁厚为2m，底层沉井横桥向设置隔墙。

底节沉井高6m，其中刃脚高度为2.6m，踏面宽度0.15m，刃脚下部外包钢板，在底节沉井长边跨中设置隔墙, 隔墙尺寸为3.4×1m，隔墙底面与刃脚顶面齐平，隔墙顶面与底节沉井顶面齐平。

第二节沉井高度为4.32m，中间无隔墙。

第三、四节沉井高度为6m，为“u”形结构，中间无隔墙。

4.2南宁侧沉井的特点该沉井的特点:1）第三，四节沉井为避开拱座g0预埋段而设置成不对称结构；2）南宁侧工作范围内存在断裂带，基坑边坡为破碎岩石。

不对称的结构特点及地质特点给沉井的下沉正位带来了较大的施工难度。

5、沉井的设计5.1沉井的下沉计算第一节沉井下沉系数：1.89第二节沉井下沉系数：2.07第三节沉井下沉系数：2.12第四节沉井下沉系数：2.15各节沉井下沉系数满足规范要求。

5.2底节沉井纵向抗裂性计算按4个支点进行计算，当支点距离短边外侧4.68m时，底节沉井跨中下缘和支点上缘的名义拉应力基本相等，约0.7mpa。

5.3底节沉井水平刚架分析刃脚上部水平刚架分析得到，取高度为2m（与厚度相等）的环框进行分析，2m高截面的水平土压力为788kn/m，代入迈达斯得到水平刚架的内力，并进行配筋。

5.4其它节沉井空间分析第2、3、4节沉井没有隔墙，而底节沉井的隔墙对第2、3、4节沉井有约束作用，因此进行空间分析。

5.4.1计算参数γ=20kn/m3，φ=25°，土压力：pe=γhetan2（45°-φ/2）5.4.2计算结果底节隔墙对应沉井外侧主应力为3.3mpa，沉井内侧最大主拉应力为2.3mpa，顶节沉井短边处最大主拉应力为2.4mpa。

6、沉井的施工6.1 施工程序南宁侧上下游拱座沉井同步交替施工。

底节分两次进行施工，第一次浇筑刃脚2.6m，后浇筑剩余1.72m及隔墙。

主要施工程序为：施工准备→基坑回填处理→沉井底节钢刃脚土模制作→测量放样→底节沉井钢刃脚安装→沉井钢筋绑扎→沉井模板制作安装→沉井混凝土浇筑→沉井挖土下沉施工→沉井接高挖土下沉施工→下沉到位→外侧注浆6.2 主要施工工艺6.2.1 地基加固南宁侧拱座沉井在施工现场采用土模浇筑混凝土刃脚，为保证地基具有足够的承载力，防止沉井发生不均匀沉降而开裂，对刃脚部分的回填土进行加固处理。

刃脚顶与回填基坑地面线齐平，刃脚下面1.2m范围及刃脚斜面1.2m范围内换填砂石混合料，地基要求夯实，刃脚下地基承载力要求达到18t/㎡。

6.2.2钢刃脚的制作安装沉井底部设钢刃脚，钢刃脚按照设计图纸在钢结构工厂分块制造完成，运输至现场组拼，采用土模法支设刃脚，土模将上部沉井重量均匀传递给地基，使沉井制作过程中不会产生较大的沉降，防止刃脚和井身产生破坏性裂缝，并使井身保持垂直。

6.2.3沉井模板拼装沉井模板的拼装原则：先内后外，先内隔墙，后沉井壁；断面尺寸及轴线误差严格控制在规范允许的范围内；沉井接高时，模板的安装考虑到倾角矫正，以保证沉井井壁、隔墙的平顺连接。

6.2.4钢筋施工钢筋绑扎严格按施工方案中的绑扎顺序进行，确保钢筋安放位置正确，控制钢筋的搭接长度与搭接位置，井壁内的竖向钢筋上下垂直，绑扎牢固，位置按轴线尺寸校核。

6.2.5沉井混凝土浇筑混凝土采用全断面一次性浇筑，分层平铺进行施工，每层铺筑厚度不超过30cm。

整个井壁混凝土浇筑工程，每布料一层的时间小于混凝土的初凝时间，以保证混凝土浇筑质量。

底节沉井混凝土浇筑时，等刃脚混凝土强度达到设计强度的80%时再浇筑隔墙及刃脚上3.4m沉井混凝土，养生下沉后再进行下一节段的浇筑。

6.2.6沉井的下沉施工根据下沉系数及沉井周边土层的性质，选用不排水法进行沉井的下沉。

沉井下沉时，为了防止内隔墙受到支承，井内除土从中间开始，均匀、对称的逐步向刃脚处挖土。

保证沉井连续下沉，减少中途停顿的时间，沉井下沉过程特别是下沉初期，随时调整倾斜和位移。

根据土质、沉井大小和入土深度等因素，控制孔内除土深度和井孔间的土面高度。

6.2.7混凝土沉井接高施工根据沉井设计，沉井共分四节，第一节高6m，第二节高4.32m，第三、第四节高6 m共22.32m高。

混凝土接高时利用未拆除的外支架绑扎钢筋，同时搭设内平台及内支架。

沉井接高施工时应注意：沉井接高前尽量调平，并注意沉井中轴线应为一直线；防止沉井在接高加重时突然下沉或倾斜，必要时可考虑在刃脚下回填或支垫。

接高时应均匀加重。

6.2.8井壁外侧注浆为保证结构安全，沉井下沉到设计标高后，需对沉井以外土体进行注浆，施工过程中须确保注浆质量。

7、南宁侧沉井施工中出现的问题及解决措施7.1沉井的下沉偏位第三，四节沉井为不对称结构，南宁侧沉井下沉的过程中出现了偏位，施工中采取了相应的防偏措施及纠偏措施。

7.1.1底节沉井的防偏措施底节沉井强度达到设计强度100%时，开始挖除井内土体，抽取承垫木，使沉井下沉，抽换顺序为从中间向两侧对称抽换，枕木抽出空档后，即刻将刃脚处回填密实，保证底节的下沉正位，砂土回填高度高于沉井刃脚或隔墙踏面5～10cm。

底节沉井的下沉正位对后期下沉工作非常重要，若出现偏斜，必须进行纠偏，严禁竖直向上接高，待正位后，方可浇筑下节混凝土。

7.1.2沉井接高后的的防偏措施第三，四节沉井不对称的结构特点给沉井的下沉正位带来了较大的施工难度，为防止下沉时发生倾斜，在第二节沉井顶面（靠江侧）对沉井进行压重。

7.1.3纠偏的方法纠偏前应先摸清情况，分析原因，然后采取相应措施。

但有障碍物时，应首先排除。

纠正倾斜的方法有：偏除土、偏压重、顶部施加水平力或刃脚下抄垫等。

纠正位移的原则：①当沉井倾斜方向有利于纠正位移时应继续下沉，待沉井底面中心接近设计中心，再纠正倾斜；②当沉井垂直或倾斜方向不利于纠正位移时，沉井应调至有利方向倾斜下沉，直至沉井符合要求。

7.2沉井不沉沉井在下沉的过程中出现了不沉的情况，进行了原因分析，主要有以下几点：开挖深度不够，下沉阻力过大；沉井倾斜，致使刃脚下局部土体未能顺利挖除，形成较大的上面阻力；沉井在软粘土层中因故停止下沉时间过久，静磨擦力增大；7.2.1沉井不沉的预防措施适当增大挖土深度和范围；沉井下沉过程中不能停止时间过长，如果考虑到某些原因不得不停止较长时间，造成无法下沉时，在井壁和土层间灌入触变泥浆或黄土，降低摩阻力，达到维护土壁不坍塌，从而使四周的土层保持稳定。

7.2.2沉井不沉的处理方法因沉井侧面阻力过大造成不沉，在井壁外侧用高压水管射水冲刷；因沉井刃脚下土的阻力过大造成不沉，应尽量掏空刃脚下的土；遇到大块石等障碍物的，对障碍物进行及时清理；7.3沉井突沉沉井在下沉的过程中出现了突沉的情况，进行了原因分析，主要有以下：沉井穿越的土层复杂，下沉的过程中磨擦力变化较大，有可能造成沉井突沉。

7.3.1沉井突沉的预防措施严重按照开挖次序施工，四周刃脚保留土埂，严禁将刃脚下的土层全部掏空，同时将井壁外的土夯实，当发现土质较差时，也可在井壁外填碎石，加大摩阻力。

7.3.2沉井突沉的处理方法在沉井部位，必须随时补充下陷的泥土，防止沉井下沉过程中的下陷；沉井下沉遇到孤石时可以采用爆破的方法排除；当遇到整体的岩石时可以采取钻孔爆破的办法预先破碎岩石。

8、束语针对新建南广铁路西江特大桥南宁侧地质复杂，岩石破碎的特点，为保证基坑的安全施工将拱座基坑施工方案变更为混凝土沉井方案。

沉井不对称的结构特点给下沉正位带来了较大的施工难度，施工中对沉井的偏位、不沉、突沉等可能发生的状况进行分析，并采取了相关的措施，并采用偏除土、偏压重、刃脚下抄垫等方法对沉井的倾斜和位移进行纠偏，使四节沉井均顺利下沉到位，并使沉井的偏差控制在允许偏差内，确保了拱座基坑施工的顺利进行。