沉井尺寸指的是内径还是外径(沉井一般多深采用不排水下沉)
“大家注意,精确着床开始!”凌晨3点,项目指挥长徐刚一声令下,打破了黑夜的沉寂。刹那间,所有阀门同时开启,4台离心泵以最大流速向隔仓的夹壁注水,历经14个小时的连续作业,江苏常泰长江大桥主塔基础5号墩钢沉井一次性定位着床成功。
常泰长江大桥全长2440米,采取“高速公路+城际铁路+普通公路”的方式跨江。二航局负责承建的5号墩钢沉井长95米、宽57.8米、高64米,总重量达2万吨,出坞时是世界上最大的水中沉井基础。这样的庞然大物,要想笔直地沉入27米深的江水中,平面偏位控制在15厘米,对着床地质条件、高度以及方式都极为严苛。
根据勘探资料显示,沉井着床的表层是细粉砂,下面一层是粉质黏土层,两者厚度不均,着床时容易发生一定程度的倾斜,如何让巨大的沉井站得牢稳是摆在建设者们面前的第一个难题。
“着床点的土质要均匀,还要能提供足够的摩擦力,防止后期沉降过多。”项目副指挥长、沉井技术负责人吴启和在方案研讨会上指明了解决问题的方向。项目团队“双管齐下”,一是采取钻孔、物理勘探等手段,对地层的密度、硬度等地质特性以及分布情况做进一步的研究分析,二是对沉井注水进行全过程建模分析,以此确定沉井所需摩擦力大小变化。最终团队成员发现,河床土层开挖至10米后为质地均匀的砂层,满足要求,土质难题解决了,可是大家都不敢放松。
如何确定最佳着床高度?沉井在注水下沉过程中,每下沉5米,都会调整一次姿态,最后一次调整时,底部的刃角距离泥面的高度被称为着床高度,而最佳着床高度还要满足在调整姿态后的一个平潮期,也就是2-3个小时内,沉井必须插入泥面,以此保证着床精度,而这跟注水下沉速度、水流都有密切关系。
项目团队通过查阅文献,实地考察,优先确定了2021年1月22日凌晨3时为着床最佳时机,此时恰逢低平潮,最大程度降低了水流的影响。紧接着团队成员对离心泵注水速度、沉井下沉姿态进行计算分析和物理模拟,最终发现当着床高度为2米时,满足要求,“这个高度正合适,高于或低于它,都会影响沉井着床的精度。”吴启和说。
着床高度的难点解决了,项目团队继续对控制沉井垂直度的转缆施工方案进行优化。“受施工水域风浪流的影响,每根锚缆的拉力都不一样。而锚缆是空间结构,只要一根转错,所有的顺序都会被打乱,着床精度难以保证。”项目副经理孙发明介绍。
预设锚缆28根,操作难度大,能不能合理减少锚缆数量?孙发明邀请了二航局架桥专家沈体仁来到现场指导,牵头组织锚缆布置、施工转缆等工作。沈体仁先后参加过苏通长江大桥、泰州长江大桥、中马友谊大桥等重大项目建设,有着非常丰富的建桥经验,研讨过程中,他们利用流体动力学建立三维有限元模型,优化了整套定位着床的施工工艺。“最终,我们将锚缆优化为12根,简化操作,还能保证着床精度。”孙发明说。
21日20时,所有的注水系统调整完毕。
22日2时30分,沉井顺利到达最佳着床高度,开始最佳姿态调整。
22日4时,沉井顺利实现初着床。
22日10时,5号墩钢沉井定位着床工作圆满结束,平面偏位9厘米,仅网球大小,远远优于设计及现行规范要求。