從北口大橋南岸橋下放眼望去，高達(dá)36.5米的南錨碇錨體矗立地面，猶如巨型秤砣，然而它僅是南錨碇的“冰山一角”。錨體坐落位置的地下，還深埋著一個(gè)平面尺寸如10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)大小，深入地下61.5米，總重50萬(wàn)噸的沉井。這是世界首例強(qiáng)潮河口深厚軟土層中建造的大型沉井。
南錨碇和北錨碇就像兩個(gè)拔河運(yùn)動(dòng)員一樣，共同拉起整座大橋的千鈞之力。要想把這個(gè)“大塊頭”沉入地下，復(fù)雜的地質(zhì)條件成為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面對(duì)的關(guān)鍵難題。
“奶油”中挑戰(zhàn)超大型陸域沉井
“這樣的地質(zhì)，我還是頭一次碰到。”在溫州待了9年的項(xiàng)目副經(jīng)理湯立說(shuō)道。大橋南錨碇位于入?？陉懙厣希辈轱@示淤泥地質(zhì)土層達(dá)40米深，地基承載力低，沉井易突沉，下沉速度和姿態(tài)控制難度大。如何讓這“龐然大物”在軟弱如奶油的淤泥中“穩(wěn)得住”,是湯立他們首要思考解決的一大難題。
沉井下沉的第一步首先要在陸地設(shè)計(jì)位置處理地基，改善軟土地質(zhì)，拼裝沉井刃腳鋼殼，然后逐步接高沉井節(jié)段并下沉，通過(guò)循環(huán)往復(fù)接高下沉，完成整個(gè)沉井終沉。
“開(kāi)始擔(dān)心地基承載力不夠，穩(wěn)不住沉，后來(lái)又恐地基承載力太強(qiáng)，沉井又下不去，這是矛盾的，如《易經(jīng)》中的陰陽(yáng)，我們要?jiǎng)側(cè)岵?jì)才可能解決得更好。”項(xiàng)目工程部長(zhǎng)羅瀟說(shuō)。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持試驗(yàn)先行，多次對(duì)多種地基處理方式調(diào)研，進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)及室內(nèi)試驗(yàn)，獲得土層準(zhǔn)確參數(shù)，經(jīng)對(duì)比分析決定終采用國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)36米砂樁加固地表?yè)Q填的方案改變地質(zhì)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)地基承載力，并有效防止承載力過(guò)大。2017年10月8日，沉井鋼殼成功組拼。
有了合適的地基，首節(jié)段下沉施工接踵而至。由于沉井尺寸較大，相當(dāng)于薄板容易因撓度過(guò)大而開(kāi)裂，且地基承載力不均，很易導(dǎo)致沉井傾斜，進(jìn)而導(dǎo)致井壁開(kāi)裂，對(duì)后續(xù)施工帶來(lái)致命威脅。
對(duì)此，項(xiàng)目部創(chuàng)新采用“十字拉槽加全斷面小鍋底開(kāi)挖”工法，就像切蛋糕一樣，先從沉井中間劃一個(gè)十字，再?gòu)闹虚g逐漸開(kāi)挖，以達(dá)到平衡受力、防止開(kāi)裂的目的，并在施工全程采用BIM技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，安裝300多個(gè)監(jiān)控元器件，實(shí)時(shí)監(jiān)控沉井姿態(tài)應(yīng)力情況，實(shí)現(xiàn)沉井首次下沉“0”裂縫。
2018年5月15日，南錨碇沉井成功第一次下沉取得成功。
“四旋翼無(wú)人機(jī)”引發(fā)的靈感
結(jié)合工況，第二次下沉采用不排水下沉。在水下進(jìn)行吸泥，作業(yè)環(huán)境未知，不可控因素多。施工前期，項(xiàng)目部采用BIM手段驗(yàn)證施工方案的可行性，對(duì)沉井姿態(tài)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控，為沉井下沉做好了理論支撐。
然而第二次下沉沒(méi)多久，就遇到“下不去”的困境。眼看著工期一天一天拖延，時(shí)任項(xiàng)目常務(wù)副總工夏崟濠皺起眉頭。
原來(lái)，第二次下沉遇到了黏土淤泥層，不同于“奶油”的是，黏土淤泥層就像“橡皮糖”一樣，粘性較大，附著性較強(qiáng)。根據(jù)地質(zhì)條件，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定采用絞吸機(jī)作為第二次不排水下沉施工設(shè)備。但當(dāng)時(shí)能找到的絞吸機(jī)多用于砂質(zhì)地層，并無(wú)在黏土淤泥層中施工的先例。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有設(shè)備根本無(wú)法有效吸泥。如何擺脫“橡皮糖”束縛，讓沉井穩(wěn)步挺進(jìn)，成了又一大難題。
夏崟濠帶領(lǐng)技術(shù)人員走訪了河南、湖南、湖北、山東等地多家廠商，考察了各種設(shè)備，均不能達(dá)到要求。
既然現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法解決問(wèn)題，項(xiàng)目部成立設(shè)備研發(fā)小組，踏上新型裝備研發(fā)之路。由四旋翼無(wú)人機(jī)得到靈感，項(xiàng)目部設(shè)計(jì)了“倒立的無(wú)人機(jī)”——“水下快速取土裝置”。此裝置由四個(gè)電機(jī)帶動(dòng)四個(gè)絞吸頭，與無(wú)人機(jī)方向相反，向下絞吸。經(jīng)過(guò)不斷測(cè)試和改進(jìn)，設(shè)備最終研發(fā)成功。
在第二次下沉過(guò)程中，項(xiàng)目部自主研發(fā)的20臺(tái)“水下快速取土裝置”，用18臺(tái)龍門(mén)吊配合調(diào)動(dòng)裝置，有效解決在黏土淤泥層中取土難問(wèn)題。2018年10月25日，南錨碇沉井下沉9.58米，達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，第二次下沉施工圓滿結(jié)束。
大型鉆機(jī)變身“斜杠青年”
“又燒了。”2019年2月，隨著第三次下沉推進(jìn)，沉井井孔水位也越來(lái)越深，“水下快速吸泥取土裝置”顯得力不存心，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，井孔水位達(dá)50米以上，越來(lái)越深，該裝置因其電機(jī)密封性不能承受深水水壓，經(jīng)常造成電機(jī)燒壞。
如何解決呢？大家各執(zhí)一詞。夏崟濠提出一個(gè)大膽想法：能否把專用于樁基施工的大型鉆機(jī)設(shè)備，配合移動(dòng)臺(tái)車(chē)用于第三次水下沉井下沉取土？
“鉆機(jī)本來(lái)是為橋梁樁基鉆孔用的，而北口大橋要將其‘轉(zhuǎn)型’執(zhí)行沉井下沉取土，這還是世界首次。鉆機(jī)只有鉆桿和鉆頭深入水下，應(yīng)該能扛得住一切深水水壓。”沒(méi)有嘗試就沒(méi)有成功的可能性，大家說(shuō)干就干！
項(xiàng)目部共投入22臺(tái)鉆機(jī)，配合移動(dòng)臺(tái)車(chē)進(jìn)行第三次下沉深水取土。鉆機(jī)鉆頭開(kāi)鉆面積較大，按理說(shuō)取土工效應(yīng)該顯著。但是，“為何鉆這么久，吸出得大部分是清水，并未發(fā)現(xiàn)攜帶大量沙土？沉井還是下不去！”眼看工作無(wú)實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，夏崟濠更加發(fā)愁。
原來(lái)，鉆機(jī)開(kāi)鉆面積雖大，但針對(duì)粘性較大的淤泥，就像“和面機(jī)”一樣，只是讓黏土在原地打轉(zhuǎn)，并不能將黏土攪碎。且終沉階段為卵石層地質(zhì)，進(jìn)入卵石層2到5米不等，石頭強(qiáng)度高。投入大量資金配備的22臺(tái)鉆機(jī)剛剛“轉(zhuǎn)型”，就遭受重創(chuàng)，大家空歡喜一場(chǎng)。
“就這樣付之東流嗎？不行！”項(xiàng)目邀請(qǐng)了二航局技術(shù)中心、西南交大等博士專家，對(duì)大量取土裝備試驗(yàn)研究，引進(jìn)二航局隧道盾構(gòu)機(jī)鉆頭并加以改進(jìn)，增加鉆齒，并讓艙內(nèi)水位保持不超過(guò)最高控制值的高水位，減少涌土，保證沉井結(jié)構(gòu)安全，實(shí)現(xiàn)了泥漿源源不斷被吸出。
2020年3月5日, 經(jīng)過(guò)四次接高和三次下沉，南錨碇沉井終于下沉到位。至4月12日，沉井封底和填倉(cāng)混凝土全部澆筑完成，比原計(jì)劃工期提前完成。至此，南錨碇沉井如磐石一般深嵌在甌江南岸的深厚淤泥層中。它將承載著大橋主纜的拉力，挽住大橋的生命線。
“錨碇穩(wěn)了，大橋基礎(chǔ)也就穩(wěn)了！南錨沉井成功建造意義重大，深厚軟土層中成功建造超大型陸域沉井，為同類型超大沉井施工開(kāi)辟了先河。”在北口大橋后續(xù)專題會(huì)上，與會(huì)專家如是評(píng)價(jià)。（何鴻鵬）