沉井基礎(chǔ)在橋梁工程中的應(yīng)用

楊宏偉

摘要：橋梁工程中常用沉井作為墩臺的深基礎(chǔ)。沉井是一種井筒狀結(jié)構(gòu)物，通常用混凝土或鋼筋混凝土制成。其制造程序，一般是在墩位處先澆成井筒結(jié)構(gòu)用以圍水，而后在井孔中挖土，使沉井依靠自重下沉至設(shè)計標高，再用混凝土封底并用低標號混凝土或用砂礫石等回填井孔，并頂加封頂蓋，遂成沉井基礎(chǔ)，墩臺即筑于其上。對于特殊結(jié)構(gòu)的橋梁，運用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的同時，必須有針對性地制定適當?shù)陌踩A(yù)防措施，通過試驗和檢驗后，證明可行才能使用。

關(guān)鍵詞：沉井基礎(chǔ)；橋梁工程；應(yīng)用

沉井基礎(chǔ)的優(yōu)點是可以承受較大的荷載，基礎(chǔ)的整體性較強，而且其井壁既是基礎(chǔ)的一部分，又是施工時防水和擋土設(shè)備，保證挖土的順利進行，同時這種基礎(chǔ)不需較復(fù)雜的施工機具，可全面開工。

一、沉井的類型及構(gòu)造

1.沉井的類型。按制作材料分：混凝土沉井、鋼筋混凝土沉井、竹鋼筋混凝土沉井、鋼沉井。按施工方法分：現(xiàn)澆預(yù)制沉井、浮運沉井。按沉井平面形狀分：圓形沉井、矩形沉井、圓端形沉井等。按沉井立面形狀分：豎直式、傾斜式、臺階式等。

2.沉井的構(gòu)造。一般沉井構(gòu)造上主要由井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、射水管、封底混凝土和頂蓋板等構(gòu)成。井壁是沉井的主體部分，形成沉井基礎(chǔ)的外形尺寸，起其作用是：1）作為施工時的圍堰，起擋土隔水作用；2）提供足夠的重量用以克服阻力，順利下沉；3）填心后作為墩臺基礎(chǔ)。因此，沉井外壁可做成臺階或斜坡面，用以減小井壁與周圍土的摩阻力。沉井較高時，可根據(jù)施工要求分節(jié)下沉。刃腳是沉井井壁下端斜形部分，如刀刃狀，故稱刃腳。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉，同時又支撐沉井的作用。當沉井的長寬尺寸較大時，應(yīng)在沉井內(nèi)設(shè)置隔墻，以加強沉井的剛度，使井壁的撓曲應(yīng)力減小。井孔是挖土排土的工作場所和通道。凹槽設(shè)在井孔下端近刃腳處，用以增強封底混凝土和井壁的聯(lián)結(jié)強度。沉井至設(shè)計標高后，便澆筑封底混凝土。混凝土達到設(shè)計強度后，可從井孔中抽干水并填滿混凝土或其它圬工材料。

二、沉井基礎(chǔ)在橋梁工程中的應(yīng)用

1.旱地施工。平整場地并澆筑底節(jié)沉井先平整場地，鋪砂墊層（厚度20 ～ 50 cm），設(shè)墊木、立模和澆筑混凝土，在此，模板立得是否垂直，模板中心與沉井中心是否重合是保證沉井位置安裝正確的關(guān)鍵，施工中應(yīng)特別注意。拆除墊木沉井澆筑完畢，應(yīng)待其混凝土強度達到受力要求后方可抽除墊木，挖土下沉。拆除墊木是一道很重要的工序，應(yīng)對稱均衡逐步進行，以免因拆除不當造成沉井傾斜或開裂。挖土下沉當檢查沉井位置無誤后方可挖土下沉。挖土工作應(yīng)對稱均勻地進行，以防沉井傾斜。沉井接高當沉井下沉到其上緣距地面只剩有1 m 左右時，可進行下一節(jié)沉井的接高工作，此時應(yīng)停止挖土，并應(yīng)校正檢查沉井位置是否正確。沉井封底井底地基應(yīng)進行檢查，然后進行沉井封底與井孔填塞及澆筑頂蓋等工作。沉井下沉至設(shè)計標高以上2m 前，應(yīng)控制井內(nèi)出土數(shù)量，注意調(diào)平沉井，防止沉井超沉。

2.水中施工。當基礎(chǔ)處于水下時，可根據(jù)水深、流速、施工設(shè)備等條件確定采用筑島法或者浮運法。水流速度不大時可以用水中筑島的方法，即先修筑人工砂島，再在島上進行沉井的制作和挖土下沉。筑島前，清理河床上淤泥和軟土等承載力較弱的土層，筑島多采用礫石粗砂等易于壓實、透水性好的材料，切不可用粉砂黃土。另外，筑島應(yīng)盡可能選在河流的枯水季節(jié)，這樣不僅可以減小筑島的填方量，還能降低造價，確保安全。筑島完成后，就營造了旱地施工條件，之后施工方法與旱地施工相同。在深水中修筑沉井，當筑島法不經(jīng)濟，施工也困難，可采用浮運法施工。采用浮運法時，沉井在旱地做成空體結(jié)構(gòu)，利用在岸邊鋪成的滑道滑入水中，然后用繩索牽引或船只拖運到設(shè)計墩位。再逐步用混凝土或水灌入空體內(nèi)增加自重，使其徐徐沉入河底，按不排水挖土下沉。或依靠在懸浮狀態(tài)下接長沉井及填充混凝土使它逐步下沉，這時每個步驟都要保證沉井本身足夠的穩(wěn)定性。

3.沉井下沉的助沉和糾偏。在沉井下沉過程中，由于井壁摩擦力太大，超過了沉井的重量，會導(dǎo)致下沉困難。因此，可采用壓重或排水、井壁外飽水降低摩擦力、炮震法助沉。壓重或排水：在井頂搭設(shè)平臺壓重，或在井孔中強制性排水降低井孔內(nèi)的水位而相對增加自重，使沉井下沉。井壁外飽水降低摩阻力：在上部盡可能貼著井壁挖深槽，在槽中沿井壁插管均勻射水，達到降低摩阻力助沉的目的。在井底放適量炸藥，引爆后產(chǎn)生震動力，減小刃腳下土的反力和井壁上土的摩擦力，增加下沉的沖擊力，迫使沉井下沉。沉井在施工過程中總會發(fā)生一些偏斜，所以要隨時觀測沉井下沉的位置和方向，發(fā)生較大偏差時應(yīng)當及時進行詳細的檢查分析，針對產(chǎn)生偏差的原因采取合適的措施，糾正偏差。公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，沉井沉至設(shè)計標高時，底面、頂面中心與設(shè)計中心的偏差應(yīng)符合設(shè)計要求，當設(shè)計無要求時，其允許偏差縱橫方向為沉井高度的1/50（包括因傾斜而產(chǎn)生的位移）。對于浮式沉井，允許偏差值可增加250mm，即1/50H+250mm。沉井的最大傾斜度為1/50。矩形、圓端形沉井的平面扭轉(zhuǎn)角偏差，就地制作的沉井不得大于1°，浮式沉井不得大于2°。一般采用偏側(cè)除土的方法，即除去刃腳較高一側(cè)的土，在刃腳較低的一側(cè)加撐支墊。先偏側(cè)除土，使沉井底面中心向墩位設(shè)計中心傾斜，隨后均勻除土，使沉井底中心線下沉至設(shè)計中線，然后再對偏側(cè)除土扶正。沉井中心位置符合要求但是水平角度扭轉(zhuǎn)時，可在對角線兩角除土，在另外兩角填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩使沉井在下沉過程中逐步糾正扭轉(zhuǎn)角度。

4.沉井施工中的注意事項。施工前應(yīng)對沉井周圍的構(gòu)造物，施工設(shè)備、渡船聯(lián)絡(luò)等制訂好可靠的措施，確保施工安全。沉井的偏斜在整個施工過程中是經(jīng)常發(fā)生的，多數(shù)是因為井下挖土不均勻而引起的，因此必須隨時進行觀測，在接高沉井或在沉井下沉至最后階段時要重點觀測，發(fā)現(xiàn)傾斜或位移應(yīng)及時糾正。糾正的方法一般采用一側(cè)除土，偏壓重物或頂部施加水平力等方法；當發(fā)生較大偏斜時，首先要摸清情況，分析原因，方能對癥下藥。該項工作往往不是經(jīng)過一次所能奏效的，需要進行反復(fù)調(diào)整。克服下沉困難的辦法。當井壁與土間摩阻力過大，沉井無法在自重作用下下沉?xí)r，可根據(jù)具體情況分別采用以下措施：繼續(xù)接高沉井或在沉井上加重，增加沉井自重，迫使繼續(xù)下沉。旱地施工時，可挖去沉井外圍一定深度的土，減少井壁摩阻力；水中施工時，可抽去井孔內(nèi)一部分水，以減少沉井浮力，增大沉井下沉重量。沉井制作時力求外壁光滑，以減少與土壤的摩阻力，有條件時可采用外部射水破壞土壤摩阻力或用泥漿潤滑套減少摩阻力以助下沉。沉井基礎(chǔ)在橋梁工程墩臺深基礎(chǔ)中有著廣泛的應(yīng)用，因此，對于橋梁工作者來說，了解并掌握沉井的構(gòu)造、施工方法以及糾偏措施具有重要的意義。

結(jié) 語

橋梁的地基處理是一個十分復(fù)雜的體系，要根據(jù)具體的地質(zhì)條件合理的選擇處理方法，在處理過程中還需要綜合考慮橋梁對地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類型和基礎(chǔ)型式、周圍環(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件因素。

參考文獻

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（作者單位：中鐵九局集團第七工程有限公司）