沉井基礎在橋梁工程中的應用

徐學斌

長安大學，陜西西安 710018

1 概述

橋梁工程中常用沉井作為墩臺的深基礎。沉井是一個柱體形無底無蓋的井筒狀結(jié)構，是井孔內(nèi)不斷除土，井體借自重克服外壁與土的摩阻力而不斷下沉至設計標高，經(jīng)過封底、填心以后，成為橋梁墩臺或其他構建物的基礎。一般沉井四周井壁是由剛度很大的鋼筋混凝土或少筋混凝土預制而成的。

沉井是一種剛性深基礎，施工時不需要板樁圍護。沉井基礎的特點是埋置深度大，沒有深度上的限制，整體穩(wěn)定性好，能承受較大的垂直荷載和水平荷載，尤其在深水中有較大卵石不便樁基礎施工而需要承受巨大的水平力和豎直力時，多采用沉井基礎。沉井的施工過程中也不需要很復雜的機械設備，施工技術簡單，可全面開工。因此，沉井基礎在橋梁工程中得到了較為廣泛的應用。例如南京長江大橋、江陰長江大橋均采用了不同類型的大型沉井基礎。

沉井基礎的缺點：施工工期比較長，當遇到流砂、樹干、老橋基等難以清除的障礙物時，沉井下沉受阻并且很難克服；河床下面是傾角較大的巖層時，也會增加沉井施工的困難，使沉井基礎的穩(wěn)定性不好，受力后易發(fā)生傾斜。

2 沉井的類型及構造

2.1 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。

2.2 沉井的構造

一般沉井構造上主要由井壁、刃腳、隔墻、井孔、凹槽、射水管、封底混凝土和頂蓋板等構成。

2.2.1 井壁

井壁是沉井的主體部分，形成沉井基礎的外形尺寸，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。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。

2.2.2 刃腳

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。

2.2.3 隔墻

當沉井的長寬尺寸較大時，應在沉井內(nèi)設置隔墻，以加強沉井的剛度，使井壁的撓曲應力減小。

2.2.4 井孔

井孔是挖土排土的工作場所和通道。

2.2.5 凹槽

凹槽設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。

2.2.6 封底和蓋板

沉井至設計標高后，便澆筑封底混凝土?；炷吝_到設計強度后，可從井孔中抽干水并填滿混凝土或其它圬工材料。

3 沉井基礎的施工

沉井的施工與墩臺基礎所在地點的水文地質(zhì)條件有關。施工前應做好資料的調(diào)查勘測，制定合適的施工措施，確保施工安全。

3.1 旱地施工

3.1.1 定位放樣，整平場地并建筑第一節(jié)沉井

旱地沉井施工時，應先根據(jù)設計圖紙進行定位放樣，在地面上定出沉井縱橫兩個方向的中軸線，基坑的輪廓線以及水準點等，作為施工的依據(jù)。之后平整場地，鋪砂墊層，設墊木、立模、澆筑第一節(jié)沉井混凝土。在支立模同時要將刃腳加強角鋼及配置的鋼筋綁扎就位，外模應平滑以利于下沉，混凝土應該對稱均勻一次性連續(xù)澆完。在此過程中，模板垂直、中心與沉井中心重合是保證沉井位置安裝正確的關鍵。

3.1.2 拆模和抽墊

混凝土強度達到設計強度的75%時方可拆除模板，達到設計強度后可以抽除墊木。拆除墊木是一道很重要的工序，必須按一定的順序進行，以免引起沉井開裂、移動或傾斜。其順序一般是先撤出內(nèi)隔墻下的墊木，再抽出沉井短邊下的墊木，最后抽出長邊下的墊木。

3.1.3 挖土下沉

沉井下沉施工可分為排水下沉和不排水下沉。開挖必須有規(guī)律、分層、對稱進行，使沉井均勻下沉。切不可盲目亂挖，造成沉井的傾斜，甚至發(fā)生事故。

3.1.4 沉井接高

當沉井下沉至距地面只剩一米左右時，應停止挖土，并澆筑第二節(jié)沉井。接高前要對第一節(jié)沉井糾正傾斜，保持井位正確，使第二節(jié)沉井豎向中軸與第一節(jié)軸線相重合。

3.1.5 沉井封底與澆筑頂蓋

沉井沉至設計標高，基地檢查合格后應及時澆筑封底混凝土。井孔填充與否，應按設計要求處理，如果沉井為空心沉井或者僅填礫石時，井面應澆筑鋼筋混凝土頂蓋板，然后砌筑墩身。

3.2 水中施工

當基礎處于水下時，可根據(jù)水深、流速、施工設備等條件確定采用筑島法或者浮運法。

3.2.1 筑島法

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。

3.2.2 浮運法

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，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?；蛞揽吭趹腋顟B(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。沉井切入河床一定深度時，可采用旱地下沉方法施工。

4 沉井下沉的助沉和糾偏

4.1 沉井下沉的助沉措施

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。

炮震法：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。

4.2 沉井的糾偏

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。

公路橋涵施工技術規(guī)范中規(guī)定，沉井沉至設計標高時，底面、頂面中心與設計中心的偏差應符合設計要求，當設計無要求時，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°。

4.2.1 糾正傾斜

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。

4.2.2 糾正位移

先偏側(cè)除土，使沉井底面中心向墩位設計中心傾斜，隨后均勻除土，使沉井底中心線下沉至設計中線，然后再對偏側(cè)除土扶正。

4.2.3 糾正扭轉(zhuǎn)

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。

5 結(jié)論

沉井基礎在橋梁工程墩臺深基礎中有著廣泛的應用，因此，對于橋梁工作者來說，了解并掌握沉井的構造、施工方法以及糾偏措施具有重要的意義。

[1]陳晏松.基礎工程[M].人民交通出版社.

[2]盛洪飛.橋梁墩臺與基礎工程[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社.