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(tái)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(jì)標(biāo)高，再用混凝土封底并用低標(biāo)號(hào)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(tái)即筑于其上。對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的橋梁，運(yùn)用新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備、新材料的同時(shí)，必須有針對(duì)性地制定適當(dāng)?shù)陌踩A(yù)防措施，通過(guò)試驗(yàn)和檢驗(yàn)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(diǎn)是可以承受較大的荷載，基礎(chǔ)的整體性較強(qiáng)，而且其井壁既是基礎(chǔ)的一部分，又是施工時(shí)防水和擋土設(shè)備，保證挖土的順利進(jìn)行，同時(shí)這種基礎(chǔ)不需較復(fù)雜的施工機(jī)具，可全面開(kāi)工。

一、沉井的類(lèi)型及構(gòu)造

1.沉井的類(lèi)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(yùn)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(tái)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(shí)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(tái)基礎(chǔ)。因此，沉井外壁可做成臺(tái)階或斜坡面，用以減小井壁與周?chē)恋哪ψ枇?。沉井較高時(shí)，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(chēng)刃腳。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉，同時(shí)又支撐沉井的作用。當(dāng)沉井的長(zhǎng)寬尺寸較大時(shí)，應(yīng)在沉井內(nèi)設(shè)置隔墻，以加強(qiáng)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(chǎng)所和通道。凹槽設(shè)在井孔下端近刃腳處，用以增強(qiáng)封底混凝土和井壁的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。沉井至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，便澆筑封底混凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可從井孔中抽干水并填滿(mǎn)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(chǎng)地并澆筑底節(jié)沉井先平整場(chǎng)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(qiáng)度達(dá)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(duì)稱(chēng)均衡逐步進(jìn)行，以免因拆除不當(dāng)造成沉井傾斜或開(kāi)裂。挖土下沉當(dāng)檢查沉井位置無(wú)誤后方可挖土下沉。挖土工作應(yīng)對(duì)稱(chēng)均勻地進(jìn)行，以防沉井傾斜。沉井接高當(dāng)沉井下沉到其上緣距地面只剩有1 m 左右時(shí)，可進(jìn)行下一節(jié)沉井的接高工作，此時(shí)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(jìn)行檢查，然后進(jìn)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(jì)標(biāo)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(dāng)基礎(chǔ)處于水下時(shí)，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(yùn)法。水流速度不大時(shí)可以用水中筑島的方法，即先修筑人工砂島，再在島上進(jìn)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(shí)、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(jià)，確保安全。筑島完成后，就營(yíng)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(dāng)筑島法不經(jīng)濟(jì)，施工也困難，可采用浮運(yùn)法施工。采用浮運(yùn)法時(shí)，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(yùn)到設(shè)計(jì)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(zhǎng)沉井及填充混凝土使它逐步下沉，這時(shí)每個(gè)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(guò)程中，由于井壁摩擦力太大，超過(guò)了沉井的重量，會(huì)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(tái)壓重，或在井孔中強(qiáng)制性排水降低井孔內(nèi)的水位而相對(duì)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(dá)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(dòng)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(guò)程中總會(huì)發(fā)生一些偏斜，所以要隨時(shí)觀測(cè)沉井下沉的位置和方向，發(fā)生較大偏差時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的檢查分析，針對(duì)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(jì)標(biāo)高時(shí)，底面、頂面中心與設(shè)計(jì)中心的偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，其允許偏差縱橫方向?yàn)槌辆叨鹊?/50（包括因傾斜而產(chǎn)生的位移）。對(duì)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(jì)中心傾斜，隨后均勻除土，使沉井底中心線(xiàn)下沉至設(shè)計(jì)中線(xiàn)，然后再對(duì)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(shí)，可在對(duì)角線(xiàn)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(guò)程中逐步糾正扭轉(zhuǎn)角度。

4.沉井施工中的注意事項(xiàng)。施工前應(yīng)對(duì)沉井周?chē)臉?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(gè)施工過(guò)程中是經(jīng)常發(fā)生的，多數(shù)是因?yàn)榫峦谕敛痪鶆蚨鸬?，因此必須隨時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，在接高沉井或在沉井下沉至最后階段時(shí)要重點(diǎn)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)傾斜或位移應(yīng)及時(shí)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(dāng)發(fā)生較大偏斜時(shí)，首先要摸清情況，分析原因，方能對(duì)癥下藥。該項(xiàng)工作往往不是經(jīng)過(guò)一次所能奏效的，需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)整?？朔鲁晾щy的辦法。當(dāng)井壁與土間摩阻力過(guò)大，沉井無(wú)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(shí)，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(shí)，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(shí)力求外壁光滑，以減少與土壤的摩阻力，有條件時(shí)可采用外部射水破壞土壤摩阻力或用泥漿潤(rùn)滑套減少摩阻力以助下沉。沉井基礎(chǔ)在橋梁工程墩臺(tái)深基礎(chǔ)中有著廣泛的應(yīng)用，因此，對(duì)于橋梁工作者來(lái)說(shuō)，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(yǔ)

橋梁的地基處理是一個(gè)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(guò)程中還需要綜合考慮橋梁對(duì)地基要求、建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型和基礎(chǔ)型式、周?chē)h(huán)境條件、材料供應(yīng)情況、施工條件因素。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中鐵九局集團(tuán)第七工程有限公司）