沉井和重力式深水基礎(chǔ)施工

李增新

(德州市公路管理局臨邑公路局)

沉井和重力式深水基礎(chǔ)施工

李增新

(德州市公路管理局臨邑公路局)

從幾方面介紹了沉井和重力式深水基礎(chǔ)施工。

沉井;重力式;深水基礎(chǔ)

當(dāng)表層地基土的承載力不足，地下深處有較好的持力層，或山區(qū)河流沖刷大，或河中有較大卵石不便于樁基施工;或巖層表面較平坦，覆蓋層不厚，但河水較深等條件下，即當(dāng)水文地質(zhì)條件不宜修筑天然地基和樁基時，根據(jù)經(jīng)濟比較分析，可考慮采用沉井基礎(chǔ)。沉井基礎(chǔ)的特點是埋置深度可以很大、整體性強、穩(wěn)定性好、剛度大、能承受較大的荷載作用。沉井本身既是基礎(chǔ)，又是施工時的擋土、防水圍堰結(jié)構(gòu)物，且施工設(shè)備簡單，工藝不復(fù)雜，可以幾個沉井同時施工，場地緊湊，所需凈空高度較低，故在橋梁工程中得到較廣泛的應(yīng)用。但沉井施工期較長;對粉砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流沙現(xiàn)象，造成沉井傾斜;下沉?xí)r如遇有大孤石、沉船、落梁、大樹根或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來很大困難。因此要求在施工前，應(yīng)事先詳細鉆探，探明地層情況及獲取有關(guān)資料，以利于制定沉井下沉方案。

南京長江大橋1#墩基礎(chǔ)就是用筑島沉井修成的，其平面尺寸為20.2 m×24.9 m，沉井下沉入土深度為54.87 m，是世界上有名的深置沉井之一。世界上最深的沉井已達70 m以上，最大平面尺寸為64 m×75 m。江陰長江大橋北錨碇的沉井基礎(chǔ)平面尺寸為51 m×69 m，下沉深度達58 m，以如此深度的沉井體積而言，居當(dāng)今世界之前列。

在岸灘或淺水中修筑沉井基礎(chǔ)時，可在墩位筑島，在島上制作沉井，井內(nèi)取土靠沉井自重下沉，并可采取輔助下沉措施，諸如采用射水吸泥、泥漿潤滑套、空氣幕等方法，以減小下沉?xí)r的井壁阻力，減小井壁厚度;在水深流急、設(shè)置圍堰困難的情況下，可采用自浮式沉井，我國南京長江大橋、枝城長江大橋等均采用了帶鋼氣筒的自浮式沉井。沉井一般用鋼筋混凝土制造，也有用鋼制的。

泥漿潤滑套是在沉井外壁周圍與土層間設(shè)置泥漿隔離層，以減小土壤與井壁的摩擦力(泥漿對井壁的摩擦力為3～5 kPa)，從而可以減輕沉井自重，加大下沉深度，提高下沉效率。九江長江大橋用此法配合井內(nèi)射水吸泥下沉，平均下沉速度為0.27 m/h，取得了良好效果。

采用泥漿套施工的沉井，其構(gòu)造要求為:沉井刃腳踏面寬度不宜大于10 cm，最好采用鋼板包護無踏面的尖刃腳，以利于減小下沉?xí)r的正面阻力，并可防止漏漿。沉井外壁應(yīng)做成單臺階形。為防止泥漿穿過沉井側(cè)壁而滲漏到井內(nèi)，并保持沉井下沉的穩(wěn)定性，對直徑不大于8 m的圓形沉并，臺階位置多設(shè)在距刃腳底面2～3 m處;對面積較大的沉井，臺階可設(shè)在底節(jié)與第二節(jié)接縫處。臺階的寬度就是泥漿套的寬度，一般宜為10～20 cm。

泥漿潤滑套的構(gòu)造，主要是射口擋板、地表圍圈及壓漿管。射口擋板的作用為防止泥漿管射出的泥漿直沖土壁和土壁局部坍落堵塞出漿口，其用角鋼彎制而成，并固定在井壁臺階上。地表圍圈是埋設(shè)在沉井周圍保護泥漿的圍壁，確保下沉?xí)r潤滑套的正確寬度，防止表土坍落，儲存泥漿等。泥漿在圍圈內(nèi)可流動，用以調(diào)整各壓漿管出漿量不均衡狀況。地表圍圈的寬度即沉井臺階的寬度，高度一般在1.5～2.0 m左右，頂面高出地表約0.5 m，上加頂蓋，防止土石落入或流水沖蝕，可用木板或鋼板做成。地表圍圈外圍用不透水的土回填夯實。壓漿管的布置，厚壁沉井多采用內(nèi)管法，把壓漿管埋在井壁內(nèi)。管徑為φ38～φ50 mm，間距3～4 m，射口方向與井壁成45°，薄壁沉井用外管法，布置在井壁內(nèi)側(cè)或外側(cè)。

沉井挖土下沉?xí)r，應(yīng)避免刃腳下土層掏空過多，吸泥取土?xí)r井內(nèi)水位應(yīng)不低于井外水位，以免翻砂冒水和泥漿流失。下沉中沉井偏傾不能過大，以免擠壞地表圍圈。施工中要及時補漿，使泥漿面必須高出地表面。沉井下沉至設(shè)計高程后，應(yīng)設(shè)法破壞泥漿套，或沿井壁內(nèi)側(cè)布置排漿管，排除泥漿，以恢復(fù)土對井壁的固結(jié)作用。

施工實踐證明，泥漿潤滑套沉井施工進度快，可以減輕自重，同時下沉傾斜小，容易糾偏，在旱地或淺灘上應(yīng)用效果較好。存在問題是當(dāng)基底為一般土質(zhì)，因井壁摩阻力小，致使刃腳對地基壓力過大，容易造成邊清基邊下沉的情況。在卵石、礫石層中應(yīng)用效果較差。

空氣幕沉井亦稱壁后壓氣沉井，系在沉井井壁周圍預(yù)埋若干層管路，每層管鉆有許多小孔，接通壓縮空氣向井壁外面噴射，氣流沿沉井外壁上升，帶動砂粒翻滾，形成液化，黏土則形成泥漿，從而使土對井壁的摩擦力減小，沉井順利下沉?？諝饽怀辆m用于地下水位較高的細、粉砂類土及黏性土層中，其優(yōu)點是:施工設(shè)備簡單，經(jīng)濟效果較好;下沉中要停要沉容易控制;可以在水下施工，不受水深限制;井壁摩阻力較泥漿套法容易恢復(fù)，是一種先進的施工方法，今后應(yīng)積極推廣。

空氣幕沉井在構(gòu)造上增加了一套壓氣設(shè)備，包括:氣龕、井壁中預(yù)埋管、空壓機、風(fēng)包及地面風(fēng)管等。其中氣龕是關(guān)鍵設(shè)施。氣龕是指在井壁的水平環(huán)形管噴氣孔位置上預(yù)留模板做成棱錐形凹槽，拆模后在凹槽內(nèi)鉆直徑為1 mm的噴氣孔即可。凹槽的作用是保護噴氣孔，避免與土壤直接摩擦，便于氣體擴散，使噴出的高壓氣束有一個擴散空間，然后較均勻地沿井壁上升，形成氣幕。尺寸較大的氣龕，壓氣時凹槽充滿氣體，像一個氣囊，起著減小摩擦面積的作用。氣龕的數(shù)量主要取決于沉井側(cè)面積的大小，按其所負擔(dān)的摩擦面積等間距分布，上下層交錯排列。試驗證明:增加氣龕的密度可提高壓氣效果。只要條件許可，適當(dāng)?shù)囟嘣O(shè)一些氣龕，可加快沉井下沉。壓氣所需的氣壓可取靜水壓力的2.5倍。壓氣必須從上層氣龕逐漸向下層進行，決不可由下向上，否則可能造成氣流向下經(jīng)刃腳由井孔內(nèi)逸出，出現(xiàn)翻砂現(xiàn)象。

U445.7

C

1008-3383(2012)02-0061-01

2011-12-13

李增新(1981-)，男，助理工程師。