沉井和重力式深水基础施工

李增新

(德州市公路管理局临邑公路局)

沉井和重力式深水基础施工

李增新

(德州市公路管理局临邑公路局)

从几方面介绍了沉井和重力式深水基础施工。

沉井;重力式;深水基础

当表层地基土的承载力不足，地下深处有较好的持力层，或山区河流冲刷大，或河中有较大卵石不便于桩基施工;或岩层表面较平坦，覆盖层不厚，但河水较深等条件下，即当水文地质条件不宜修筑天然地基和桩基时，根据经济比较分析，可考虑采用沉井基础。沉井基础的特点是埋置深度可以很大、整体性强、稳定性好、刚度大、能承受较大的荷载作用。沉井本身既是基础，又是施工时的挡土、防水围堰结构物，且施工设备简单，工艺不复杂，可以几个沉井同时施工，场地紧凑，所需净空高度较低，故在桥梁工程中得到较广泛的应用。但沉井施工期较长;对粉砂类土在井内抽水易发生流沙现象，造成沉井倾斜;下沉时如遇有大孤石、沉船、落梁、大树根或井底岩层表面倾斜过大，均会给施工带来很大困难。因此要求在施工前，应事先详细钻探，探明地层情况及获取有关资料，以利于制定沉井下沉方案。

南京长江大桥1#墩基础就是用筑岛沉井修成的，其平面尺寸为20.2 m×24.9 m，沉井下沉入土深度为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达70 m以上，最大平面尺寸为64 m×75 m。江阴长江大桥北锚碇的沉井基础平面尺寸为51 m×69 m，下沉深度达58 m，以如此深度的沉井体积而言，居当今世界之前列。

在岸滩或浅水中修筑沉井基础时，可在墩位筑岛，在岛上制作沉井，井内取土靠沉井自重下沉，并可采取辅助下沉措施，诸如采用射水吸泥、泥浆润滑套、空气幕等方法，以减小下沉时的井壁阻力，减小井壁厚度;在水深流急、设置围堰困难的情况下，可采用自浮式沉井，我国南京长江大桥、枝城长江大桥等均采用了带钢气筒的自浮式沉井。沉井一般用钢筋混凝土制造，也有用钢制的。

泥浆润滑套是在沉井外壁周围与土层间设置泥浆隔离层，以减小土壤与井壁的摩擦力(泥浆对井壁的摩擦力为3～5 kPa)，从而可以减轻沉井自重，加大下沉深度，提高下沉效率。九江长江大桥用此法配合井内射水吸泥下沉，平均下沉速度为0.27 m/h，取得了良好效果。

采用泥浆套施工的沉井，其构造要求为:沉井刃脚踏面宽度不宜大于10 cm，最好采用钢板包护无踏面的尖刃脚，以利于减小下沉时的正面阻力，并可防止漏浆。沉井外壁应做成单台阶形。为防止泥浆穿过沉井侧壁而渗漏到井内，并保持沉井下沉的稳定性，对直径不大于8 m的圆形沉并，台阶位置多设在距刃脚底面2～3 m处;对面积较大的沉井，台阶可设在底节与第二节接缝处。台阶的宽度就是泥浆套的宽度，一般宜为10～20 cm。

泥浆润滑套的构造，主要是射口挡板、地表围圈及压浆管。射口挡板的作用为防止泥浆管射出的泥浆直冲土壁和土壁局部坍落堵塞出浆口，其用角钢弯制而成，并固定在井壁台阶上。地表围圈是埋设在沉井周围保护泥浆的围壁，确保下沉时润滑套的正确宽度，防止表土坍落，储存泥浆等。泥浆在围圈内可流动，用以调整各压浆管出浆量不均衡状况。地表围圈的宽度即沉井台阶的宽度，高度一般在1.5～2.0 m左右，顶面高出地表约0.5 m，上加顶盖，防止土石落入或流水冲蚀，可用木板或钢板做成。地表围圈外围用不透水的土回填夯实。压浆管的布置，厚壁沉井多采用内管法，把压浆管埋在井壁内。管径为φ38～φ50 mm，间距3～4 m，射口方向与井壁成45°，薄壁沉井用外管法，布置在井壁内侧或外侧。

沉井挖土下沉时，应避免刃脚下土层掏空过多，吸泥取土时井内水位应不低于井外水位，以免翻砂冒水和泥浆流失。下沉中沉井偏倾不能过大，以免挤坏地表围圈。施工中要及时补浆，使泥浆面必须高出地表面。沉井下沉至设计高程后，应设法破坏泥浆套，或沿井壁内侧布置排浆管，排除泥浆，以恢复土对井壁的固结作用。

施工实践证明，泥浆润滑套沉井施工进度快，可以减轻自重，同时下沉倾斜小，容易纠偏，在旱地或浅滩上应用效果较好。存在问题是当基底为一般土质，因井壁摩阻力小，致使刃脚对地基压力过大，容易造成边清基边下沉的情况。在卵石、砾石层中应用效果较差。

空气幕沉井亦称壁后压气沉井，系在沉井井壁周围预埋若干层管路，每层管钻有许多小孔，接通压缩空气向井壁外面喷射，气流沿沉井外壁上升，带动砂粒翻滚，形成液化，黏土则形成泥浆，从而使土对井壁的摩擦力减小，沉井顺利下沉。空气幕沉井适用于地下水位较高的细、粉砂类土及黏性土层中，其优点是:施工设备简单，经济效果较好;下沉中要停要沉容易控制;可以在水下施工，不受水深限制;井壁摩阻力较泥浆套法容易恢复，是一种先进的施工方法，今后应积极推广。

空气幕沉井在构造上增加了一套压气设备，包括:气龛、井壁中预埋管、空压机、风包及地面风管等。其中气龛是关键设施。气龛是指在井壁的水平环形管喷气孔位置上预留模板做成棱锥形凹槽，拆模后在凹槽内钻直径为1 mm的喷气孔即可。凹槽的作用是保护喷气孔，避免与土壤直接摩擦，便于气体扩散，使喷出的高压气束有一个扩散空间，然后较均匀地沿井壁上升，形成气幕。尺寸较大的气龛，压气时凹槽充满气体，像一个气囊，起着减小摩擦面积的作用。气龛的数量主要取决于沉井侧面积的大小，按其所负担的摩擦面积等间距分布，上下层交错排列。试验证明:增加气龛的密度可提高压气效果。只要条件许可，适当地多设一些气龛，可加快沉井下沉。压气所需的气压可取静水压力的2.5倍。压气必须从上层气龛逐渐向下层进行，决不可由下向上，否则可能造成气流向下经刃脚由井孔内逸出，出现翻砂现象。

U445.7

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1008-3383(2012)02-0061-01

2011-12-13

李增新(1981-)，男，助理工程师。