浮式沉井基础施工

裴立明，杨永双

(黑龙江省龙建路桥第四工程有限公司)

在水深流急、筑岛困难的情况下修建沉井基础，可采用浮式沉井。此法系把沉井底节做成空体结构，或采取其他办法使其在水中漂浮，用船只将其拖运到设计位置，再逐步用混凝土或水灌注，增大自重，使其在水中徐徐下沉，直达河底。一般在特大河流上多采用钢质的浮式沉井，在中小河流上则采用钢丝网水泥薄壁沉井等。浮式沉井在施工技术上的难度比就地下沉沉井要大，只是在特殊条件下才被采用。

浮式沉井浮运或下水前，应掌握河床、水文、气象及航运等情况，并检查锚碇工作及有关施工设备(如定位船、导向船等)。沉井底节入水后的初步定位位置，应根据水深、流速、河床面高低及土质情况、沉井大小及形状等因素，并考虑沉井在悬浮状态下接高和下沉中墩位处的河床面受冲淤的影响，综合分析确定，一般宜设在墩位上游适当位置。在施工中，尤其是在汛期，必须对锚碇设备，特别是导向船和沉井边锚绳的受力状态进行检查，防止导向船左右摆动。沉井落河床后，应采取措施尽快下沉，使沉井保持稳定，并随时观测沉井的倾斜、位移及河床冲刷情况，必要时采取调整措施。

1 浮体的稳定性计算

浮式沉井在其浮运、就位、接高直至落入河床的过程中，是以悬浮于水中的浮体而存在，在每一工序中都必须是一个稳定的浮体。图1表示浮体在外力矩M作用下发生倾斜，φ表示倾斜角度。倾斜后，浮体的浸水体积的形状变化，浮心(即浮体浸水体积的重心)由原来位置O1移至O2，因而浮力与浮体自重产生一反向的力偶，抵抗外力矩M。当外力矩消失，此力偶即使浮体恢复水平，这称为浮体具有稳定性。图1中浮力作用线与浮体中心线的交点K称为定倾中心;新浮心至定倾中心的距离称为定倾半径，以ρ表示。a为原浮心至浮体重心的距离。

图1 浮体倾斜受力状况图

当浮体倾斜后，只有当定倾中心位于浮体重心以上时，浮力与重力才能产生一反向抵抗力偶，否则将产生与倾斜方向相同的力偶，使稳体失去稳定。因此，维持浮体稳定的必要条件是：p＞a，或p-a＞0。重心越高，ρ值越大。当n大于p时，浮体丧失稳定。定倾半径决定于浮体浸水线截面的形状及其排开水的体积，其关系式为

式中：I为浮体浸水截面绕倾斜旋转轴的惯矩，m4;V为浮体排开水的体积，m3。

浮体在外力矩M作用下所处的力平衡状态，取D点的力矩平衡方程式为

当φ角很小时，sinφ≈tanφ，故可写成

M指施工中所有外力(包括风力、流水压力、接高时可能产生的偏心外力等)引起的力矩。V(p-a)为浮式沉井的抗倾斜力矩，其值大小反应浮式沉井的稳定程度。通常倾角φ不应大于6°，以免倾斜过大而产生不安全感及对施工带来不便。浮式沉井在浮运和接高下沉的各个施工步骤都必须具备稳定条件，并具有所需的稳定度(稳定程度)。

2 钢丝网水泥薄壁沉井

某桥采用的钢丝网水泥薄壁浮运沉井的构造。系由30 mm左右的钢丝水泥制成的薄壁隔成一个空腹壳体，入水后能自浮于水中，浮运就位后向内灌水下沉落于河床上，再逐格对称地灌注水下混凝土，从而使薄壁空腹沉井就成普遍的重力式沉井。钢丝网水泥薄沉井包括钢丝网水泥薄壁、横撑骨架和横隔板等。前者由钢筋网、钢丝网和水泥砂浆组成。钢筋网焊在横撑上作为水泥薄壁的骨架，钢丝网分别铺在钢筋网的两侧，抹上水泥砂浆，使之充满整个钢筋网和钢丝网之间的空隙与网眼中，然后再抹上1～3 mm的砂浆作为保护层。横撑骨架由圆钢与型钢焊成，各横撑间以水平型钢连接。每间隔若干道横撑设置一道横隔板，目的是将井壁和横墙的壁胸分隔为若干空格，以便于对灌水、抽水、浇筑混凝土时进行控制。内外井壁的间距，应按浮体计算和沉入土中所需重力等要求确定，并要考虑人工在壁腔内操作的方便，一般不得小于0.8 m。

钢丝网水泥薄壁沉井由于钢丝网均匀分布在砂浆中，增加了砂浆的内聚力和握裹力，钢丝网眼分散了砂浆的收缩力，抑制了砂浆裂缝的发生和开展，从而提高了砂浆的抗拉强度和韧性，使钢丝网水泥薄壁具有很大的弹性和抗裂性，能抵抗一定程度的冲击。故而具有以下优点：

(1)结构薄而轻，有足够的强度和刚度，使用材料节省;

(2)操作简便，适宜于多点平行作业，且施工时无需模板，可节约木材与钢材;

(3)当河流不太宽时(如200 m左右)，采取半通航措施，可用钢绳牵引沉井下水;浮运就位的方法简便，设备简单，且稳妥可靠。