透水层水中承台沉井围堰施工技术

苏雪平

摘要：本文以王家漓江双线特大桥连续梁主墩承台施工为例，介绍了处于透水层的水中承台的开挖方法等。就高低刃脚沉井围堰的施工技术进行了阐述，以期为相类似工程的施工起到一些参考作用。

关键词：透水层 水中承台 高低刃脚 沉井施工

1 工程概况

王家漓江双线特大桥起讫里程为D3K424+042.137～D3K425+923.055，长1880.918m，本桥连续梁主墩03#～09#墩为跨越漓江而设。主墩采用钻孔桩承台基础形式，钻孔桩采用φ1.5m形式，承台尺寸均为15.3×10.1m，承台底距水面以下2.5～4.5m。承台全部位于水中，河床面至承台底均为卵石层，承台底以下为弱风化岩层，且岩面起伏较大。

2 施工方案选定

河床为透水性极强的卵石层，采用草袋围堰施工则基坑坑壁和底部水压力大，渗水严重，施工难度大，施工质量无法保证。采用套箱围堰施工则底部无法完全密封，水压力大，无法控制水势。

依据现场地质及施工条件，经论证，从技术、经济、安全等方面综合比较后，决定采用钢筋混凝土沉井围堰进行施工，围堰刃脚顺岩层起伏设成高低不等锯齿状。

3 承台总体施工方案

利用地质雷达探测岩面，根据岩面做出锯齿沉井。待沉井强度达到80%后利用长臂挖机和人工配合下沉，支撑跟进。沉井到位后利用大流量水泵将水面降低至基底，利用土袋在离沉井内壁1m外码一道土袋模，关闭水泵让水位恢复后，利用导管和漏斗进行水下灌注混凝土，使沉井内壁形成一道混凝土墙，即封刃脚。待水下混凝土强度达到80%时，将基坑水抽干开始垫层及承台施工。

承台开挖施工流程为：地质雷达探测岩面→制作高低刃脚沉井→沉井下沉→水下封刃脚→垫层、承台施工。

4 高低刃脚沉井施工

4.1 地质雷达探测岩面

沉井刃脚的高低是随岩面高低的变化而变化的，因此就需要准确地探明沉井刃脚处基岩面高低变化的情况，以便决定刃脚高低的变化。现场采用70t振动锤振动I36a工字钢下沉进行岩面探测。首先测量放样出沉井刃脚轮廓线，沿沉井轮廓线每2m探测1点，若相邻两点高差变化超过0.5m，在两点之间再增加探测点。根据探测情况，绘制岩面图。根据岩面图设计出锯齿沉井图。

4.2 沉井设计

沉井采用C35钢筋混凝土制作。考虑到沉井下沉过程产生偏差，沉井设计尺寸比承台尺寸纵向扩大115cm、横向扩大105cm，利于沉井纠偏；沉井四角设倒角。沉井壁厚均采用80cm厚，沉井内放置两层钢筋网片，拐角处钢筋加强；沉井高度为3m，3m以上为人工码土袋。沉井分两次浇筑，第一次只浇筑沉井刃脚（70cm），第二次浇筑刃脚上部2.3m。

4.3 沉井制作

铺设混凝土垫层：制作沉井处的地基承载力应能满足沉井自重的要求，沉井制作需要150m3砼，自重约为400t。用挖掘机对场地进行平整以后，经测量放样确定沉井位置，将立模范围内下挖至水面以上50cm，浇注混凝土垫层，增强地基的承载力，垫层厚度15cm，宽度120cm。

内侧模：在沉井底部做70cm高的刃脚，顶宽80cm，底宽20cm，利于沉井下沉，刃脚采用土+3cm厚砂浆作为内模，下挖0.7m。刃脚尖根据岩面呈台阶变化。

搭脚手架：沿沉井内、外各搭设2排脚手架，以利于钢筋绑扎和定位。脚手架间距60cm，脚手架上搭设作业平台。

绑扎钢筋：钢筋绑扎一次成型。

立外侧模板：外侧模板均采用1m×1.5m组合钢模，模板全部经打磨处理，并涂刷机油作为隔离剂。外模利用脚手架和方木进行支撑加固。

浇注砼：第一次浇筑沉井刃脚部分70cm高。浇注混凝土时，分层浇注，分层厚度35cm，用振动棒振捣施工，浇注过程中要观察沉井是否有下沉，若发现有下沉现象，应立即停止施工，待沉井稳定以后二次浇注。

沉井接高：待刃脚混凝土达到强度后，开始安装内外膜，外侧模板与内侧模板用拉杆加固，梅花型布置，间距50cm。浇筑混凝土前检查钢筋保护层。

待混凝土浇筑完成后，在沉井顶部安放一部分连接钢筋，以防发生沉井接高。

4.4 沉井下沉

4.4.1 下沉

沉井应连续下沉，减少中途停顿的时间。下沉过程中应掌握土层情况，做好下沉记录，根据不同的土质、沉井大小及沉井下沉深度等，选用最有利的下沉方法，考虑到桩基筑岛施工时，填筑了大量的片石、粘土以及地层为卵石层，人工挖除及用高压水枪很难下沉沉井，所以我部采用长臂挖掘机配合人工分层挖除井内土和卵石使沉井下沉。

沉井下沉时，沉井内除河卵石应先从中间开始，对称、均匀地逐步向刃脚处挖，沉井外侧所受的土压力或水压力要均匀，以免沉井产生不均匀沉降，从而造成沉井的开裂。

下沉过程中随时调整沉井的倾斜和位移，从井内挖出的弃土及时运走。

在沉井下沉过程中派专人检查，一旦发现混凝土有开裂现象立即停止下沉，必要时用Φ630mm钢管桩沿纵桥向安装内支撑进行加固。

当沉井下沉至水面以下时，利用2台400m3/h的污水泵进行抽水，临近承台底时，由于四周水压较大，造成抽水很难使水面下降，人工无法进行刃脚除土。此时开挖集水井进行抽水，使水面下降，沉井下沉，具体集水井数量与尺寸由现场水压而定。最终沉井下沉至承台底标高以下50cm。

4.4.2 纠偏

沉井下沉时，井内除土先从中间开始均匀对称地逐步向刃脚处分层取土，使其均匀下沉，防止偏斜。沉井弃土尽量远离沉井，防止因弃土而造成的偏压，使沉井发生偏斜现象。

如果沉井在下沉过程中发生偏斜可分成几种情况进行纠偏处理：

当沉井入土不深时，可利用偏除土的方法使沉井在下沉过程中逐渐纠正偏差。

当沉井入土一半时，用偏除土的方法无法纠正，可在沉井高的一侧外挖土，挖土的深度、宽度以能纠正沉井偏斜为宜。

如果沉井入土达一半以上时，外侧深挖土不宜采纳时，可在外侧先挖一定深度，再在高的一侧沉井顶面配一定的重量纠偏；必要时采用爆破震动方法，但必须控制爆破位置及装药量，以免其对沉井造成破坏。

如果沉井发生中线位移时，可先有意偏除土使沉井向偏位的方向倾斜，然后沿倾斜的方向下沉，直至沉井底面中心与设计中心位置相合或接近时，再将倾斜纠正或至相反方向倾斜一些，最后调整至倾斜和位移都在容许偏差范围内为止。

4.4.3 允许偏差

沉井顶、底面中心与设计中心在平面纵横向的位移（包括因倾斜而产生的位移）均不得大于沉井高度的1/50；沉井的最大倾斜度不得大于沉井高度的1/50。

4.5 封刃脚

由于处在透水层，当水抽至基底时基坑内外水压差太大，且刃脚处全是高速流水，如果按普通刃脚处理无法将水隔离，所以选择水下混凝土封刃脚。

4.5.1 抽水

选择2台400m3/h水泵进行抽水临近承台底时，四周水压太大，此时开挖集水井进行抽水，使水面下降至基底能作业。

4.5.2 安装土袋模

在填筑平台上装足够的土袋，用长臂挖机运送至基底。人工在距沉井内壁1m以外堆码土袋模，土袋模厚1m（太窄容易被水下混凝土压塌），高度1.5m（锯齿沉井刃脚高度不一致）。堆码时注意土袋交错布置，以增加稳定性。

4.5.3 水位恢复

将水泵关闭并提升至岸边，待水位恢复至河水位。

4.5.4 安装导管和漏斗

导管必须经过气密性实验，导管接头严密不漏水。导管高出沉井面50cm以上，增加落差，保证封底质量。漏斗尽量选用大方量漏斗，大于2.5m3为宜，料斗配底盖方便初灌。导管和漏斗可在岸边组装完毕用吊车吊入。

4.5.5 灌注水下混凝土

混凝土采用C35，利用罐车运输至现场，泵送入斗。待斗内混凝土占漏斗体积的90%时，吊车小钩迅速提起漏斗底盖，同时泵送不停，形成水下混凝土的初灌。在灌注过程中，可用竹竿探测混凝土面和位置。当混凝土面高出土袋模20cm时，停止灌注。根据混凝土位置进行多点灌注，间距2～3m为宜，灌注点尽量加密。

待混凝土强度达到80%时，将水位降至基底，如发现有大股水流，将此处松散混凝土凿除并在此处再次灌注水下混凝土。直至水位降至基底没有大股水流为止，少量水流可以用小流量水泵进行外排。

4.6 沉井下沉监测

沉井下沉过程中，经常观测沉降的倾斜度和刃脚踏面的高程，在刃脚深度未及沉井高度的1/3时，重点观测沉井的倾斜度；当沉井刃脚踏面高程下沉到距设计高度约2m时，加强对踏面高程及下沉量的观测。

5 垫层、承台施工

降水至基底，在承台尺寸外设置排水沟，保证浇筑垫层时，承台范围内没有流水。将基底大致整平，浇筑30cm以上的垫层。垫层混凝土采用C15混凝土。待垫层混凝土强度达到后可进行桩基桩头清理以及承台施工。

6 资源配备

主要设备：混凝土搅拌运输车3辆、混凝土输送泵2台、挖掘机3台、汽车吊2台、空压机3台、污水泵6台、吸泥机5台、抽水机6台、钢筋加工机械3套、振捣棒6台。

主要工种：钢筋工20人、木工10人、混凝土工10人、挖土吸泥工10人、测量工4人、电工2人。

7 结束语

采用混凝土沉井围堰防护施工承台对周边影响较小，相对直接开挖工程量小、质量可靠，相对套箱围堰成本低，且沉井为预制品、缩短了工期，取得了良好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]林建业.桥梁工程水中承台采用钢套箱围堰施工介绍[J].中国西部科技，2005（03）.

[2]蔡如松，黄昊，朱崴.水中承台施工探讨[J].山西建筑，2010（13）.

[3]李长平.大直径沉井施工技术措施[J].江西建材，2008（04）.