項(xiàng)目14-沉井基礎(chǔ)

一、理論知識

沉井的應(yīng)用己有很長的歷史，它是由古老的掘井作業(yè)發(fā)展而成的一種施工方法，用沉井法修筑的基礎(chǔ)叫做沉井基礎(chǔ)，參見圖示。圖沉井基礎(chǔ)示意a)沉井下沉;b)沉井基礎(chǔ)沉井的概念:

是井筒狀的結(jié)構(gòu)物。它是以井內(nèi)挖土，依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后經(jīng)過混凝土封底并填塞井孔，使其成為橋梁墩臺或其它結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)。沉井的優(yōu)點(diǎn)：埋置深度可以很大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，有較大的承載面積，能承受較大的垂直荷載和水平荷載；沉井既是基礎(chǔ)，又是施工時(shí)的擋土和擋土圍堰結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜。沉井施工時(shí)對鄰近建筑物尤其是軟土中地下建筑物的基礎(chǔ)影響小。沉井的缺點(diǎn)：施工期較長；對粉細(xì)砂類土在井內(nèi)抽水易發(fā)生流砂現(xiàn)象，造成沉井傾斜；沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大，均會給施工帶來一定困難。

沉井5-1概述第五章沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻沉井的分類按沉井的施工方法分類

一般沉井

浮運(yùn)沉井按沉井的建筑材料分類

混凝土沉井

鋼筋混凝土沉井

竹筋混凝土沉井

按沉井形狀分類圓形圓端形矩形沉井的平面形狀沉井的立面形狀柱形階梯形錐形圖5-3

沉井的平面形狀

a)單孔沉井；b)雙孔沉井；c)多孔沉井沉井剖面圖a）直壁柱型；b）外壁單階型；c）外壁多階型；d）內(nèi)壁多階型沉井的一般構(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、封底和蓋板等組成。沉井構(gòu)造圖

沉井基礎(chǔ)施工一般可分為旱地施工、水中筑島施工及浮運(yùn)沉井施工三種。

1.旱地施工

橋梁墩臺位于旱地時(shí)，沉井可就地制造、挖土下沉、封底、充填井孔以及澆筑頂板。a)制作第一節(jié)沉井;b)抽墊木、挖土下沉;c)沉井接高下沉;d)封底圖14-1

沉井施工順序示意(1)清整場地

如天然地面土質(zhì)較好，只需將地面雜物清掉整平地面，就可在其上制造沉井，如為了減小沉井的下沉深度也可在基礎(chǔ)位置處挖一淺坑，在坑底制造沉井下沉，坑底應(yīng)高出地下水位0.5～1.0m

。如土質(zhì)松軟，應(yīng)整平夯實(shí)或換土夯實(shí)。在一般情況下，應(yīng)在整平場地上鋪上不小于0.5m厚的砂或砂礫層。

制造沉井前，應(yīng)先在刃腳處對稱鋪滿墊木（圖14-2），以支承第一節(jié)沉井的重量，并按墊木定位立模板以綁扎鋼筋。然后在刃腳位置處放上刃腳角鋼，豎立內(nèi)模（圖14-2b），綁扎鋼筋，再立外模澆筑第一節(jié)沉井。(2)制作第一節(jié)沉井

圖14-2

墊木布置實(shí)例圖14-2b

沉井刃腳立模1-內(nèi)模；2-外模；3-立柱；4-角鋼；5-墊木；6-砂墊層3.拆模及抽墊

當(dāng)沉井混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度70％時(shí)可拆除模板，達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可抽撤墊木。抽撤墊木應(yīng)分區(qū)、依次、對稱、同步地向沉井外抽出。其順序?yàn)椋合葍?nèi)壁下，再短邊，再長邊，最后定位墊木。長邊下墊木隔一根抽一根，以固定墊木為中心，由遠(yuǎn)而近對稱地抽，最后抽除固定墊木，并隨抽隨用砂土回填搗實(shí)，以免沉井開裂、移動或偏斜。原則：分區(qū)、依次、對稱、同步。4.除土下沉

沉井下沉施工可分為排水下沉和不排水下沉。

排水下沉：當(dāng)沉井穿過的土層較穩(wěn)定，不會因排水而產(chǎn)生大量流砂時(shí)，可采用排水下沉。它適用于土層滲水量不大且排水時(shí)不會產(chǎn)生涌土或流砂的情況；人工挖土可使沉井均勻下沉和清除井下障礙物，但應(yīng)保證施工安全。排水下沉?xí)r，有時(shí)也用機(jī)械除土。

不排水下沉：一般都采用機(jī)械除土，挖土工具可以是抓土斗或水力吸泥機(jī)，如土質(zhì)較硬，水力吸泥機(jī)需配以水槍射水將土沖松。由于吸泥機(jī)是將水和土一起吸出井外，故需經(jīng)常向井內(nèi)加水維持井內(nèi)水位高出井外水位1～2m，以免發(fā)生涌土或流砂現(xiàn)象。

5.接高沉井

第一節(jié)沉井頂面下沉至距地面還剩1m～2m時(shí)，應(yīng)停止挖土，接筑第二節(jié)沉井。接筑前應(yīng)使第一節(jié)沉井位置正直，鑿毛頂面，然后立模澆筑混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計(jì)要求后，再拆模繼續(xù)挖土下沉。6.設(shè)置井頂防水圍堰

如沉井頂面低于地面或水面，應(yīng)在沉井上接筑圍堰，圍堰的平面尺寸略小于沉井，其下端與井頂上預(yù)埋錨桿相連。圍堰是臨時(shí)性的，待墩臺身出水后可拆除。7.基底檢驗(yàn)和處理

基底檢驗(yàn)：

檢驗(yàn)內(nèi)容是地基土質(zhì)是否和設(shè)計(jì)相符，是否平整，并對地基進(jìn)行必要的處理?；滋幚恚?/p>

砂性土或粘性土地基，一般可在井底鋪一層礫石或碎石至刃腳底面以上200mm。未風(fēng)化巖石地基，應(yīng)鑿除風(fēng)化巖層，若巖層傾斜，還應(yīng)鑿成階梯形。要確保井底地基盡量平整，浮土、軟土清除干凈，以保證封底混凝土、沉井與地基結(jié)合緊密。8.封底

地基經(jīng)檢驗(yàn)及處理合乎要求后，應(yīng)立即進(jìn)行封底。如封底是在不排水情況下進(jìn)行，則可用導(dǎo)管法灌注水下混凝土(見鉆孔灌注樁施工)，若灌注面積大，可用多根導(dǎo)管，以先周圍后中間，先低后高的次序進(jìn)行灌注。待混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再抽干井孔中的水，填筑井內(nèi)圬土。如井孔中不填料或僅填以礫石，則井頂面應(yīng)澆筑鋼筋混凝土頂蓋，以支承墩臺，然后砌筑墩身，墩身出土(或水面)后可拆除臨時(shí)性的井頂圍堰。9.井孔充填及頂板澆筑2.水中筑島

當(dāng)水深小于3m，流速≤1.5m/s時(shí)，可采用砂或礫石在水中筑島(圖14-4a），周圍用草袋圍護(hù)；若水深或流速加大，可采用圍堤防護(hù)筑島[圖14-4b）]；當(dāng)水深較大（通常<15m）或流速較大時(shí)，宜采用鋼板樁圍堰筑島(圖14-4c）。圖14-4

水中筑島下沉沉井a(chǎn))無圍堰防護(hù)土島;b)有圍堰防護(hù)土島;c)圍堰筑島

水深較大，如超過10m時(shí)，筑島法很不經(jīng)濟(jì)，且施工也困難，可改用浮運(yùn)法施工。沉井在岸邊做成，利用在岸邊鋪成的滑道滑入水中，然后用繩索引到設(shè)計(jì)墩位。3.浮運(yùn)沉井圖14-5

浮運(yùn)沉井下水示意（1）用泥漿套下沉沉井

泥漿潤滑套是借助泥漿泵和輸送管道將特制的泥漿壓入沉井外壁與土層之間，在沉井外圍形成有一定厚度的泥漿層。主要利用泥漿的潤滑減阻，降低沉井下沉中的摩擦阻力。圖14-6

射口擋板與壓漿管構(gòu)造a)射口擋板;b)外管法壓漿管構(gòu)造4.沉井下沉的輔助措施

（2）用空氣幕壁下沉沉井

它是通過對沿井壁內(nèi)周圍預(yù)埋的氣管中噴射高壓氣流，氣流沿噴氣孔射出，再沿沉井外壁上升，形成一圈壓氣層(又稱空氣幕)，使井壁周圍土松動，減少井壁摩阻力，促使沉井順利下沉。與泥漿潤滑套相比的優(yōu)點(diǎn)：

壁后壓氣沉井法在停氣后即可恢復(fù)土對井壁的摩阻力，下沉量易于控制，且所需施工設(shè)備簡單，可以水下施工，經(jīng)濟(jì)效果好。在一般條件下較泥漿潤滑套更為方便，它適用于細(xì)、粉砂類土和粘性土中。但設(shè)計(jì)方法和施工措施尚待積累更多的資料。

5.沉井下沉過程中遇到的問題及處理

（1）偏斜偏斜原因：土島表面松軟，河底土質(zhì)軟硬不勻；井壁與刃腳中線不重合；抽墊方法欠妥，回填不及時(shí)；除土不均勻?qū)ΨQ；刃腳遇障礙物頂住而未及時(shí)發(fā)現(xiàn)；排土堆放不合理，或單側(cè)受水流沖擊淘空等導(dǎo)致沉井承受不對稱外力作用。發(fā)生傾斜的糾正方法：在沉井高的一側(cè)集中挖土，在低的一側(cè)回填砂石；在沉井高的一側(cè)加重物或用高壓射水沖松土層；在沉井頂面施加水平力扶正。

（2）難沉原因：開挖面深度不夠，正面阻力大；偏斜，或刃腳下遇到障礙物、堅(jiān)硬巖層和土層；井壁摩阻力大于沉井自重；井壁無減阻措施或泥漿套、空氣幕等減阻構(gòu)件遭到破壞。解決下沉困難的措施主要是增加壓重和減少井壁摩阻力,增加壓重的方法：提前接筑下節(jié)沉井；在井頂加壓砂袋、鋼軌等重物；不排水下沉?xí)r，可井內(nèi)抽水。減小井壁摩阻力的方法：

井壁內(nèi)埋設(shè)高壓射水管組，射水輔助下沉；利用泥漿套或空氣幕輔助下沉；增大開挖范圍和深度；必要時(shí)還可采用0.10.2kg炸藥起爆助沉。（3）突沉

原因：井壁摩阻力較小，當(dāng)刃腳下土被挖除時(shí)，沉井支承削弱；