徐學(xué)斌

長安大學(xué)，陜西西安 710018

1 概述

橋梁工程中常用沉井作為墩臺(tái)的深基礎(chǔ)。沉井是一個(gè)柱體形無底無蓋的井筒狀結(jié)構(gòu)，是井孔內(nèi)不斷除土，井體借自重克服外壁與土的摩阻力而不斷下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，經(jīng)過封底、填心以后，成為橋梁墩臺(tái)或其他構(gòu)建物的基礎(chǔ)。一般沉井四周井壁是由剛度很大的鋼筋混凝土或少筋混凝土預(yù)制而成的。

沉井是一種剛性深基礎(chǔ)，施工時(shí)不需要板樁圍護(hù)。沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn)是埋置深度大，沒有深度上的限制，整體穩(wěn)定性好，能承受較大的垂直荷載和水平荷載，尤其在深水中有較大卵石不便樁基礎(chǔ)施工而需要承受巨大的水平力和豎直力時(shí)，多采用沉井基礎(chǔ)。沉井的施工過程中也不需要很復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，施工技術(shù)簡單，可全面開工。因此，沉井基礎(chǔ)在橋梁工程中得到了較為廣泛的應(yīng)用。例如南京長江大橋、江陰長江大橋均采用了不同類型的大型沉井基礎(chǔ)。

沉井基礎(chǔ)的缺點(diǎn)：施工工期比較長，當(dāng)遇到流砂、樹干、老橋基等難以清除的障礙物時(shí)，沉井下沉受阻并且很難克服；河床下面是傾角較大的巖層時(shí)，也會(huì)增加沉井施工的困難，使沉井基礎(chǔ)的穩(wěn)定性不好，受力后易發(fā)生傾斜。

2 沉井的類型及構(gòu)造

2.1 沉井的類型

按制作材料分：混凝土沉井、鋼筋混凝土沉井、竹鋼筋混凝土沉井、鋼沉井。

按施工方法分：現(xiàn)澆預(yù)制沉井、浮運(yùn)沉井。

按沉井平面形狀分：圓形沉井、矩形沉井、圓端形沉井等。

按沉井立面形狀分：豎直式、傾斜式、臺(tái)階式等。

2.2 沉井的構(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、封底混凝土和頂蓋板等構(gòu)成。

2.2.1 井壁

井壁是沉井的主體部分，形成沉井基礎(chǔ)的外形尺寸，起其作用是：1）作為施工時(shí)的圍堰，起擋土隔水作用；2）提供足夠的重量用以克服阻力，順利下沉；3）填心后作為墩臺(tái)基礎(chǔ)。因此，沉井外壁可做成臺(tái)階或斜坡面，用以減小井壁與周圍土的摩阻力。沉井較高時(shí)，可根據(jù)施工要求分節(jié)下沉。

2.2.2 刃腳

刃腳是沉井井壁下端斜形部分，如刀刃狀，故稱刃腳。其作用是在沉井自重作用下易于切土下沉，同時(shí)又支撐沉井的作用。

2.2.3 隔墻

當(dāng)沉井的長寬尺寸較大時(shí)，應(yīng)在沉井內(nèi)設(shè)置隔墻，以加強(qiáng)沉井的剛度，使井壁的撓曲應(yīng)力減小。

2.2.4 井孔

井孔是挖土排土的工作場所和通道。

2.2.5 凹槽

凹槽設(shè)在井孔下端近刃腳處，用以增強(qiáng)封底混凝土和井壁的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。

2.2.6 封底和蓋板

沉井至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，便澆筑封底混凝土?；炷吝_(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可從井孔中抽干水并填滿混凝土或其它圬工材料。

3 沉井基礎(chǔ)的施工

沉井的施工與墩臺(tái)基礎(chǔ)所在地點(diǎn)的水文地質(zhì)條件有關(guān)。施工前應(yīng)做好資料的調(diào)查勘測，制定合適的施工措施，確保施工安全。

3.1 旱地施工

3.1.1 定位放樣，整平場地并建筑第一節(jié)沉井

旱地沉井施工時(shí)，應(yīng)先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行定位放樣，在地面上定出沉井縱橫兩個(gè)方向的中軸線，基坑的輪廓線以及水準(zhǔn)點(diǎn)等，作為施工的依據(jù)。之后平整場地，鋪砂墊層，設(shè)墊木、立模、澆筑第一節(jié)沉井混凝土。在支立模同時(shí)要將刃腳加強(qiáng)角鋼及配置的鋼筋綁扎就位，外模應(yīng)平滑以利于下沉，混凝土應(yīng)該對(duì)稱均勻一次性連續(xù)澆完。在此過程中，模板垂直、中心與沉井中心重合是保證沉井位置安裝正確的關(guān)鍵。

3.1.2 拆模和抽墊

混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%時(shí)方可拆除模板，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可以抽除墊木。拆除墊木是一道很重要的工序，必須按一定的順序進(jìn)行，以免引起沉井開裂、移動(dòng)或傾斜。其順序一般是先撤出內(nèi)隔墻下的墊木，再抽出沉井短邊下的墊木，最后抽出長邊下的墊木。

3.1.3 挖土下沉

沉井下沉施工可分為排水下沉和不排水下沉。開挖必須有規(guī)律、分層、對(duì)稱進(jìn)行，使沉井均勻下沉。切不可盲目亂挖，造成沉井的傾斜，甚至發(fā)生事故。

3.1.4 沉井接高

當(dāng)沉井下沉至距地面只剩一米左右時(shí)，應(yīng)停止挖土，并澆筑第二節(jié)沉井。接高前要對(duì)第一節(jié)沉井糾正傾斜，保持井位正確，使第二節(jié)沉井豎向中軸與第一節(jié)軸線相重合。

3.1.5 沉井封底與澆筑頂蓋

沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，基地檢查合格后應(yīng)及時(shí)澆筑封底混凝土。井孔填充與否，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求處理，如果沉井為空心沉井或者僅填礫石時(shí)，井面應(yīng)澆筑鋼筋混凝土頂蓋板，然后砌筑墩身。

3.2 水中施工

當(dāng)基礎(chǔ)處于水下時(shí)，可根據(jù)水深、流速、施工設(shè)備等條件確定采用筑島法或者浮運(yùn)法。

3.2.1 筑島法

水流速度不大時(shí)可以用水中筑島的方法，即先修筑人工砂島，再在島上進(jìn)行沉井的制作和挖土下沉。筑島前，清理河床上淤泥和軟土等承載力較弱的土層，筑島多采用礫石粗砂等易于壓實(shí)、透水性好的材料，切不可用粉砂黃土。另外，筑島應(yīng)盡可能選在河流的枯水季節(jié)，這樣不僅可以減小筑島的填方量，還能降低造價(jià)，確保安全。筑島完成后，就營造了旱地施工條件，之后施工方法與旱地施工相同。

3.2.2 浮運(yùn)法

在深水中修筑沉井，當(dāng)筑島法不經(jīng)濟(jì)，施工也困難，可采用浮運(yùn)法施工。

采用浮運(yùn)法時(shí)，沉井在旱地做成空體結(jié)構(gòu)，利用在岸邊鋪成的滑道滑入水中，然后用繩索牽引或船只拖運(yùn)到設(shè)計(jì)墩位。再逐步用混凝土或水灌入空體內(nèi)增加自重，使其徐徐沉入河底，按不排水挖土下沉。或依靠在懸浮狀態(tài)下接長沉井及填充混凝土使它逐步下沉，這時(shí)每個(gè)步驟都要保證沉井本身足夠的穩(wěn)定性。沉井切入河床一定深度時(shí)，可采用旱地下沉方法施工。

4 沉井下沉的助沉和糾偏

4.1 沉井下沉的助沉措施

在沉井下沉過程中，由于井壁摩擦力太大，超過了沉井的重量，會(huì)導(dǎo)致下沉困難。因此，可采用壓重或排水、井壁外飽水降低摩擦力、炮震法助沉。

壓重或排水：在井頂搭設(shè)平臺(tái)壓重，或在井孔中強(qiáng)制性排水降低井孔內(nèi)的水位而相對(duì)增加自重，使沉井下沉。

井壁外飽水降低摩阻力：在上部盡可能貼著井壁挖深槽，在槽中沿井壁插管均勻射水，達(dá)到降低摩阻力助沉的目的。

炮震法：在井底放適量炸藥，引爆后產(chǎn)生震動(dòng)力，減小刃腳下土的反力和井壁上土的摩擦力，增加下沉的沖擊力，迫使沉井下沉。

4.2 沉井的糾偏

沉井在施工過程中總會(huì)發(fā)生一些偏斜，所以要隨時(shí)觀測沉井下沉的位置和方向，發(fā)生較大偏差時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行詳細(xì)的檢查分析，針對(duì)產(chǎn)生偏差的原因采取合適的措施，糾正偏差。

公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定，沉井沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，底面、頂面中心與設(shè)計(jì)中心的偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，其允許偏差縱橫方向?yàn)槌辆叨鹊?/50（包括因傾斜而產(chǎn)生的位移）。對(duì)于浮式沉井，允許偏差值可增加250mm，即1/50H+250mm。沉井的最大傾斜度為1/50。矩形、圓端形沉井的平面扭轉(zhuǎn)角偏差，就地制作的沉井不得大于1°，浮式沉井不得大于2°。

4.2.1 糾正傾斜

一般采用偏側(cè)除土的方法，即除去刃腳較高一側(cè)的土，在刃腳較低的一側(cè)加撐支墊。

4.2.2 糾正位移

先偏側(cè)除土，使沉井底面中心向墩位設(shè)計(jì)中心傾斜，隨后均勻除土，使沉井底中心線下沉至設(shè)計(jì)中線，然后再對(duì)偏側(cè)除土扶正。

4.2.3 糾正扭轉(zhuǎn)

沉井中心位置符合要求但是水平角度扭轉(zhuǎn)時(shí)，可在對(duì)角線兩角除土，在另外兩角填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩使沉井在下沉過程中逐步糾正扭轉(zhuǎn)角度。

5 結(jié)論

沉井基礎(chǔ)在橋梁工程墩臺(tái)深基礎(chǔ)中有著廣泛的應(yīng)用，因此，對(duì)于橋梁工作者來說，了解并掌握沉井的構(gòu)造、施工方法以及糾偏措施具有重要的意義。

[1]陳晏松.基礎(chǔ)工程[M].人民交通出版社.

[2]盛洪飛.橋梁墩臺(tái)與基礎(chǔ)工程[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.