摘 要：近年來，隨著客運專線的不斷發(fā)展，鐵路橋梁的施工數量逐日增加，日漸增多的施工技術開始應用在鐵路橋梁施工中，其中鐵路橋梁用沉井進行承臺基坑防護的施工技術就是一種得到比較廣泛應用的施工技術。本文分析、總結了鐵路橋梁深水基礎沉井基坑防護施工的施工質量及關鍵技術控制，為相關工程建設提供依據。

關鍵詞：沉井；穩(wěn)定性計算；質量控制

1 工程概況

1.1 工程特點

合肥至福州鐵路客運專線閩贛段柏路田特大橋全長1008.45m，橋梁在0#臺～3#墩之間以1聯（48+80+48）m連續(xù)梁跨越碧泥田河，其中2#墩為連續(xù)梁主墩，位于河道中間位置，設計采用沉井作為基坑防護措施，根據承臺結構尺寸及水深設計沉井順水流向長8m，垂直水流向長12m，深13m，外壁厚0.7m，中間設分隔墻厚0.4m，頂板厚0.8m，下端開口，中間為空箱，刃腳底面寬度0.3m。

1.2 工程地質

沉井場址在勘探深度內土層出露較簡單，分布較均勻。地基土砂性強，抗剪抗壓性能良好，砂性土抗沖能力差，易受水的影響。

2 沉井制作

沉井制作采用就地澆筑的方式，分二節(jié)制作，一次下沉。第一節(jié)制作高度8.5m，分三次澆筑混凝土，即1.0m、3.7m、3.8m。第一節(jié)沉井在筑島平臺上直接制作后下沉到-8.5m，然后在進行上部的接高，進行第二節(jié)4.5m的制作。

3 沉井施工過程及強度驗算

3.1 刃腳受力驗算

刃腳向外撓曲最不利的情況，按《公橋基規(guī)》建議定為刃腳下沉到中途，刃腳切入土中。

刃腳懸臂作用的分配系數為：

α=■=■=2.0>1.0

取α=1.0。

（1）計算各個力值（按低水位取單位寬度計算）

e2=17.44×4.6×0.621-22.4=27.2kN/m

e3=17.44×5.0×0.621-22.4=31.75kN/m

其中：tan2■=0.621，2ctan■=22.4kN/m

根據施工情況，并從安全考慮，作用在刃腳外側的土壓力為：

Pe=■（e2+e3）hk=■（27.42+31.75）×0.4=11.84kN

取用pe=11.84kN。

刃腳摩阻力為：T1=0.5E=0.5×■（27.42+31.75）×0.4×1=5.92kN

由表查的粘土層τ=20kN/m3

T1=τhk×1=8kN

故采用刃腳摩阻力為5.92kN。

單位寬沉井自重為：q=（0.13+0.678+2.623）×25.0=85.78kN

刃腳踏面豎向反力為：R=85.78-31.75×■×5×0.5=46.09kN

刃腳斜面橫向力為：H=V2tan（θ-δ2）=■tan（θ-δ2）

式中：δ2取為土的內摩擦角，即δ2=？準=13.5°

故：H=■tan（48.8°-13.5°）=24.82×0.74=17.57kN

井壁自重q的作用點至刃腳根部中心軸距為：

x1=■=0.072m

刃腳踏面下反力合力：V1=■R=■R=0.46R

刃腳斜面上反力合力：V2=R-0.46R=0.54R

R的作用點距離井壁外側為：

x=■V■■+V■■

=■0.46R■+0.54R■=0.18m

（2）各力對刃腳根部截面中心的彎矩計算

刃腳斜面水平反力引起的彎矩為：MH=17.57×（0.4-0.33）=1.23kN·m

水平土壓力引起的彎矩為：

M■=■■×■■h■=29.59×■×1.54×0.4=6.08kN·m

反力R引起的彎矩為：MR=46.09×■=3.23kN·m

刃腳側面摩阻力引起的彎矩為：MT=5.92×■=1.48kN·m

刃腳自重引起的彎矩為：Mg=0.13×0.4×25.0×0.072=0.09kN·m

總彎矩：M0=ΣM=1.29+3.23+1.48-6.08-0.09=-0.23kN·m

（3）刃腳根部處的應力驗算

σh=■±■

式中：

N0=46.09-0.13×25.0=42.84kN

F=0.5×0.4=0.2

W=■×0.4×0.52=0.02

σh=■±■=234.2±（-11.5）=245.5kPa222.7kPa

由于水平剪力很小，驗算時未考慮。壓應力小于R■■/γ■=14000/2.31=6060kPa

按受力條件不需設鋼筋，可按構造要求配筋。

（4）刃腳向內撓曲

1）計算各個力值

①水壓力及土壓力

按最高水位計算單位寬度上的水、土壓力為：

ω2=9.1×10.0=91kN/m2

ω3=9.5×10.0=95kN/m2

e2=17.44×9.1×0.621-22.4=76.2kN/m2

e3=17.44×9.5×0.621-22.4=80.5kN/m2

則p=■（91+76.2+95+80.5）=68.54kN

p對刃腳根部形心軸的彎矩為：

MP=68.54×■×■=68.54×■×■×0.4=13.82kN·m

②刃腳摩阻力產生的彎矩：

T1=0.5E=0.5×■（80.5+76.2）×0.4=15.67kN

或T1=τhk=25×0.4=10kN

取用T1=10kN

MT=-10×0.25=-2.5kN·m

③刃腳自重產生的彎矩

G=0.13×25.0=3.25kN

Mg=3.25×0.072=0.234kN·m

④所有各力對刃腳根部的彎矩、軸向力及剪力

M=MP+MT+Mg=13.82-2.5+0.234=11.55kN·m

2）刃腳根部截面應力驗算

①彎曲應力驗算

σ=■±■=■±■=33.75+577.5=-543.75kPa<1082kPa611.25kPa<6060kPa

②剪應力驗算

σ■=■=342.7kPa<3300/2.31=1428kPa

計算結果表明，刃腳外側也只需按構造配筋。

③刃腳框架計算

由于α=1.0，刃腳作為水平框架承受的水平力很小，故不需驗算，可按構造布置鋼筋。

3.2 沉井井壁豎向拉力驗算

Smax=■（67.75+339.33+1312.22）=429.82kN

井壁受拉面積為：F1=■（7.02-6.02）=10.21m2

混凝土所收的拉應力為：

σh=■=■=42.10kPa<0.8R■■=1600×0.8=1280kPa

井壁內可按構造布置豎向鋼筋，實際上根據土質情況井壁不可能產生大的拉應力。

3.3 計算沉井側面摩阻力的下沉系數

k1=Q/Rf。其中Q為沉井自重，按8.5m高計算，為7160kN

Rf為井壁總摩阻力，按Rf=U（H-2.5）fc計算。

fc為單位面積的摩阻力，錢塘江邊的粉砂土經驗值取20kPa

故Rf=40×（8.3-2.5）×20=4640KN，k1=7160/4640=1.54>1.15

（如按部分不排水，地下水作用2～3m，沉井的浮力為1360kN，此時k1=（7160-1360）/4640=1.25>1.15）

3.4 計入側面摩阻力、刃腳及隔墻下土體的支承反力時的下沉系數

k2=G/（Rf+R）其中R為刃腳及隔墻下的土體的支承反力。

計算得k2=7160/（4800+3800+1277）=0.72<1.0

3.5 計入側面摩阻力和刃腳踏面下土的支承反力時的下沉系數

k3=G/（Rf+R1） 其中R1為刃腳踏面下土的支承反力。

k3=7160/（4800+2280）=1.01

從計算結果可知，k1>1，說明沉井能夠下沉，k2<1，說明沉井停沉時能夠穩(wěn)定而不會發(fā)生超沉，k3>1，說明沉井在下沉過程中，只要將隔墻土、刃腳鈄面掏空，沉井能開始下沉。所以在此種地質條件下下沉沉井具有可行性。

4 下沉施工監(jiān)測要點

4.1 沉井下沉速度控制

沉井下沉速度控制也是一個重要方面，一般來講對沉井下沉速度沒有嚴格的限制，需根據施工經驗和沉井下沉的具體情況而定，本工程施工中主要按以下原則進行：

（1）在沉井刃腳高差不大時（在水平間距的0.5%以內），沉井的下沉速度越快越好；

（2）沉井下沉速度均勻為宜；

（3）沉井在粉砂土等易引起涌砂的土層中下沉時，應加快下沉速度。

4.2 沉井平面位移控制

對沉井平面位移的控制主要是通過控制沉井刃腳高差來實現，如果沉井刃腳高差不大，則沉井平面位移較易得到控制，它們之間的關系并無定量計算，但有一些聯系：

（1）沉井哪個角下沉得快（即刃腳較低），則沉井就會向哪個方向移位；

（2）沉井刃腳高差大時，沉井位移量大；

（3）沉井始終在同一個方向的刃腳高差下下沉時，沉井位移量較大。

施工過程中需要具體情況具體分析，決定采取相應的方法和措施。

5 結 語

沉井作為建造地下構造物或深基礎的一種方法，是一項實踐性很強的施工技術，為保證沉井的順利下沉和井身的穩(wěn)定性，在沉井施工前必須要進行相關的強度驗算。本文以合肥至福州鐵路客運專線閩贛段柏路田特大橋為例，對沉井的施工過程進行了詳細的計算復核，也為以后的相關工程提供借鑒。

參考文獻

[1]《建筑施工手冊》（縮印本，第二版）.

[2]《基礎工程施工手冊》（第二版）；中國計劃出版社.

[3]《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50204-2002）.