沉井论文

沂河特大桥沉井施工分析

一、工程概况

1．工程特点

沂河特大桥位于临沂市境内，是山西中南部铁路通道工程第20标段跨越沂河而设。桥址处上、下游地势开阔，河面较宽，水较浅。河中多沙滩，河岸曲折，为天然形成，中有茂密杂草，由于人工采砂对河道破坏较大。河流为非通航河流，桥址跨越数条乡村公路。沂河特大桥共有墩台65个，其中沉井设计18个，为43#~59#、29#墩，根据季节水位不同，河中墩可分为浅滩墩和水中墩，水中墩承台采用沉井法施工（根据现场条件、水位高低而定），开挖深度大于3m，开挖地质为细圆砾土（δ0 =300kpa）或细砂（δ0=150kpa）。

2.工程地质

粉质粘土、粘土，软塑：δ0=120Kpa

（1）-1 粉土，密实、湿：δ0=120Kpa

（1）-2 粉质粘土、淤泥质粉质粘土，流塑：δ0=80Kpa

（2）细砂，稍密～中密、饱和：δ0=150Kpa

（2）-1 粗砂，中密～密实、饱和：δ0=250Kpa

（3）砾砂，稍密～密实：δ0=280Kpa

（4）细圆砾土，稍密～中密：δ0=300Kpa

（5）粉质粘土，硬塑：δ0=220Kpa

（6）-1 泥质砂岩，全风化δ0=200Kpa

3、水文地质

汇水面积：4837.00km2，设计流量：5954.73m3/s，

设计流速：1.82m/s，设计水位：47.46m，

流向：左向右，交角：16.00度，施工水位：41.93m。

4、气候特征

本施工工段位于山东省六安市，沿线属北亚热带季风气候，冬季干旱，夏季多雨，干湿交替，四季分明，年平均降雨量900～1600mm，每年6～9月为汛期。全年平均气温为14.6℃～16.4℃，七月最热，一月最冷。风力最大8～9级。

地基土砂性强，抗剪抗压性能良好，砂性土抗冲能力差，易受水的影响。施工过程中采用沉井。

二、方案确定

根据河床内的地质情况，由于河床内属于强透水性砂层，砂层厚度在5～6米，水位高程平均高出承台顶面3～4米，因此承台底部水压力（5m左右水头）比较大，按照一般的施工方案及基坑大开挖是明显行不通的，原因有三点：一是砂层过厚，势必开挖面积很大，成本过高，且影响施工进度；二是承台底部水压力过大，无法浇注砼，影响施工质量；三是基坑开挖过大后，没有机械的工作面，无法进行下一步施工。

综上所述，经过讨论，初步确定两种方案：

方案一：采用井点降水

1、承台四周打围堰，采用钢管加沙袋进行支护，以防止塌方。承台四角处采用井点降水，以降低承台底部水压力。

方案一简图

2、成本分析：机械费：含挖机和吊车费共31000元；材料费：含钢管，蛇皮袋，水泵，共41000元；人工费：21400元；电费：10700。共计10.4万元。

工程进度分析：从基坑开挖到浇注砼需15~20天。

方案二、采用薄壁沉井，施工方案见后。

１、成本分析：机械费：含挖机和吊车费共11000元；材料费：含砼、钢筋和模板，共22800元，人工费：14000元；电费：8000元。共计5.58万元。

工程进度分析：从沉井立模到承台浇注砼需9天左右。

综上两点因素，采用薄壁沉井方案。

三、沉井设计

沉井法是一种特殊的施工方法。沉井的下沉是在自重G作用下，克服井壁与土体的摩擦阻力Rf、刃脚反力Rj和浮力来完成，见下图。在沉井下沉计算中，一般假设沉井单

位面积上的侧摩阻力随深度而变化：在浅土层中，侧摩阻力从地表起逐渐增加，进入土层一定深度后达到最大值，然后逐渐减少，达到一定的深度趋于稳定。

由于土压力的性质、大小与墙身的位移、墙身的材料、高度及结构形式、墙后填土的性质、填土表面的形式以及墙和地基的弹性等有关，而其中又以墙身的位移、墙高和填土的物理力学性质等最为重要。对沉井结构的简化，建立沉井受力简化模型，分析沉井所受的土压力，并据此对沉井刃脚和井壁所受的土压力及侧摩阻力进行分析，并设计出适合该工程的沉井模型及尺寸。根据所受的力及已知的尺寸模型对沉井进行简单的配筋。

被动土压力公式：

20

452P r z tg ???=??+ ?

?? r=20

3

m KN

z=2.59m ，0

30=?，P=20?2.59?

()2

45

15

tg

+=151.5KN/2

m

=151.5?

2

3

10

mm

N -

112

3

M P Z Z b =

???

??=

110.15152590259035059282833

2

3

?????=N.mm 614

.0=b ε,

0210,14.3,350,600,565y c f f b m m h m m h m m

=====

02

2

00

1.0592828330.022

1.014.3600565

s c M f b h γαα??=

=

=??????<

b

ε

2

00 1.014.36005650.022

507210

c s

S y

f b h A m m

f αα????????=

=

=

考虑到抗压时钢筋采用螺纹，抗压时采用圆钢，可起到很好的力学效果。所以在配筋是抗压一侧采用直径16mm 螺纹筋，抗压一侧采用直径12mm 圆钢。Φ16@150mm,Ф12@200mm ，在600h m m =的高度中，实际配筋面积为：

2

2

2

48361142m m S

A A ππ=??+??=＞，满足受力要求。

考虑最大土压力及弯矩在沉井下部，下部配筋用16mm 螺纹钢筋，上部受的 土压力较小，同样按构造配筋，采用12mm 的螺纹钢筋，节省材料。配筋及结构尺寸示意图如下： 四、沉井施工

沉井施工法是修筑地下工程和深埋基础工程所采用的重要施工方法之一。沉井组成一般包括井筒、刃脚、隔墙、梁、底板等，其平面形状一般为圆形、矩形、椭圆形、菱形或其他不规则形状，该沉井采用矩形，便于施工及实际要求。 1．沉井制作

⑴场地处理、施工放样

单位：cm

在已完工钻孔桩的承台位置，按照设计沉井面积外1m~2m范围内填筑黄砂筑岛，机械压实后再用人工整平、夯实。岛面应比施工水位高出0.5m以上，有流水时，应适当加高。场地处理完成后，项目部技术对沉井中线进行施工放样，放样结束后要注意对放样桩的保护，采用水泥砂浆对放样桩进行稳固，施工过程中任何机械施工或人员不得对放样桩有任何的破坏或移动。

⑵沉井的制作

场地整理完好后应在沉井位置满铺枕木，然后可在此之上进行沉井的制作。

沉井的制作见下图：

单位：cm

薄壁沉井方案示意图

地就填筑草袋便道

沉井上支撑梁用钢支撑在两端按图示制作成喇叭口。沉井大面中部即横梁支撑点处加双排直径12mm 螺纹横向钢筋，长2.00m ，间距100mm ；加双排直径12mm 螺纹竖向钢筋，长为内层2.00m ，外层2.40m ，间距100mm ；在四角处加斜筋，直径12mm 螺纹钢筋，间距150mm 。沉井侧墙纵向钢筋为直径12mm 螺纹钢，在四角处须交叉搭接。

2．沉井下沉

沉井制作完成并且砼强度达到设计要求后，应进行沉井的拆模、抽垫，抽垫应分区、依次、对称、同步地进行。抽出垫木后，应随即用砂土回填捣实，抽垫时应防止沉井偏斜。 就地制作沉井下沉至设计高程后允许偏差和检验方法

注：h为沉井高度。

在刚开始下沉时，土层较稳定且渗水性较小，宜采用排水开挖下沉，当挖到下层易涌水翻砂的地层时，采用排水开挖下沉。

沉井应连续下沉，减少中途停顿的时间。在下沉过程中，应掌握土层情况，做好下沉记录，随时分析判断土层摩擦力与沉井重力关系，选择最有利的下沉方法。

沉井下沉开挖的弃土不应靠近沉井，下沉过程中应保持井内外水位的一定高差，不得翻砂，必要时可向井内补水。

当沉井有位移或偏斜时，应先摸清情况，分析原因，并采取相应措施。当有障碍物时，应首先排除。纠正倾斜时，可采取偏除土、偏重压、顶部施加水平力或刃脚下支垫等方法。当沉井倾斜方向有利于纠正位移时，可继续下沉，待沉井底面中心接近墩位设计中心，再纠正倾斜。

当沉井下沉至设计标高后，即进行水下混凝土封底。封底砼采用C30混凝土，坍落度应为18cm～22cm。水下混凝土应连续浇灌，中途不得停顿。沉井应在封底混凝土强度满足抽水后受力要求时，方可抽水浇注。

3．沉井施工过程注意问题

1）外壁表面粗糙、鼓胀。

沉井浇筑混凝土脱模后，外壁表面粗糙、不光滑，尺寸不准，出现鼓胀，增大与土的摩阻力，影响顺利下沉。造成这个现象原因有：模板不平整，表面粗糙或粘有水泥砂浆等杂物施工中采用木模板，浇筑混凝土前未浇水湿润或湿润不够，模板接缝、拼缝不严密，混凝土振捣不密实或下料过厚、振捣过度等。在制作过程中，应按规范操作避免混凝土表面粗糙影响沉井下沉。

2）沉井歪斜。

沉井浇筑混凝土后，出现歪斜现象，将直接影响沉井下沉的垂直度控制。由于制作场地土质为砂性土，承载力较差，事前必须进行地基处理，在沉井之制作场地铺满枕木，防止浇筑后产生不均匀下沉。另外一次性浇注高度不宜过大。

3）下沉过快。

沉井下沉过快，出现异常情况，施工难以控制。原因是遇软弱土层，土的承载力很低，或长期抽水或因砂的流动，使井壁与土的摩阻力下降等。可重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土，或将外壁的土夯实，增大摩阻力。

4）下沉过慢。

沉井下沉速度很慢，甚至出现不下沉的现象，直接影响工期。由于沉井自重不够，井壁制作表面粗糙，与土的摩阻力加大，向刃脚方向削土深度不够，或下沉过程中遇孤石或大块石等障碍物等都可影响沉井下沉速度。因此沉井制作应严格按设计要求和工艺标准施工，保持尺寸准确，表面平整光滑。可在沉井上部加荷载啊，实际施工中采用加沙袋或将刃脚下的土分段均匀挖除，减少正面阻力以加快沉井下沉；遇小孤石或块石搁住，可将四周土挖空后取出。由于本方案为小型沉井也可采用振动装置振动井壁，以减低摩阻力。

5）沉井超沉或欠沉。

沉井下沉完毕后，刃脚平均标高大大超过或低于设计要求深度，相应沉井壁上的预埋件及预留孔洞位置的标高，也大大超过规范允许的偏差范围。所以在沉井下沉至最后阶段，应进行标高控制和测量观测；下沉接近设计深度，应放慢挖土和下沉速度，在沉井下沉趋于稳定(8h的累计下沉量不大于10mm时)，方可进行封底。因为本方案中沉井高度较低属于小型沉井，下沉较容易控制，超沉及欠沉高度不大，设计沉井时已经考虑了下沉的误差。若超沉过多，可将沉井上部接高处理；欠沉一般作抬高设计标高处理。

６）沉井封底

在沂河特大桥施工的１８个沉井中，有个别沉井出现二次封底。下面就沉井封底的几点经验教训提供给大家参考。首先应将桩头和沉井壁四周的泥浆清理干净。控制好砼坍落度及和易性，沉井封底砼属于水下砼，坍落度应控制在180mm～220mm。其次，应控制好砼浇注点位，最终目的即达到砼在自重作用下均匀摊铺在沉井底部，在封底过程中严禁捣固混凝土，由于封底砼过薄，避免砼浆体在捣固过程中产生离析现象。另外，高程需控制准确，防止封底过厚或封底厚度不足，造成二次封底。

7）沉井纠偏

在淠河特大桥沉井施工过程中，出现过2次涨水，将下沉到位的沉井冲偏。其中53#沉井已封底，54#沉井未封底，由于这两个沉井处于便桥排水处，因此水流比较急，沉井倾斜程度比较大，给下一步施工造成不小的麻烦。分析其原因，两个沉井都是由于洪水冲刷沉井

底部，掏空沉井底部一侧砂土，在洪水的冲击力和沉井的重力作用下，造成倾斜。53#和54# 由于倾斜程度各有不同，因此需要单个分析，采取不同的纠偏方案。

53#沉井由于已封底，所以无法继续下沉，不能采取在下沉过程中纠偏，只有采取其他办法，通过现场考察，就其偏斜原因，我们采取反其道而行之，既然洪水能将沉井一侧砂掏空而造成倾斜，我们采用同样的办法，将沉井偏低的一侧利用桩头的为支点，采用杠杆原理，将这一侧吊住，在另一侧用抽砂泵抽掉沉井底部细砂，这样沉井这一侧在自重作用下下沉，而偏低那侧则被抬起，这样沉井便回到原位。施工简图如下：

纠偏简图

54#沉井由于没有下沉到位，且没封底，所以在下沉过程中纠偏，纠偏到位后进行封底。 53#，54#沉井现场倾斜图如下：

54#沉井

53#沉井