空气幕下沉沉井工法(大桥局)

空气幕法下沉沉井，就是在沉井井壁周围预设若干层管路，每层管上钻有许多小孔，接通压缩空气向沉井井壁外面喷射，以减少井壁与土壤间的摩阻力，加速沉井顺利下沉的方法。

因为压气时在沉井周围形成一层空气帷幕，故通称空气幕沉井。

60年代以来，我国有部分铁路桥梁基础采用了空气幕法下沉钢筋混凝土轻型沉井和钢沉井，突破了我国长期应用大圬工量重型沉井的局限。

通过九江长江大桥、天津永定新河大桥、长东黄河大桥和援缅仰光——丁茵大桥等工程实践，表明采用空气幕法下沉沉井是一种增加设备不多但经济效益较好的施工方法。

空气幕法下沉沉井获1978年全国科技大会优秀科技成果奖、1978年铁道部全路科技大会优秀科技成果奖。

一、工法特点
为了克服沉井下沉时土对井壁侧面的摩擦力，过去在选择结构型式时，通常采用加厚井壁、加大沉井自重的办法，这样做的缺点是增加圬工数量。

后来为了节省圬工下沉轻型沉井，虽曾采用过泥浆润滑法下沉工艺，但该方法存在着沉井下沉完后井壁摩擦力不易恢复的缺点，因此，采用空气幕下沉沉井是比泥浆润滑法下沉沉井更为理想的施工方法。

采用空气幕下沉沉井，较重型沉井以及泥浆润滑法下沉沉井有如下特点：
(1)由于通过压气在井壁周围形成帷幕，减少了井壁摩擦力，从而减少沉井重量，能节省大量圬工。

(2)采用空气幕法可加速沉井下沉，并可利用分区压气进行纠偏，以保证沉井竖直下沉。

(3)与泥浆润滑法相比，采用空气幕法下沉沉井，停止压气后可使土壤很快恢复对井壁的固结作用，沉井即趋于稳定，从而可提高基础的使用安全度和基础的抗震能力。

(4)空气幕法解决了主体结构要求沉井自重小(减小基底应力)和施工时要求沉井自重大(克服井壁摩擦力)的矛盾，使沉井基础更趋合理。

(5)空气幕法下沉沉井既可在滩地，也可在水中施工。

二、适用范围
空气幕法下沉沉井，适宜于地下水位较高的粉、细、中砂类土及粘性土层，也可用在水中桥墩的沉井基础。

三、工艺原理
图1 沉井下沉阻力
沉井下沉过程中要克服两种外力，一是沉井正面阻力，二是沉井侧面摩擦力。

见图1。

正面阻力靠井孔内人工挖土(无水)或以抓泥斗抓土、吸泥机吸泥等方法消除。

沉井侧面摩擦力历来主要靠沉井自重来加以克服。

随着沉井入土深度的增加，往往单纯靠增加沉井自重(即增加沉井的壁厚和混凝土数量)难以克服阻力，造成下沉困难。

采用空气幕可减小沉井的侧面摩阻力，从而减小井壁厚度，以便采用较轻型的沉井，采用空气幕和不用空气幕的沉井所用混凝土数量相差可达30%—50%。

空气幕法下沉沉井的原理是：当沉井下沉时，其正面阻力已大部分消除后，向压气系统压入高压空气，高压气流由井壁内预埋水平管路的气龛上的小孔喷出，一层层水平输气管路分批由上向下逐层开启向井壁周围土层喷射高压气流，气流沿井壁上溢，形成一圈压气层，带动砂粘王翻滚，造成土壤液化，粘土则形成泥浆，从而减小土壤对井壁的摩阻力，使沉井下沉。

当沉井下沉发生倾斜时，可以采取在水平管路局部通气，使高的一侧摩阻力减小，利用两侧摩阻力的不同，将沉井调平。

经验资料表明，风压应为水平通气管路入土深度理论水压的1.6—2.5倍。

风量则应根据气龛耗气量确定。

一般按每个气龛耗气量0.02—0.03m3/min计，并另加一定储备风量考虑。

所需风压按以下经验公式确定：
P0=P w+P s+0.25P
式中P0——所需压缩空气的压力(kPa)；
P W——水压力(kPa)；
P s——土压力(kPa)，一般取60—80(kPa)；
P——压缩空气有效压力(kPa)，P=13H；
H——深度(m)。

四、施工方法
空气幕法下沉沉井，就是在灌注每节沉井混凝土前，按预先设计好的部位，沿井壁四周分区安设水平喷气管路，再沿水平喷气管每隔一定距离安装一个气龛木模，钉在井壁外模板上；每两层水平喷气管间均连接有竖直风管，竖直风管随沉井的接高而接长，伸出沉井顶面0.2m左右，便于与压风管路接通。

待灌完沉井混凝土及拆模后，在井壁凹槽处水平喷气管上用电钻钻小孔，使井壁四周形成一排排的气龛。

空气幕沉井和压气系统布置见图2。

钢沉井也可以使用空气幕法，除气龛凹槽不同外，其余管路布置与上述相同。

沉井压气时必须从上层气龛逐次向下进行，绝不可由下向上，否则可能造成气流不沿外壁向上喷，而向下穿过刃脚由井孔内溢出造成翻砂现象。

五、机具设备
采用空气幕法下沉沉井，所用的机具设备除与一般方法下沉沉井相同(如灌注混凝土等设备)者外，尚需配备的设备见下表。

六、劳动组织
采用空气幕法下沉沉井除按一般方法下沉沉井配备装吊工、混凝土工、钢筋工、木工、电焊工、压风机司机和吊机司机外，尚需配备塑料焊工1人、测量空气流量人员1人和开关气阀人员1人。

七、质量要求
采用空气幕法下沉沉井必须遵照铁道部标准《铁路桥涵施工规范》(TBJ203—86)、《铁路特大桥工程质量评定验收标准》(TBJ416—87)和《铁路混凝土及砌石工程施工规范》(TBJ210—86)中的有关规定，并应着重注意以下几点：
(1)埋设风管路一定要在模板完全立好后，再按设计位置安设；
(2)安装竖直风管时，其顶端要高出沉井顶面20cm左右，并及时将管口塞好，以免掉进杂物造成管路堵塞，还应对风管及时作好编号，以免混乱。

(3)钻喷气孔时，应注意钻通，并将孔周围毛刺清干净，以保证喷气畅通。

(4)为了保证气龛的通畅，每节沉井下沉之前，必须对新制气龛进行压气检查，使每个气龛均能发挥作用。

(5)气龛的耗气量是空气幕法沉井下沉时必不可少的数据，应作好管路空气流量的测量。

八、安全措施
采用空气幕法下沉沉井应遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》和铁道部标准《铁路桥涵施工技术安全规则》(TBJ408—87)有的有关规定。

九、效益分析
采用空气幕法下沉沉井，大大地降低了土壤对井壁的摩擦力，因此设计沉井结构时可将
井壁减薄，减少沉井圬工数量，如九江长江大桥引桥N050墩将原设计井壁厚度由1.5m改为0.9m，从而使混凝土量减少了430m3，节省混凝土达32%。

采用空气幕法下沉沉井，还可加快施工进度，如九江长江大桥引桥刚开始下的试验沉井，虽然安排了不少试验项目，加之初次试验，技术生疏，平均每班仍能下沉0.6—1.0m，与一般方法下沉沉井相比较，下沉速度加快20%—60%。

采用空气幕法下沉沉井，停气后即可恢复土壤对井壁的摩擦力，这对提高基础使用的安全度和基础的抗震能力都有一定的作用。

十、工程实例
1975年1月，九江长江大桥引桥采用空气幕法下沉试验性沉井基础，该沉井在细砂层中顺利地下沉了40m。

接着又在引桥N050墩用空气幕法下沉穿越厚达30m粘土层的沉井，成功地下沉了50m。

从而掌握了在细砂层及粘土层中用空气幕法下沉轻型沉井的施工经验和有关技术数据。

采用空气幕法下沉沉井的还有天津永定河大桥、京山线蓟运河大桥、长东黄河大桥和援缅仰光——丁茵大桥等工程。