斜拉桥主墩基础沉井施工技术.pdf

1 概述 应 用技 术 斜拉桥主墩基础沉井施工技术 罗 建平 ( 中铁七局集团武汉工程有限公司 湖北 武汉4 3 0 0 7 1 ) 摘要文章通过对施 州大桥主墩基础 沉井施工关键技术 问题 的描 述 ，探 讨 了沉井施 工的方法和步骤 提 出了施工中注意的 问题和解决方法 以及 自己的一些体会。 关键 词斜 拉桥主 墩沉 井施 工技 术 中图分类号u 4 4 5 文献标识码a 施州 大桥 2号主 墩基 础采 用 沉井 基 础 ， 沉井 高度为 l 1 m( 包括顶 板 2 5 m厚 ) ， 沉井截面形式 为 2 2 mx 1 4 m矩形 ， 共分四个 井室 ， 井壁厚 1 5 m， 隔墙厚 l m。 2 地质 状况及 施工 工艺 ( 1 ) 井位处地质状况。 表层土为杂填 土， 层厚约 2 m； 层土为粘土， 厚约 3 m； 层土 为漂石 土 ， 层厚 约 2 m： 以下 为 中风化 红砂岩。 ( 2 ) 施工工艺 。 本次主要介绍沉井的施 工及相应措施。首先采 用机械放坡开挖至 中风化红砂岩 使刃脚踏 面直接置于 中风 化红砂岩上。 由于沉井 的高度较小 我们采 用分 段制作工艺 ( 共分 4 5 m、 4 m两 节 ) ， 干 挖土排水下沉到位 ( 在沉井 中央辅 以松动 爆破助沉 ) 。沉井下沉到位后 采用干封底 和水下砼封底相结合 的方法进行 ( 在三个 井室进行干封底 在一个井室进行水下砼 封底 ) 。 排水下沉稳定系数计算如下 ： 沉井 ( 第一节 4 5 m) 自重 ： q= 5 3 6 x 2 4 = 1 2 8 6 4 kn 土对井 壁的摩阻力 ： t = f h u = 2 0 x 4 5 x 7 2 = 6 4 8 0 kn 刃脚端承力 ： r = 1 4 4 x 5 0 0 = 7 2 0 0 k n 下沉系数 ： k 1 = q 厂 i = 1 9 9 1 稳定系数 ： k 2 = q ( r + t ) = o 9 4 下 沉系 数 与稳定 系数 均 符合 相关 要 求 3 施 工工艺 流程 图( 见 图 1 ) 4 施 工 中易产 生的 问题 沉井制作 、下沉施工易产 生的问题 主 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 2 2 4 l 平整场地 上 i 测 量放线 上 f 挖土 做出 刃脚图模 j r f 安 刃 脚 踏 面 i 井 孔 内 模 + 一 模 板 制 作 上 钢 筋 制 作h 钢 筋 安 装 i 井 孔 外 模、 支 撑 + _ - _1模 板 制 作 l j r 试 件 制 作h 胝 髓 土 i 砼 拌 和 、运 输l j r r 纠 i h 井 体 下 沉 h 布 设 降 水 井 、 抽 水 点 l圈 l 一 基 底 清 理 l 上 i 排 水 清 基 l j 封 底 i 上 l填 充 及 灌 注 顶 板 j 图 1施工 工 艺 流 程 图 要 有 ： 沉井制作 过程 中发 生不均匀沉降 造 成井壁开裂 ； 沉井下沉过程 中易发生倾斜 、 水 平位移 、 突沉 、 不沉或超沉等 。 5 沉井制作 ( 1 ) 基坑开挖 。 施 工期 间考虑到地下水 位较低 ， 采用机械放坡开挖至红砂岩层 ， 沉 井周边 预留 5 0 c m工作 宽度( 尽量减少 开 挖对周边建筑物的影响) 。 ( 2 ) 利用土模制作 刃脚 。测量放样 ： 根 据设计对沉井的位置进行测量放样 定出 沉井 的轮廓线 ： 挖 土模 ： 按照 刃脚 的形状 和尺寸分层开挖并夯实 ， 修 整 土模 表面 ， 使之 与设 计尺寸相 符 ( 见 图 2 、 图 3 、 图 4 ) ； 砂浆 抹面 ： 为 防水及保证 土模 表面平整 控制 轮 廓 尺寸 在表面抹一层 2 - 3 c m的水 泥 砂浆 面层 ； 铺设 隔离层 ： 为使 沉 井砼不致与 土模 砂浆面层 粘连 在 砂 浆面层 上铺 一层 塑料 薄膜相 隔 离 。 6 主要技 术措 施 6 1 沉井出土装置 采用起重量为 2 t 的电动葫芦 在沉井顶上用型钢设置走行桁架 。 效果评估 ： 立杆 ( p 1 0 0 m m 钢管 ) 承 载力满足要求 但桁 架整体稳定性 有 待加强 在结 构计算时忽略 了动 荷 载影响 采用钢管对桁架进行整 体加 固， 取得 了较好的效果 。 6 2沉井挖土下沉 本工程沉井平 面尺寸较大 下 沉控制 十分 重要 一旦发 生倾 斜很 难 纠正。故 必须精心施工 均匀下 沉 。沉井下沉 由专人 指挥 初沉采 用人工挖土 装入 吊斗吊至地面 图 2 整平基坑准备作士模 初沉是沉井下沉 中最关键工序 此时井 四 壁无约束摩阻力 。全部重量靠沉 井砼垫层 承担 ， 下沉 系数很 大 沉井重心又高 开挖 稍不均匀， 就可能倾 斜位移 。沉井入土后 ， 挖土应 分层 均匀对称 的进行 ，分层厚以 3 0 c m左右一层 为宜 井内土层高差一般应 pi onee ri ng w i th sci ence t e chnok ogy mon thl y no 4 2 0 0 7 1 8 7 维普资讯 图 3 放样定位 一一_ r 1 图 4挖 土做 刃脚 土 横 控制在 0 5 m内 ， 防止土突沉。靠近刃脚处 尽可能不掏土 ，发现沉井倾斜 。应及时纠 偏 ， 如出现突沉 ， 应分析原 因 ， 及时采取 措 施 。 ( 1 ) 下沉注意事项。沉井下沉时， 井 内取土应先从 中间开始 均匀对称的逐步 向刃脚处分层取土 。 保证沉井均匀下沉 ， 防 止偏斜 。特别是下沉初期 ， 沉井人土较浅 ， 沉井的平衡稳定性 差， 容易产生偏斜 。 尤应 注意。除了纠正沉井偏斜外 ， 不应偏除土 ， 避免沉井产生偏斜：为防止沉井下沉时 产生较大 的偏斜 。根据 土质情况及入土深 度等 ，控制井 内除土深度及 井 l 间土层高 差。应注意 ： 近刃脚处 ， 除土 泥面不得底于 刃 脚 ：相 邻 井 l 问 泥 面 高 差 不 得 大 于 0 5 m： 隔梁底部先期不能支垫在土层上： 下沉 中随时掌握土层变化情况 。分析 和检 验土壤阻力 与沉井重量的关系 。控制其除 土部位及除土量， 使沉井平衡地下沉； 下 沉过程 中应经常做好泥面标高 、 下沉量 、 倾 斜和位移的测量工作。随时注意纠正沉井 的偏斜；沉井下沉至设计标高以上 2 m 时 ， 控 制井 内除土量 ， 注意调平沉井 ， 防止 除土量过大及 除土不均 使沉井突然大量 下沉及产生较大 的偏斜 增加准确下沉至 设计标高的困难； 沉井下沉前， 在附近的 建筑物及地面设置一定数量 的沉降位移观 测点。随时观测沉井周 围地 面塌陷开裂和 建筑物沉降 。 位移情况以便迅速采取措施 ， 确保沉井 附近设施 的安全 。 ( 2 ) 沉井下沉测量监测 措施。 在凿除砼 垫层前， 在井顶及井周围作好沉降观测 点； 在沉井四角 。 从刃脚踏面算起 ， 画 出相 同的 标尺。 标尺用 于检测下沉量。 每次检测均需 测量： 凿除砼垫层要加强垂直度 、 下沉量测 量 ， 发现倾 斜立 即纠 正 ； 沉井初沉 时 ， 每班 至少做 2次全面测量， 每开挖一层土时 。 作 1次下沉 量 、 垂 直度 测量 ； 正 常下沉 时 ， 视 下沉速度每工作班测 1 2次 ：发现倾斜严 重 、 快速下沉等异常现象时 。 在纠偏过程中 1 8 8 科技创业月刊2 0 0 7年第 4期 要随时监测 ； 沉井沉至设计标 高后 ， 封底 以 前 每 2 4小时监测 1次。 沉井下沉容许偏差见表 1 。 表 1 沉井下沉容许偏差见下表 ( 4 ) 沉井突沉 的预防与处 理。 沉井应按 正常的速度下沉 ， 若地层条件较差 ， 地基承 载力低 ，土质较软 ，在下沉时要 掌握好速 项次 项 目名称 规定值或允许偏差 6 3沉井下沉 中几种问题的处理措施 ( 1 ) 倾斜处理 。沉井下沉完毕 ， 要求倾 斜度在 1 5 0以内。为 了达到这一 目的 ， 沉 井下沉过程 中要求控制在 1 5 0之间 ， 超过 1 5 0就要纠偏。纠偏方法有： 偏挖 在刃 脚 高的一侧取土 ，低的一侧 留土堤或 回填 砂石， 迫使刃脚高的一侧多沉 ； 偏压 ： 在 井顶高的一侧偏压载， 造成沉井偏重； 偏 挖f 压) 、 水 冲： 如果沉井 下沉较深时发生倾 斜 ， 仅用 偏挖( 压1 还 难以扶正时 ， 可在沉井 顶高的一侧 的壁外 ， 插入高压水管 ， 用高压 水 冲土 ，破 坏该侧 的土压力 ，并起润滑作 用； 土压差： 在井顶高的一侧的壁外挖土 减载 。 低 的一侧壁外夯 填土加载 。 造成土压 差 。 ( 2 ) 水平位移过大 的处理。 沉井下沉完 毕后 ， 水平位移 l o o m m， 水平位移过大就 要纠偏。偏位有 两种情况 ， 一种是纯偏位 ， 另一种是即偏位又倾 斜。这 两种情况 以后 一 种情况居多。 不管是哪种情况 ， 纠正的方 法是在左侧刃脚 处去土 ，促使井 向左侧倾 斜 直至沉井底面中心与设计 中心 位置相 合或接近时 ， 在刃脚较低一侧加撑支垫 ， 然 后在右侧刃脚处去土纠倾 斜。如果偏位较 大 ， 应多次重复进行 ， 直至偏位与倾斜消 除 或在允许偏差范围内为止 。 ( 3 ) 沉井位置扭转的纠正处 理。 沉井在 下沉过程 中， 出现扭转 的原 因， 迄今 尚无 准 确资料给予说 明。 可能是图 6 所 示的。 由于 对称并同时朝一个方向挖 土f 实箭 头方向) ， 由于沉井 突然下沉或 由于井外壁土压力不 平衡等原因所致 。 纠偏方法： 按图 5 所示的虚线方向， 对称同时挖土； 在两对角偏除土， 在另两 对角偏填土 ， 即在 a 、 c 处偏挖 ， 在 b 、 d 处填土 。 造成土压差 。 借助于刃脚下不相等 的土压形成 的扭矩使沉井在下沉过程中逐 渐纠正其位置 ( 见 图 5 ) 。 特别说 明： 沉井的偏离正位 。 以上所采 取的纠偏方法 。均往往或大或小的使沉井 受力均匀变为不均匀而产生裂缝 。 因此 。 在 纠偏过程中应加强观察。 度 ， 均匀下沉 。 要 防止 由于挖土 突然过快或地质 突变等使 下沉 失控 ， 产生突沉。 预防措施：了解土层情 况， 做到心中有数； 上考虑设 下层纵横梁 隔墙 以增加 止沉 和防突沉的能力。 突沉处理措施 ：井下沉 y 图 5方沉井扭转示意图 速度过快时 ， 首先要放慢挖土速度 。 始终保 持刃脚 以上有较厚的土 使 井壁内侧亦承 受一定的摩 阻力 。刃脚下阻力和井壁内外 侧摩 阻力之 和 与沉井 自重 处极 限平 衡状 态 ， 沉井徐徐“ 穿刺” 下沉 。 因软粘土有较大 的触变性 ，应分薄层挖 。当沉井下沉很慢 时， 应耐心等待 ； 井外壁回填， 以增强井 壁外摩擦阻力。 ( 5 ) 井下沉不顺 的处理措施。 井下沉不 顺 时， 及 时了解地质情况 ， 如地质无异常情 况可采用的处理措施有 ： 在沉井上压载 ， 增 加 向下的力 ： 沉井外用水冲刷 ， 减少井壁摩 阻力 。 ( 6 ) 井超沉的预防措施 。 在软土地面下 沉沉井时 。 为 了便于采取止沉措施 ， 应设置 底层纵 、 横梁 。 而梁的刚 度 、 强度须 能抵抗 土对梁的上托力 ：设有 纵横 梁或 隔墙的沉 井 。 井内应多留土 。 利用加 大“ 边载” 提高刃 脚 下的土阻力 。然后从 中间格逐步对称向 边格 ， 分层挖土； 脚下 、 纵横梁下垫块石 ， 刃 脚斜