摘要：本文結合了馬鞍山長江公路大橋北錨碇沉井下沉施工，簡要的分析了利用空氣幕輔助大型沉井下沉的施工工藝。
1概述
目前我國在沉井的設計和施工中，大多采用重力式沉井。這種沉井的主要缺點是圬工量大，下沉時間長，造價高。采用空氣幕輔助沉井下沉，可以有效降低圬工量，縮短下沉時間，降低成本。下面以馬鞍山大橋北錨碇沉井為例，介紹空氣幕輔助沉井下沉的施工方法。
2工程概況
2.1設計概況
馬鞍山長江公路大橋北錨碇基礎采用沉井基礎。沉井長和寬分別為60.2m和55.4m（第一節(jié)沉井長和寬分別為60.6m和55.8m），沉井高41m，共分八節(jié)，第一節(jié)為鋼殼混凝土沉井，高8m；第二至第八節(jié)均為鋼筋混凝土沉井，其中2-6節(jié)為5m高，第七節(jié)為3.5m，第八節(jié)為4.5m。沉井頂面標高為＋4.5m，基底標高為-36.5m，基底置于中密的中砂層。
沉井為普通鋼筋混凝土結構，共分為25個井孔，第一節(jié)鋼殼沉井為工廠加工預制、施工現(xiàn)場就位拼裝成整體。首節(jié)沉井為鋼殼體筑混凝土，第二至八節(jié)為鋼筋混凝土，均為現(xiàn)場澆筑。
為確保沉井順利下沉至設計高程，采用壁后壓氣法輔助沉井下沉（簡稱壓氣助沉法）。該法較可將沉井沉到很深處，適合在岸灘和較深時沉井。沉井壓氣助沉法是通過井壁預埋的噴氣管向壁外噴射壓縮空氣，促使壁外土壤液化以降低井壁與四周土層的摩阻力，加快下沉的速度。
2.2地質(zhì)概況
3施工流程
北錨碇位于和縣江堤外側，南距和縣長江大堤約240m，墩位處地面主要為耕地及水塘。沉井施工方案考慮到過多的抽水會對長江大堤造成威脅，因此對抽水的深度必須嚴格控制，參考以往的降排水下沉施工經(jīng)驗，初步?jīng)Q定降排水下沉沉井25m左右。結合各方面因素考慮，確定沉井分三次下沉，第一、二次采用降排水下沉，第三次不排水下沉。施工流程如下：
?、僭诩庸毯蟮膹秃系鼗掀囱b第一節(jié)鋼殼沉井，澆筑第一節(jié)、第二節(jié)和第三節(jié)沉井混凝土。②第一次降排水下沉沉井14.2m，累計下沉沉井14.2m。③澆筑第四節(jié)和五節(jié)沉井混凝土。④第二節(jié)降排水下沉沉井10m，累計下沉沉井24.2m。⑤澆筑第六～八節(jié)沉井混凝土。⑥第三次不排水下沉沉井15.8m到設計標高。
3.1沉井下沉的有關計算分析
沉井下沉過程中，必須克服井壁與土體之間的摩擦力和地層對刃腳的反力。對沉井的下沉系數(shù)進行計算，所采取的計算公式如下：
K=（G+G’－F）/（R1+R2）
式中：
G-已澆筑沉井的總自重。
G’-施工荷載，按0.2t/m2進行計算；
F-水的浮力
R1-刃腳及隔墻底面的正面反力，R1=S×Pu，S為與地面接觸的沉井投影面積，Pu為地基的極限承載力。
R2-沉井的側壁外摩阻力，R2=∑τi×i，τi為地基的極限摩阻力，ai為沉井進入土體的側壁外接觸面積。
沉井下沉所需的起動下沉系數(shù)K不得小于1.05～1.25。計算中仍按沉井下沉到位時在全截面支承時下沉系數(shù)K〈1，在半刃腳支承時下沉系數(shù)K大于起動下沉系數(shù)進行控制。
經(jīng)計算，沉井終沉系數(shù)為0.75，遠小于通常使用的沉井下沉系數(shù)（1.15～1.25）；另外，在沉井下沉過程中若出現(xiàn)偏斜和位移的情況，采用局部吸泥的方法進行糾偏不容易達到預期的效果。所以，結合施工區(qū)域地質(zhì)情況和沉井自身體積較大、下沉深度較深、刃腳偏差難以控制等特點，在沉井下沉過程中采取空氣幕法輔助沉井進行下沉施工。
3.2空氣幕的基本原理
空氣幕一般是利用設置在沉井井壁外側預先埋設好的噴氣管路向壁外的土體不斷噴射高壓氣體，噴出的空氣沿著沉井外壁不斷上升形成一個壓氣層即氣幕，使砂粒翻滾而粘土形成泥漿，從而使土體對外側井壁的摩阻力大大降低，達到輔助沉井下沉的目的。
3.3空氣幕系統(tǒng)的布置
空氣幕由沉井外壁上布設的氣龕、井壁內(nèi)預埋的水平風管、豎向風管、供氣主管和壓氣設備組成。氣龕在井壁表面上是個上寬20cm，下寬8cm，高20cm的倒梯形，在井壁上是個深3cm的凹槽，凹槽底部即為水平管。在立模時用木板將模板與水平管隔離，隔離間距為3cm。在拆模后將木板鑿除，清理出水平管，用電鉆在在水平管上鉆一個3mm氣龕孔。氣龕主要作用：沉井在下沉中，保護噴氣孔與土壤不直接發(fā)生摩擦，并且使噴出的氣體能均勻的擴散出去。
混凝土沉井氣龕布置：把沉井第二節(jié)和第三節(jié)底部壁體四邊分成八段。在沉井的立面上，每段布置四層氣龕，上下層氣龕錯開排列。每層氣龕間距125cm，相鄰層氣龕在水平間距上錯開200cm排列。水平風管采用內(nèi)徑20mmPP-R管，每根水平管長31m和28m，通向同一水平段的氣龕，水平風管兩端向下彎曲，端頭堵死。水平管向下彎曲部分，主要儲存從噴氣孔擠入管內(nèi)的少量泥砂。豎向風管采用內(nèi)徑32mmPP-R管，每根豎管用塑料連通接頭與相應水平段的水平管相連。豎向風管上端伸出沉井頂部，以便與地面風管相接。預埋管（水平管和豎管）須在每節(jié)模板完全立好后再安裝，混凝土澆筑時不能損壞預埋管，保持噴氣孔暢通，清潔干凈。
壓氣設備為空氣壓縮機，風壓須大于最深處的水壓力與送氣時的損失值之和，以水壓強的2～2.5倍取用。各凹槽正常情況下的氣體耗費量為0.02～0.03m3/min。供氣主管設置應簡捷，盡量短，并減少彎頭和接頭。
3.4沉井下沉
沉井下沉前，應對供氣管路作壓氣檢查。首先將刃腳下的泥土清除，待正面阻力基本消除后，開始壓氣下沉，先開井壁上層凹槽，再開下層，逐層開通。壓氣時間一般一次不超過1min。在井外1m左右范圍內(nèi)的地面應低于約0.5m，并保持積水，以利于觀察氣翻情況。應盡量使風壓機達到最大氣壓值，在凹槽開通經(jīng)過一段時間噴氣后，若不經(jīng)除土，會使沉井下沉減慢，此時應立即停氣除土。停氣須緩慢減壓，不能將高壓氣體突然停止，易造成瞬間負壓而使噴氣孔內(nèi)吸入泥砂被堵塞。待刃腳下除土完，正面阻力基本消除后，再次進行壓氣下沉。通過壓氣除土交替作業(yè)，使井沉于基底。
3.5沉井糾偏
本沉井下沉過程中以不對稱吸泥除土、輔以空氣幕的方法進行糾偏。當沉井發(fā)生傾斜時，立即停止整體下沉，在沉井頂面高的一側刃腳處進行不對稱吸泥除土，刃腳低的一端保持不動，造成刃腳踏面的反力差異，調(diào)整沉井各部位下沉速度。當采取不對稱吸泥除土糾偏效果不明顯時，應開啟空氣幕以輔助進行糾偏，在刃腳標高較高的一側的氣龕中壓氣，減小該側井壁的摩阻力，從而達到輔助糾偏的目的。
4結束語
使用空氣幕輔助沉井下沉以及糾偏的效果顯著，是沉井下沉減阻的最有效方法之一，空氣幕所需的技術并不復雜，而且經(jīng)濟成本較低。
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