摘要：因沉井埋置深度大，整體性強，穩(wěn)定性好，施工簡便，能夠承受較大水平及垂直荷載，因此在橋梁基礎(chǔ)施工中得到廣泛的應用。本文就工程實例，就沉井的構(gòu)造設計及施工技術(shù)作了闡述，以期為相類似工程的施工起到一些參考作用。
1工程概況
新建黃織鐵路魚井河2號三線大橋位于安順市境內(nèi)，為跨越魚井河而設，1號～8號墩位于水中及河灘上。大橋采用雙柱式橋墩，雙柱的矩形臺階式承臺為分離式設置，兩分離式承臺相距為2.6m。承臺的上臺高1.0m，底臺高2.5m，兩個分離式底臺形成的平面尺寸為15.6m×8.3m。
橋位處河面開闊，多為河灘，為非通航河流，施工期最高水位約為1355.10m，承臺施工開挖深度為4.5m，開挖地質(zhì)為碎石土夾卵石。
2施工方案的確定
河床內(nèi)為透水性強的砂礫層，其厚度在3～5m，且承臺設計埋深大，承臺頂面標高位于河床面以下，設計最初采用草土圍堰施工方案，但由現(xiàn)場實際地質(zhì)情況分析，采取圍堰施工需開挖的面積過大，且因砂層較厚，基坑基壁及底部水壓力大，將滲水嚴重，致使施工難度大，砼澆注質(zhì)量難以保證。
依據(jù)情況現(xiàn)場地質(zhì)及施工條件，從技術(shù)、經(jīng)濟及安全等方面綜合比較后，決定采用鋼筋混凝土沉井圍堰進行承臺的施工。
3沉井的設計
3.1沉井設計的要求
1）沉井采用在自重的作用下進行下沉的，且在施工過程中，沉井是擋土、擋水的結(jié)構(gòu)物，因此需建立接近實際情況的受力簡化計算模型，分析沉井所受的最不利荷載情況，對沉井所受的土壓力、水壓力進行分析及計算，設計出適合該工程項目的沉井類型及尺寸，并確保沉井結(jié)構(gòu)能滿足力學及施工要求。
2）設計的沉井除了滿足力學及施工要求外，還要符合現(xiàn)場實際的施工條件，及適應現(xiàn)場技術(shù)、機械等條件，使得施工簡便可行。
3.2擬定沉井尺寸
根據(jù)承臺結(jié)構(gòu)類型及尺寸，擬采用矩形沉井，沉井長×寬×高分別為16.6m×9.3m×6m，中間增設一道厚50cm的隔墻，以減少跨徑。沉井采用C30混凝土，攪拌時加入早強劑，以縮短工期。鋼筋采用熱軋HRB335鋼筋。沉井構(gòu)造如圖1所示。
3.3荷載及配筋計算
3.3.1荷載計算
沉井承受的主要荷載為作用于外側(cè)壁的土壓力Pa及地下水的水壓作用力Pw，取承受荷載最大的沉井底部進行荷載計算如下。
1）主動土壓力計算
沉井后填土為中粗砂，重度=19.0kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=29°，飽和重度=21.0kN/m3，填土深度為5.5m，地下水位至填土面以下0.7m。采用朗肯主動土壓力計算公式進行主動土壓力的計算。
在地下水位上、下砂土重度不同，土壓力分兩部分計算，水上部分壁高為H1=0.7m。
=13.3×0.347=4.6kN/m2
水下部分壁高為H2=4.8m，采用浮重計算，則沉井底部承受的土壓力荷載為：
=4.6+（21-10）×4.8×0.347
=22.9kN/m2
2）水壓力計算
水壓力=10×4.8=48kN/m2
則沉井底部土壓力與水壓作用力的合力壓強為：
P=22.9+48=70.9kN/m2
3）沉井內(nèi)力計算
取沉井最底部1m高度為計算單元，并把沉井轉(zhuǎn)角視為剛性結(jié)點，則可將沉井簡化成平面結(jié)構(gòu)進行內(nèi)力檢算。
3.3.2配筋計算
采用最大計算彎矩，即剛結(jié)點處的彎矩進行配筋計算，設計彎矩為506.9kN·m。用下式進行受壓區(qū)高度的計算：
式中：—等效矩形應力圖的應力與砼軸心抗壓強度設計值之比值，取1.0；—混凝土強度設計值，14.3N/mm2；b—矩形截面寬度，1000mm；h0—截面的有效高度，500-35=465mm；—鋼筋抗壓強度設計值，HRB335鋼筋為300N/mm2。
將數(shù)值代入上式，得：
506.9×106=1×14.3×1000×x×（465-x/2）
整理后得：x2-930x+98536=0
解上一元二次方程式，得截面受壓區(qū)高度為x=83.8mm。將x值及HRB335鋼筋抗拉強度設計值=300N/mm2代入下式中計算需配置的縱向鋼筋截面面積。
=（1×14.3×1000×83.8）/300=3995mm2
主筋采取Φ25@100mm布置，實際配筋面積為4906mm2＞3995mm2，主筋采取雙面同樣配置，架立鋼筋按構(gòu)造筋布置，采用Φ16@300mm布置，沉井中鋼筋配置如圖3所示。
4沉井施工技術(shù)及措施
1）沉井制作
因地基土質(zhì)較好，沉井采取一次制作完成，然后下沉。沉井制作時在刃腳下設置枕木墊架，其大小和間距根據(jù)荷重計算確定。安設鋼刃腳角鋼時，要確保外側(cè)與地面垂直，以使其起切土導向作用。
沉井制作采用木模，木模拼縫處均嵌海綿條以防漏漿，先立內(nèi)模，待鋼筋綁扎后再立外模。沉井井壁一次澆筑完成，砼澆注要分層對稱進行，每層厚度控制在30cm左右，采用插入式振搗器振搗，并由專人負責，以避免漏振，澆筑后及時進行覆蓋澆水養(yǎng)護。要確保澆筑的箱身混凝土應密實，外表面平整、光滑，以利下沉。
2）沉井下沉
當沉井砼強度達到設計值的75%以上時，方可開始下沉，下沉前進行井壁外觀檢查及混凝土強度檢測，并根據(jù)勘測報告計算極限承載力，計算沉井下沉的摩阻力及下沉系數(shù)，作為判斷每個階段可否下沉，是否會出現(xiàn)突沉，及確定下沉方法及采取措施的依據(jù)。
井沉下沉時要測定其下沉量，下沉偏差及沉井的偏斜，以便及時糾偏。下沉觀測方法為在沉井外壁周圍彈水平線，井箱內(nèi)按8等分標出垂直軸線，各吊線墜一個，對準下部標板來測量偏差。下沉過程中每班觀測三次，當接近設計標高時加強觀測，防止超沉，每小時觀測一次。便以隨時掌握分析觀測數(shù)值，當線墜偏離垂線達50mm或標高差在100mm時，應立即糾正。
下沉前分區(qū)、分組、依次、對稱、同步的抽除刃腳下的枕木，每抽出一根枕木后，立即用砂礫將刃腳下空隙填實。沉井挖土采用人工配合小型反鏟挖土機挖掘出土。內(nèi)挖土時嚴格控制挖土厚度，先中間后四周，均勻?qū)ΨQ進行，并根據(jù)需要沿刃腳周圍保留土臺，逐層切削，使沉井均勻下沉，沉井挖土的土方采用自卸汽車立即運往棄土場，不得堆放在沉井周邊。在下沉過程中，除防止沉井的不均勻下沉及突沉，還要特別強調(diào)防止沉井的扭曲變形。為使其下沉均勻，挖土時兩井倉土面高差控制在50cm以內(nèi)。下沉接近設計標高時在沉井四角及箱壁砌墊枕木垛，讓沉井壓在枕木垛上，使沉井穩(wěn)定在設計標高位置。
沉井下沉采用排水挖土下沉方法。在沉井內(nèi)距刃腳2～3m處設置排水明溝，每個井倉內(nèi)設4個集水井，其深度保持低于開挖巖土面1.2m左右，使用潛水泵將井內(nèi)地下水排出井外。
沉井下沉施工過程中，經(jīng)常觀測沉井的傾斜度，如發(fā)現(xiàn)井箱出現(xiàn)傾斜或位移，要立即采取措施進行糾偏，施工中主要采取以下糾偏措施：
a）傾斜糾正措施：當沉井發(fā)生傾斜時，在下沉量少的一側(cè)加強取土，促使該側(cè)下沉。同時，在下沉量大的一側(cè)停止挖工，或適當填筑砂石或石塊，放慢下沉速度，待沉井正位后再均勻分層取土。若挖土糾偏無效，在下沉量少的一側(cè)的井箱外壁注射壓力水，使該處的土成為泥漿，以減少土的摩助力，促使該側(cè)沉井加快下沉。當糾偏至接近正常位置時，停止射水，并用細砂填充沉井外壁與土之間的空隙。
b）偏移糾正措施；有意使沉井向偏位的相反方向傾斜，當幾次傾斜糾正后，即可恢復到正確位置或有意使沉井向偏位的一方傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至刃腳中心線與設計中心線位置相吻合或接近時，再傾斜糾正。
3）沉井封底
沉井下沉至設計標高，再經(jīng)2～3天下沉穩(wěn)定，經(jīng)過觀測8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允許范圍內(nèi)，說明下沉已經(jīng)穩(wěn)定即可進行封底。
封底前先將刃腳處新舊混凝土接觸面沖洗干凈并打毛，修整井底使之成鍋底形，由刃腳向中心挖設放射形排水溝，填以卵石作成濾水盲溝，在中間設集水井與盲溝連通，插入φ40cm四周帶孔眼的鋼管，四周填以碎石，使井底的水流匯集井中，用潛水泵抽除，保證水面低于砼底板1m以下。
封底前鋪一層15cm厚碎石層，再在其上澆一層厚度為10cm的混凝土墊層，達到50％強度后，在墊層上鋪卷材防水層，綁鋼筋，兩端伸入刃腳內(nèi)，澆筑底板混凝土。
砼澆筑在整個沉井面積上分層不間斷進行，由四周向中央推進，每層厚度30～50cm，并振搗密實。兩側(cè)井倉砼澆注要對稱同時進行。砼采用自然養(yǎng)護，養(yǎng)護期間繼續(xù)不間斷抽水。待底板砼強度達到70%后，對集水井停止抽水并進行封堵，封堵方法是將集水井中水抽干，在套管內(nèi)迅速用干硬性混凝土填塞并搗實，然后上法蘭盤用螺栓擰緊或四周焊接封閉，上部用混凝土墊實搗平。
5結(jié)語
在魚井河2號三線大橋承臺施工中采用了沉井方案，不僅確保了在強透水性砂層的承臺施工質(zhì)量，且加快了施工進度，在雨季到來之前完成所有水中墩的施工，為今后同類工程施工積累了經(jīng)驗。
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