大体积沉井在黄河卵石土河道中制作下沉施工技术

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【摘 要】本文结合延延高速黄河特大桥主桥5#、6#墩沉井的施工，介绍了卵石土河道下钢筋混凝土沉井与其他类型围堰方案的比选，以及沉井制作及下沉施工工艺，为今后同类地质情况下的水下施工积累经验。

【关键词】 卵石土；钢筋混凝土沉井；施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

一、引言

沉井在深基础施工中因其具有占地面积小，技术可靠，投资少，操作简便的优点；同时在各类地下构筑物中沉井结构可作为地下构筑物的围护结构，内部空间亦可得到充分利用的特点。近年来，伴随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了更广泛的应用和发展。

本文介绍了延延高速黄河特大桥主桥5#、6#墩直径32米、高度12米的大体积沉井的施工，首选通过对三种围堰方案比选，确定在黄河卵石土河道地质情况下，利用圆形钢筋混凝土沉井围堰来施工高墩基础。并介绍了钢筋混凝土沉井的制作及下沉施工工艺，总结了施工经验，为以后相同地质条件水中基础施工积累经验。

二、工程概况

黄河特大桥桥位位于晋陕交界处的延水关，从陕西岸起始、跨越黄河，终点达到山西岸，为一座特大桥，全长1072米。中心里程K115+953，最大桥高150多米，主桥墩柱均为空心薄壁高墩，最大墩高141m。

主桥墩5#、6#墩为群桩基础，每墩24根桩基，平均桩长21米，采用整体式承台，尺寸为24.2米×15.8米×5.0米，为大体积承台。承台顶在河床表面以下，水深最大达5米，施工工作面需求大。区内黄河径流量年内分配很不均匀，夏季7～9月多现暴雨引起的洪水，冬季多现漂流浮冰。根据相关文献显示，20年一遇洪水流量19600m³/s，水位高程544.26m。壅水高度0.56m，设计水位544.82m。

主桥位主要为卵石土、强风化砂岩、中风化砂岩。河道主墩5#、6#墩地质柱桩图如下：

图1 5#、6#墩地质柱状图

三、围堰形式方案比选

1、施工难点

主桥5#、6#墩虽位于河滩处，基坑开挖后遇水宜坍塌，需采用围堰进行施工，需在汛期到来之前把围堰下沉到位，施工工期紧迫；卵石土地质，承载力及摩擦力均较大，围堰下沉较为困难，且设计承台为整体式承台，围堰结构尺寸较大，下沉施工风险较大。

表1 5#、6#墩施工基本情况

2、围堰方案

方案一：钢筋砼沉井围堰施工方案。先在5#、6#墩处筑岛，就地浇筑钢砼沉井，完成后下沉，最后在沉井顶部搭设贝雷梁平台施工桩基。沉井高12m。围堰采用圆形结构。沉井内径30m，外径32m，沉井壁厚为1.0m、0.8m和0.5m不等。底部0.8m高度采用1cm钢板包裹。

方案二：钢板桩围堰施工方案。先进行桩基施工，然后打钢钢板桩，进行承台施工。采用拉森V型，采用15m长钢板桩，四层围囹支撑；围堰尺寸25.6*16.8m。钢板桩打入采用汽车吊配合90t振动锤，承台开挖采用长臂液压抓斗配合吸泥泵开挖。

方案三：双壁钢围堰施工方案。先搭设桩基施工平台施工桩基，待桩基施工完毕后吊装双壁钢围堰，就位后进行封底然后施工承台。钢围堰外径为32m，内径为30m。围堰外壁采用6mm厚的钢板，内壁为4mm厚的钢板，内外壁间距为100cm，围堰高度12m。

3、方案比较

表2 围堰方案对比表

综合分析：建议采用钢筋砼沉井施工，可与钢便桥、砼拌和站建设同时进行，缩短主桥基础施工工期，围堰下沉到位后，主桥施工基本不受洪水影响，对主桥基础施工有利。

四、沉井施工工艺

沉井采用圆形结构，混凝土采用C25，外径采用32m，沉井壁厚从下到上分别为1.0m、0.8m、0.5m阶梯型结构。采取分节预制，分节下沉施工。第一次预制1.5m（刃脚，不下沉），第二次预制3m，挖土下沉4m后停止下沉。第三次预制3m，挖土下沉3m后停止下沉，第四次预制3m，下沉1.5m到设计位置。第五次预制剩余1.5m。沉井下沉采用挖土排水下沉，挖土采用长臂挖掘机、抓斗配合或空气吸泥机清除沉井内壁土石方。

1、施工准备

根据现场实际情况，在沉井围堰设计位置范围内填卵石土进行筑岛，填土顶面宽度需要超过沉井外壁1.0m以上，筑岛四周采用草袋围堰进行防护，防止水流对平台的冲刷。

筑岛围堰顶面高出目前黄河既有水位1.0m。

将岛上杂物清理干净，对顶面进行平整，并做好人力、材料、设备准备。

2、测量定位

按沉井位置放出准确的中线点及外边线。在轮廓线50cm处放出检查点，便于控制、检查沉井位置。

3、垫层制作

对沉井刃脚2.0m宽度的范围内利用打夯机进行夯实，并进行整平，然后在夯实范围上铺设砂垫层进行精确找平，然后在砂垫层上抹5cm厚的砂浆作为沉井刃脚基础。

图2 沉井刃脚示意图

砂浆找平层铺设完毕，立模浇筑沉井刃脚以下素混凝土垫层， 素混凝土垫层厚度为15cm，浇筑过程中环向每隔3～5m利用竹胶板隔开，方便拆除。

素混凝土垫层采用C15混凝土制作，制作过程中必须保证混凝土刃脚的尺寸及形状。

4、刃脚制作

绑扎刃脚钢筋时，因竖向井壁插筋较高，为了确保钢筋位置正确，在绑扎前先搭设钢管架，竖向钢筋的间距在支架水平钢管上先用粉笔画好位置，然后把钢筋绑扎在钢管上。钢筋安装绑扎时，应严格控制各种钢筋的搭接长度和锚固长度，焊接钢筋应留有足够的焊接规定长度。钢筋绑扎时铁丝必须扎紧，其两头应向内。不得有滑动、折断、移位等情况。立模前钢筋两侧做好钢筋垫块，确保钢筋的保护层厚度。钢筋需要接长时，优先采用焊接。钢筋接头位置必须按规范要求错开，同一截面的搭接数量不能超过允许数量。同时在安装刃脚钢筋时，要预埋好底板及预留洞口的插筋，确保混凝土浇注的整体性。

混凝土浇筑采用吊车配合料斗输送入模，混凝土进行分层浇筑，环向尽可能的均匀布置混凝土，混凝土浇筑按照正常浇筑施工工艺即可。

5、沉井模板

将已准备好的模板吊装就位，具体工艺流程如下：

安装前检查――内侧模板吊装就位――安装斜撑――清理杂物――插入对拉螺栓――安装就位外侧模板――安装斜撑――调整模板位置――紧固穿墙螺栓――斜撑固定。

安装模板注意事项：由于分节浇筑，因此在支立第二节模板时，不宜直接支撑在地面上，以免沉井因自重增加而产生沉降，使新浇筑的混凝土内部产生拉力，造成裂缝。

模板安装完毕后，全面检查扣件、螺栓、斜撑是否坚固、稳定，模板拼缝及下口是否严密。

6、混凝土浇筑

为了确保混凝土浇筑的质量，在浇筑混凝土前，应对模板位置标高，断面尺寸及模板的稳定性，接缝位置进行检查，对预埋件位置进行复核。混凝土浇筑时，采用分层浇筑，每次浇筑厚度控制在40cm左右，并在前层混凝土达到初凝前将次层混凝土拌和物振捣完毕，振捣时插入式振捣器应插入前层砼5~10cm，同时要做到快插慢拔，插点均匀，逐点移动，避免漏插，插点一般控制在30cm左右。刃脚部分，因尺寸较小钢筋较密，振动棒的频率应加强。为了确保钢筋和模板的位置不移动，振捣时尽量不碰钢筋和模板，振捣以混凝土表面不产生气泡，混凝土不明显下沉为宜。为了控制混凝土在浇筑过程中，沉井的沉降倾斜是否满足要求，在沉井的四周设立沉降观测点，混凝土浇筑一层进行测量一次，如发现一侧倾斜过大，则另一侧须加快进度。

7、开挖下沉

沉井下沉采用挖土下沉法，依靠沉井自重下沉到达设计标高。根据设计要求，第一节沉井下沉必须达到设计强度才可以下沉。

沉井混凝土达到设计强度后，开始沉井下沉。下沉前应将井内的所有杂物清除干净，准备工作就绪后，先敲碎刃脚下素混凝土垫层，应有专人负责对称、同步地进行。敲碎刃脚下素混凝土垫层过程中，应随敲随填夯黄砂，在刃脚内外应填筑成小土堤，并分层夯实，同时加强观察，注意下沉是否均匀。

根据设计地质资料，本工程沉井下面的基本上是卵石土，在施工中采用抽水法降低沉井内水位。卵石较多且直径较大时，采用长臂挖掘机对称挖土，高压水枪配合；当下层卵石较小时，可采用大功率清土吸泥设备，高压水枪配合。沉井下沉前在沉井外井壁上划好水平线，标注刻度，便于下沉速度观察，在井内挂好线锤测倾斜度。

沉井挖土应注意均匀对称，由中心向刃脚四周开挖，挖土时控制每层30~50cm。挖出的土采用自卸汽车运走。井内挖土始终应保持中间稍低于四周，但高差需控制在1m之内，防止突沉造成沉井四周地面沉陷和沉井倾斜的危险。沉井下沉时的指挥者对井内四周的垂线密切注意，并在沉井四周设观测点，加强下沉过程中观测，发生偏移、扭曲等及时纠正。沉井施工过程中，须对周围环境的变形、沉降进行严密监测。

沉井下沉初阶段纠偏应根据“多沉则少挖，少沉则多挖”的原则，刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏空，不能通过大量挖土来纠偏，纠偏应根据测量数据随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1/4时，便要纠偏，下沉过程中要勤测、勤纠、缓纠。

沉井每下沉一次检查一次垂直度与中心轴线。随时检查沉井水平度面高程，加强监护，对地下水及时排除。

下沉至接近设计标高1m时，应减速下沉，记录下沉的速度。最后20~30cm处停止开挖，观测沉井在不开挖的情况下的下沉速度，确保沉井下沉标格控制在范围内。如发现特殊土质，应及时报告，提前做好预防措施。

8、沉井封底

沉井施工完成后，埋设24个长钢护筒，将护筒直接利用[30槽钢连接，利用钢护筒当支撑作为钻孔平台。然后进行沉井封底施工，采用水下砼封底施工。封底用Φ30cm的导管进行围堰内水下混凝土封底，导管在沉井中心布设1根，然后沿5m、10m半径环形布设，封底过程中，根据封底砼流动性，可对安装的导管位置进行调整，确保封底砼质量满足要求。每根混凝土导管长12.5m，每根导管的顶端均设一个1m3的漏斗，每个漏斗下端设有闸门阀。封底前后设置测点进行测点标高的测定，施工期间派专人负责测量，确保封底厚度基本一致。

五、结语

延延高速黄河特大桥主河道5#、6#主墩利用32m直径大体积圆形沉井做围堰，施工基础，解决了在中密卵石地基河道施工墩基础的困难，优于钢板桩、双壁钢围堰，施工简单，费用较低。为以后同类地质情况下的水中施工积累经验。

【参考文献】

[1] JTG/T F20-2011 公路桥涵施工技术规范 [S] 人民交通出版社, 2011

[2] 蔡振杰 浅谈大型沉井在软基中的施工技术［J］福建建筑,2006,2:106-107

[3] 刘加峰 特大超深沉井的下沉施工技术1998(03)

【作者简介】

焦红（1982-），本科，助理工程师，陕西省交通建设集团公司延延高速公路建设管理处。

卢斐（1988-），本科，助理工程师，陕西诚信大市政建设工程有限公司。

李长伟（1984-），本科，助理工程师，中铁十四局集团第三工程有限公司。