空气幕在沉井下沉中的应用

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【摘 要】当沉井通过冲吸法、吸泥法下沉无法达到设计位置时，采用空气幕减小沉井外壁摩擦阻力来达到沉井下沉的目的

【关键词】空气幕；摩擦阻力；沉井下沉

一、工程简介

武汉鹦鹉洲长江大桥北锚基础采用直径66m总高43m的圆形沉井，井壁厚度为12.3m，井壁上有16个直径8.7m圆孔，中间设厚度1.4m十字隔墙。

沉井分三次下沉，第一次采用冲吸法下沉计10.925m，第二次采用吸泥法下沉计12.751m，第三次采用吸泥法下沉计21.329m，总下沉高度为45.005m。下沉到设计标高时，其沉井顶面标高为+19.000，低于地面(+23.000)4米。沉井外侧面积8911.32m2。

二、地质情况

锚碇处覆盖层厚77.8～81.8m，表部为堆填土，厚度5～8m，堆土中存在巨块石，直径3～4m。第四系覆盖层上部为②1层软塑状粉质黏土(厚度3.6～4.4m)；中部为②4层中密状细砂(厚度20.7～22.0m)、②5层密实状中砂(厚度11.0～12.1m)；下部为③1层密实状砾砂(厚度7.6～11.2m)、③2层圆砾土(厚度15.0～16.0m)及③3层可塑状黏土(厚度7.5～10.7m)。砾砂及圆砾土中含少量卵石，粒径以2～5cm为主，最大粒径10cm左右，卵石成份主要为石英岩、石英砂岩。

采用双桥静力触探4个孔位，受静力触探设备最大触探深度的限制，每个勘探孔深35m。双桥触探取得实际数据参见“ 各深度的极限承载力、侧壁摩阻力曲线图”。

将气龛分布在沉井外壁，分批用管道接致沉井顶部，当沉井在下沉中受阻时，将高压气体通入沉井顶部的管口，气体通过喷气孔射出，将沉井壁与周围土体形成空气带，极大的减少了沉井与周围土体的摩擦阻力，达到下沉的目的。

本工程处的地质以砂土为主，含部分粘土覆盖层，适合采用空气幕进行助沉。在沉井下沉过程中，采用空气幕助沉可降低沉井外壁的摩阻力，当沉井下放到预定位置后，空气幕停止，沉井外侧的摩阻力会基本恢复。这就使得在沉井接高阶段的下沉量明显减小，有利于沉井的稳定性。同时，将空气幕结构分区布置，能随时对各个分区进行控制，还有利于沉井纠偏纠扭施工。

四、空气幕的施工工艺

1.空气幕的制作

用木材加工气龛，在沉井外壁模板上放样，用木胶将气龛固定在模板侧面设计位置，同时将气龛与主体钢筋固定连接，预防气龛在浇注混凝土过程中偏斜跑位，水平气管安装在气龛内侧的凹槽中，混凝土浇注、养护完成拆模后，将气龛凿出，露出φ25mm水平气管，用钻孔机钻5个φ1mm的喷气孔，水平气管上气孔位置以稍微上偏，成15o和45o角，气孔钻成后及时打磨掉毛刺等。

2、空气幕施工

施工程中，用木胶将气龛木块粘接在侧模上，同时用钢筋与沉井钢筋连接辅助定位。为防止通气管道脱落，采取在气龛木块上钉铁钉+铁丝绑扎固定气管，使气管限位在气龛凹槽内。

气龛的排列：空气幕上部2个区按2.25m2/个，以1.5m 为标准间距梅花形交错布置，下部4个区按1.44m2/个，以1.2m 为标准间距交错布置。混凝土浇筑完成后，凿出气龛，露出预埋的气管，用钻孔机钻2个φ1mm的喷气孔，气管上气孔位置以上偏45°，钻孔后及时打磨掉毛刺等。

沉井空气幕在水平面上均匀分16个区布置，每个区在竖直方向上分6个小区，共96个分区，即在沉井第二节至第七节外侧壁布置，每个分区成一个独立的供气系统，沉井顶部和底部6.5m高范围不布置空气幕。空气幕气管按水平管布置，4根水平管用一根竖管连接供气，水平管采用φ25的PP-R管，竖管采用φ32的PP-R管。预埋风管的之间用热熔连接，并且在接头处用胶孔布裹

壁土壤液化，容易堵塞喷气孔。

六、结论

第一次和第二下沉很顺利，在第三次下沉距离设计标高还有5.467m时，通过降水位减少浮力、吸泥等措施都不能达到下沉目的。经研究决定开启空气幕，空气幕一共开启5次，每次持续时间为30分钟左右，气压维持在0.62~0.71MPa之间，每次在开启空气幕10分钟左右，沉井内外侧开始冒气泡，由于本沉井10米外设置了地下连续墙，大量气泡沿着地下连续墙冒出，极大的降低了空气幕的功效，若沉井外侧为均匀土体，其效果将会提高很多。

空气幕分布过密，导致单个空气幕在工作时气体流量达不到要求，可适当减少空气幕的数量，同事增加每个空气幕上的喷气孔数量，将会提高沉井下沉功效。

参考文献

[1]《沉井沉箱设计、施工及实例》 张凤祥编著 北京 中国建筑工业出版社2010年5月 第一版

[2]《基坑工程手册》 刘国彬 王卫东主编 北京 中国建筑工业出版社2009 年11 月第一版