水中承台沉井围堰施工技术研究

1工程概况

府河黄河大桥加宽工程位处于陕西最北端秦、晋、蒙交界处，起自收费广场，线路长939m，桥全长827.96m，桥位河段位于天桥电站库区，属于峡谷型河道。水深4～6米，河床比降0.298‰,百年一遇设计洪峰流量Q1/100=15600立方米/秒，桥位河段稳定封冻期为90天左右，多年平均流冰量为0.993亿m3，实测最大日平均流冰量592m3/s，最大冰块144m2，冰厚0.8m。河段内夏汛期一般为7～9月，持续90天左右。府河黄河大桥共16跨，其中6号至15号全部位于黄河河道内，桥梁设计采用钻孔桩基础，C30混凝土矩形承台，承台尺寸最大9.5×10.3×3m，最小为：8.3×9.5×2m。因此如何保证施工不受黄河受汛期变化的影响，避开汛期完成水中基础及承台墩身作业是该工程的重难点。

2 工艺原理

沉井施工时为克服下沉时的土压力和水压力先制作刃脚，刃脚收阶成井壁。然后利用挖土设备对称均匀挖出井内土层，沉井借助自身的重量来克服井壁与土层之间的摩阻力，不断下沉至设计标高。随沉井的不断下沉，井内地下水由设于井内的潜水泵抽出，最后浇筑垫层混凝土替代传统施工中的垫层混凝土及沉井封底施工。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 沉井施工工艺流程

平整场地→测量放线→开挖基坑→沉井制作→沉井下沉→垫层混凝土浇筑。

3.2 沉井制作

3.2.1 制作顺序

场地整平→放线→挖土2m深→夯实基底→抄平放线→铺砂垫层→挖刃脚土模→绑扎钢筋→支刃脚、井身模板→浇筑混凝土→拆模、养护

3.2.2 地基处理

沉井制作时一般先挖土2m深以减少下沉工程量，沉井制作前先对下挖土坑进行处理，以防地基不均匀下沉引起井身裂缝。处理方法采用砂、砂砾、碎石垫层。

3.2.3 刃脚支设

由于沉井尺寸及下沉高度较小，经计算承载力复核要求，对沉井制作时引起的不均匀沉降无太大影响，所以采用在基坑底夯实地基上直接开挖出刃脚，再绑扎刃脚钢筋及井壁预埋筋，浇筑刃脚混凝土采用土模的方式直接浇筑刃脚，这样既方便施工，又节省了时间。

3.2.4 井壁制作

⑴ 制作方式

由于沉井为不封底型式，在沉井下沉完毕，垫层混凝土浇筑完成后，沉井内还会出现水流，所以考虑沉井比承台尺寸三面放大30cm（保证承台尺寸），一面放大1m（承台施工时抽水），沉井制作时中间设排水沟、集水井，使地下水位降至比基坑低约0.5m。此桥最大沉井高度为9m，分两节制作。

⑵ 钢筋绑扎

绑扎顺序为：先内后外，由下至上。在预埋筋的基础上接长竖向筋，如沉井分节支座，则接长至比施工缝高出50～100mm，错开接头。水平筋分段绑扎，与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接，接头错开1/4，以保证钢筋位置正确，用水泥砂浆垫块控制砼保护层厚度。

⑶ 模板支设

沉井模板采用定型钢模组装而成，每节模板的长度定成5m。采用模板支设时先支井内模，一次支到比施工缝高约500mm处，竖缝处用方木支撑在内部脚手架上，外模亦一次支到施工缝略高500mm处，竖缝亦用木方或脚手管杆与外脚手架紧固。模板支设时内设钢筋撑子以保证井壁的厚度，设钢筋对拉片以使外模稳固，增强模板整体的稳定性。模板支设过程中应进行垂直度、平整度校正。

⑷ 混凝土浇筑

混凝土浇筑采用混凝土储料斗储料，吊车运送混凝土至浇筑口均匀浇筑。

⑸ 混凝土浇筑的注意事项
① 应将沉井分为若干段同时对称浇筑，每层厚度300mm，以避免造成地基不均匀下沉或倾斜；

② 混凝土应一次连续浇筑，第一节混凝土强度达到70%后方可浇筑下一节；

③ 为使井壁达到抗渗要求，上下水平的接缝应采用凸形水平缝，水平缝处冲洗凿毛处理后，再继续下一节浇筑，并在下一节浇筑前先浇一层半石子混凝土。

3.3 沉井下沉

沉井下沉时应具有一定强度，第一节混凝土达到设计强度的90%，其上一节达到70%后，方可开始下沉。

为遇到障碍物便于处理，下沉过程中便于控制，沉井下沉采用内排水、内开挖施工法。

3.3.1 下沉排水方法

为便于施工，节约成本，采用井内设集水井的方法。在集水井内放置潜水泵排水，潜水泵随沉井的下沉而下降，直至沉井下沉至设计标高。

3.3.2 下沉挖土方法

采用井内人工挖土，由设于井外的提升设备将土从井内移出。人工挖土的方法随土质情况而定，一般方法如下：由沉井中间开始向四周，每层挖土0.4m～0.5m，沿刃脚周围保留0.5m～1.5m土堤，然后再沿沉井壁，每2m～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀的削薄土层。刃脚下方土方边挖边清理。

3.4 垫层混凝土施工方法

当沉井下沉至比承台设计标高低0.3m时，刃角底部处于强风化岩层，沉井基本趋于稳定经观测在8h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行混凝土垫层施工，垫层厚度为0.3m，在放大1m侧开挖比其他开挖底面低100cm深积水坑，垫层施工前先采用编织袋装入砂土，沿井壁四周至积水坑堆置成排水沟，让井内涌水顺水沟流至集水井，利用水泵将水抽出，在水沟上放置竹胶板做盖板，然后在竹胶板上浇筑垫层混凝土，积水坑位置不浇筑混凝土，由于集水井比其他地方低，所以地下水始终保持在垫层混凝土以下。待垫层混凝土强度达到70%时，凿出桩头，桩基监测后绑扎承台钢筋及浇筑承台混凝土，最后回填基坑，进行上部结构施工。

3.5 控制与观测

沉井施工中，经常遇到倾斜偏移、容易开裂、下沉过快过慢停沉、超欠下沉等问题，在施工中及时观测，发现沉井偏斜时，立即进行纠正。

3.5.1 监测方法

⑴ 沉井位置的控制：在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线，并通过全站仪经常测量和复核，控制沉井位置。

⑵ 沉井标高的控制：在沉井井壁顶面设置水准基点，在下沉前及下沉中随时观测点位高程及相对高差，确保沉井高程控制及确定是否倾斜。

⑶ 沉井垂直度的控制：沉井下沉前在井壁内侧用垂球作出垂直轴线的标记，挖土时，应随时采用垂球观测沉井的垂直度，若发现垂球偏离墨线即确定沉井倾斜，应及时采取纠偏措施。

⑷ 沉井下沉控制：在外侧井壁上的四个侧面用墨线弹出标尺，用水准仪及时观测沉降值。

⑸ 地质变化时的控制：沉井下沉时，会遇到四周地质不同，承载力不均匀的情况，在施工时先开挖沉井中间部分的土，再分段对称开挖地基承载力较好侧土并及时用砂砾回填夯实，待岩层部分都开挖完回填后，再整体对称均匀开挖下沉。

3.5.2 监测要点

⑴ 在挖土时，随时观测垂直度，发现倾斜时，立即进行纠正。

⑵ 沉井下沉时应加强位置、垂直度和标高的观测，每天至少观测两次，并做好记录。

⑶ 如发现倾斜、位移和扭转时应及时纠正，使偏差控制在允许的范围内。

3.5.3 沉井倾斜纠偏措施

⑴ 偏挖土纠偏法

当沉井入土较浅，纠正倾斜时，可采取在沉井刃脚高的一侧进行挖土，以减少此侧下沉的阻力，使偏差在下沉过程中逐步纠正。

⑵ 增加偏土压或偏心压重纠偏法

在沉井倾斜低的一侧回填砂或土，使低侧产生的土压力大于高侧的土压力，也可在沉井高侧压重使该侧刃脚下的应力增大，从而达到纠偏的作用。
⑶ 沉井位置扭转时的纠正方法

沉井位置如发生扭转，采用对角偏除土，借助于刃脚下不相等的土压力所形成的扭矩，使沉井在下沉过程中逐步纠正其位置。

⑷ 遇孤石导致倾斜的纠正方法

沉井下沉时，遇到孤石会导致沉井倾斜，应掏空周边土撬出孤石，然后回填砂砾，若撬出较困难时，采用风镐破碎成小块后清除。

4 结束语

采用本工艺施工在传统工艺基础上省去封底工序，工序简单，质量可靠，施工中采用原地预制，井内开挖，土方工程中无需放坡，不超挖，地下水采用井内排水，无需井点降水，因此对周围固有土壤不造成影响，节约了成本，取得了良好的经济和社会效益。