摘要：結(jié)合薄壁沉井在洪河特大橋軟土地基中的應(yīng)用，詳細(xì)介紹薄壁沉井技術(shù)的施工工藝，為以后的薄壁沉井在軟土地基中的施工積累經(jīng)驗(yàn)。
1、工程概況：
洪河特大橋位于京九鐵路阜九段洪河橋群DK233+939.9里程，全橋長(zhǎng)569.3米，基礎(chǔ)為鉆孔摩擦樁基礎(chǔ)，墩身為雙線園端形橋墩，橋臺(tái)為耳墻式橋臺(tái)，橋梁上部為16-32m+2-16m預(yù)應(yīng)力砼梁結(jié)構(gòu)。
2、地質(zhì)情況：
該橋地質(zhì)資料由上至下依次為：淤泥0.3m、粘土7m，σ=150Kpa。
3、方案選擇：
該橋17#墩為水中墩，筑島、鉆孔樁施工完畢，進(jìn)行承臺(tái)施工，承臺(tái)尺寸是11.2m×5.6m，承臺(tái)底標(biāo)高：23.19m，土質(zhì)為粘土，承臺(tái)頂標(biāo)高：26.19m。地面標(biāo)高：29.19m，河床底標(biāo)高27.0m，施工時(shí)水位28.6m。承臺(tái)開(kāi)挖高度為6m，由于受場(chǎng)地等限制，不能采用放坡大開(kāi)挖，只能利用支護(hù)結(jié)構(gòu)支撐進(jìn)行開(kāi)挖，在選用支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，我們結(jié)合實(shí)際篩選出兩個(gè)方案：即打鋼板樁支護(hù)和鋼筋砼薄壁沉井圍護(hù)，經(jīng)過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，打鋼板樁費(fèi)用較高，安全方面不好保障，而采用鋼筋砼薄壁沉井護(hù)壁在軟土中下沉快，無(wú)論從經(jīng)濟(jì)、安全方面都比較好，特別是工期易保障，因此我們采用鋼筋砼薄壁沉井方案。
4、設(shè)計(jì)檢算：
薄壁沉井的設(shè)計(jì)：采用C35鋼筋砼沉井，壁厚0.5m，內(nèi)輪廓尺寸為11.2m×5.6m，沉井高度6m，刃腳高度0.4m，設(shè)450斜坡，刃腳兩側(cè)加設(shè)10mm厚鋼板包邊，鋼筋布置見(jiàn)洪河特大橋鋼筋布置。
4．1沉井下沉檢算：
4.1.1為使沉井順利下沉，沉井自重必須大于井壁與土體間的摩擦阻力，一般要求滿足：G≥1.15T。其中：G-沉井自重；T-土對(duì)井壁的總摩擦阻力，T=τ×A；A-井壁與土接觸的井壁面積；τ-單位面積的摩擦阻力，軟土取9.8KN/㎡。
4.1.2驗(yàn)算下沉條件：
沉井自重G1=｛（12.2×6.6-11.2×5.6）×5.6+（0.5+0.1）/2×（11.7+6.1）×2｝×25=2598.8KN
鋼板重G2=（12.2+6.6）×2×0.4×0.785=11.8KN
沉井重G=G1+G2=2610.6KN
摩擦力T=（12.2+6.6）×2×6×9.8=2210.88KN
下沉系數(shù)K=G/T=2610.6/2210.88=1.18＞1.15
滿足下沉條件。
4.2沉井縱向破裂檢算：
沉井抽除支承墊木時(shí)，最后支承于長(zhǎng)邊四個(gè)定位墊木上，按簡(jiǎn)支梁檢算其縱向素砼抗拉及抗剪強(qiáng)度。
4.2.1按長(zhǎng)邊計(jì)算：
跨中計(jì)算長(zhǎng)度取L1=7.15m（滿足支點(diǎn)處截面上砼的拉應(yīng)力與跨中截面砼拉應(yīng)力接近的條件），L2=（12.2-7.15）/2=2.53m
q=G/2L=2610.6/（2×12.2）=106.99KN/m
支點(diǎn)彎矩：M支=1/2×q×L22=1/2×106.99×2.532=341.06KN.m
跨中彎矩：M跨=1/8×q×L12-M支=1/8×106.99×7.152-341.06=342.64KN.m
支點(diǎn)反力：Ra=1/2×q×L=1/2×106.99×12.2=652.64KN
支點(diǎn)剪力：Q=Ra-q×L2=652.64-106.99×2.53=381.96KN
4.2.2按短邊計(jì)算：
q，=0.5×6×25=75KN/m
Mmax=1/8×q，×B2=1/8×75×6.62=408.4KN.m
Qmax=1/2×q，×B=1/2×75×6.6=247.5KN
3、強(qiáng)度計(jì)算：
井壁面積：A=0.5×6-1/2×0.4×0.4=2.92㎡
重心軸：y=（0.5×6×3-1/2×0.4×0.4×1/3×0.4）/2.92=3.08m
慣性矩：Iz=1/12×0.5×63+6×0.5×0.082-〔1/36×0.4×0.43+1/2×0.4×0.4×（3.08-0.4/3）〕=8.324m4
截面受拉邊緣的彈性抵抗矩：WZ=Iz/y=8.324/3.08=2.703m3
最大彎曲抗拉強(qiáng)度（由短邊控制）：
σmax=Mmax/WZ=408.4/2.703=151.09KN/㎡=0.151Mpa
查得砼極限抗拉強(qiáng)度RL=2.6Mpa
σmax＜RL，正截面受彎強(qiáng)度滿足要求
最大剪應(yīng)力（由長(zhǎng)邊控制）：τmax=（Qmax×SZ*max）/（Iz×b）=〔381.96×1/2×（6-3.08）2×0.5〕/（8.324×0.5）=195.48KN/㎡=0.195Mpa
查得容許剪應(yīng)力〔τc〕=1.3Mpa
τmax＜〔τc〕正截面抗剪強(qiáng)度滿足要求。
5.施工工藝：
5.1工藝流程見(jiàn)流程圖（考慮該沉井沉入不透水層3m多，故該沉井不考慮封底）
5.2施工過(guò)程：
5.2.1施工準(zhǔn)備：
（1）平整場(chǎng)地：筑島、鉆孔樁完成后對(duì)沉井場(chǎng)地平整、碾壓、夯實(shí)，以防在澆筑砼過(guò)程中或拆除墊木時(shí)發(fā)生不均勻沉陷。
?。?）定位放線：按圖紙尺寸準(zhǔn)確放出沉井位置并平整。
5.2.2鋪墊木：
沉井預(yù)制前刃腳下滿鋪墊木，并使長(zhǎng)短墊木相間布置，間距0.25m，垂直刃腳鋪墊.為使墊木鋪設(shè)平順，受力均勻，在鋪墊前墊木所在位置下加鋪0.5m左右的砂子.鋪設(shè)墊木時(shí)先鋪設(shè)4根(2.5m×0.22m×0.16m)定位墊木（其位置在長(zhǎng)邊兩端2.53m處），然后由定位墊木開(kāi)始向兩邊延伸鋪設(shè)。墊木數(shù)量根據(jù)公式：n=G/(A×f)計(jì)算確定，其中：G-沉井重量；A-每根墊木與地面接觸面積；f-填土允許承載力。
經(jīng)過(guò)計(jì)算，求得需要1m×0.22m×0.16m墊木148根。
5.2.3沉井預(yù)制：
?。?）模板加工：沉井預(yù)制前先設(shè)好沉井中線樁和水準(zhǔn)點(diǎn)，模板采用組合鋼模輔以木模的方法，搭設(shè)腳手架加固支撐模板，加工順序：刃腳斜面模板→井孔模板→綁鋼筋→立外模→調(diào)整各部尺寸→全面緊固拉桿、拉箍、支撐.
?。?）鋼筋制作：在鋼筋加工棚制作半成品鋼筋，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)綁扎，外模立設(shè)前，報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師檢查，刃腳鋼筋必須與刃腳鋼板焊接牢固。
?。?）砼灌注：砼灌注沿井壁四周對(duì)稱、分層、均勻進(jìn)行灌注，一次連續(xù)灌完，避免砼面高低相差懸殊，壓力不均勻產(chǎn)生基底不均勻沉陷，使砼開(kāi)裂。砼灌注厚度小于插入式振島器作用部分的1.25倍，砼養(yǎng)生時(shí)細(xì)水均澆慢灑。當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％以上時(shí)，拆除直立模板，當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100％時(shí)，沉井下沉。
5.2.4沉井下沉：
沉井下沉主要通過(guò)從井孔除土，清除刃腳正面阻力及沉井內(nèi)壁摩擦阻力，依靠沉井自重下沉。
?。?）拆除墊木：拆除墊木是沉井下沉工作的開(kāi)始，也是施工過(guò)程極其重要的工序之一。當(dāng)砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，做好抽墊前的技術(shù)交底，抽墊前應(yīng)將井孔內(nèi)所有雜物清除干凈，檢查準(zhǔn)備工作就序后，開(kāi)始抽墊。為了防止因抽除墊木不當(dāng)而引起傾斜，事先對(duì)墊木用油漆進(jìn)行編號(hào)，抽墊木的順序以定位墊木為中心，由遠(yuǎn)至近，對(duì)稱、同步進(jìn)行抽除，先抽帶同一編號(hào)墊木，然后再抽定位墊木.在抽墊過(guò)程中，對(duì)沉井頂面上下左右方向各設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行下沉量觀測(cè)，抽墊與下沉量關(guān)系曲線如圖所示。整個(gè)沉井抽墊過(guò)程比較緩慢，從開(kāi)始到結(jié)束用了9個(gè)小時(shí)，開(kāi)始抽墊時(shí)特別小心謹(jǐn)慎，抽出幾組出現(xiàn)空擋后立即進(jìn)行充分的回填夯實(shí)，抽至最后階段全力以赴，盡快地抽出了剩余墊木，直至沉井刃腳平穩(wěn)地落入土中。
（2）沉井下沉及糾偏：沉井開(kāi)挖采用排水法抽水，人工挖土，沉井內(nèi)的出土，是在沉井頂搭設(shè)作業(yè)平臺(tái)，設(shè)置0.5t卷?yè)P(yáng)機(jī)，將土提升卸至井外，并及時(shí)外運(yùn)，抽水采用潛水泵（沉井下沉至水位標(biāo)高28.69m時(shí)，水量很小，于是在中部挖掘集水坑，用來(lái)抽水）。在沉井下沉前，四周打入4個(gè)固定樁，以此控制沉井下沉情況。剛開(kāi)始除土先在沉井中部向下挖40cm-50cm，并逐漸向四周均勻挖擴(kuò)，到距刃腳1m左右時(shí)，開(kāi)始挖除刃腳內(nèi)側(cè)的土層，使沉井下沉。開(kāi)始下沉?xí)r，沉井重量較重，四周幾乎沒(méi)有約束力，因此在下沉至標(biāo)高28.6m時(shí)，沉井出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)20的偏斜，于是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)糾偏，扭轉(zhuǎn)糾偏如糾偏圖所示，在一對(duì)角A、B兩角除土、另外一對(duì)角C、D兩角填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使沉井在下沉過(guò)程中逐步糾正其扭轉(zhuǎn)角度。沉井下沉在標(biāo)高28.2m-26.69m之間時(shí)，下沉均勻，未出現(xiàn)異常情況，下沉速度保持在0.3m/d；下沉至標(biāo)高為26.69m時(shí)，由于進(jìn)入淤泥與河床交接處，致使沉井突然下沉0.3m，出現(xiàn)向阜陽(yáng)方向傾斜1.1/50，同時(shí)頂面中心沿阜陽(yáng)方向出現(xiàn)0.14m的位移偏差。于是進(jìn)行傾斜糾偏及位移糾偏。在進(jìn)行傾斜糾偏時(shí)采用偏除土法糾偏，即在刃腳較高的一側(cè)除土，在刃腳較底的一側(cè)加支墊，隨著沉井的下沉，傾斜得到糾正。在進(jìn)行位移糾偏時(shí)，利用偏除土法原理有意地使其向偏位的方向傾斜，然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中心與設(shè)計(jì)中心位置相合或接近時(shí)，再將傾斜糾正。這樣反復(fù)進(jìn)行了3次，使傾斜和位移都糾正在允許偏差范圍內(nèi)。在傾斜與位移進(jìn)行糾偏后，直至沉井底到達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)高，下沉比較順利，未出現(xiàn)較大的偏差。當(dāng)沉井進(jìn)入硬塑狀粘土層下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，清理井孔后，量測(cè)得刃腳底面平均標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求；傾斜度為1/80，小于規(guī)范1/50的要求；底面、頂面中心與設(shè)計(jì)中心的偏差分別為10cm、8cm均在規(guī)范允許范圍內(nèi)；平面扭角為0.80小于規(guī)范10，各項(xiàng)誤差均符合規(guī)定要求。
5.2.5沉井封底：
沉井下沉到位后，刃腳周?chē)盟嗌皾{封堵，由于有小量滲水，將水引至井中央的集水坑內(nèi)，用水泵抽水，井底無(wú)水以后進(jìn)行砼封底灌注。
5.2.6拆除上部沉井：
沉井施工完畢，進(jìn)行承臺(tái)砼的施工，待承臺(tái)、墩柱施工完畢，高出原河床部分的沉井拆除。（在預(yù)制沉井時(shí)在井壁間預(yù)埋φ15mmPVC管，間距1.5m，以便用爆破法拆除沉井砼）為確保墩身不受損失，爆破前在墩身四周捆扎籬笆及麻袋，承臺(tái)頂鋪設(shè)回填土0.5m厚。
6.施工效果：
該沉井從抽墊木到下沉結(jié)束總共用了21天的時(shí)間比原計(jì)劃25天提前4天，未出現(xiàn)安全事故。由于該橋基礎(chǔ)施工方法得當(dāng)，墩身及橋梁上部各工序緊密銜接，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，保證工期，被總公司評(píng)為優(yōu)質(zhì)工程。
7.幾點(diǎn)體會(huì)：
7.1開(kāi)挖時(shí)刃腳下不要掏挖過(guò)多，以防沉井突然下沉，產(chǎn)生較大傾斜；
7.2沉井各部分荷載分布不均勻也會(huì)使沉井偏壓。
7.3隨時(shí)注意土層變化，嚴(yán)格控制刃腳附近取土深度，防止翻涌。
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