很多小夥伴們都很好奇橋墩下面全是水,那橋墩都是怎麼施工的?這裡主要介紹橋樑水下施工常用的一種方法——沉井施工。一般在施工大型橋墩的基坑,污水泵站,大型設備基礎,人防掩蔽所,盾構拼裝井,地下車道與車站水工基礎施工圍護裝置時使用沉井施工。
一、什麼是沉井
沉井的定義
依靠自身重力克服井壁摩阻力後下沉到設計標高,然後經過混凝土封底並填塞孔,最後成為結構物基礎的井筒狀結構。
(錨沉井)
沉井基礎的特點
(1)埋置深度大,整體性強、穩定性好,承載面積大,承載力高(垂直與水平);
(2)既可作基礎,又可作施工時的擋土和擋水圍堰結構物;
(3)施工時對鄰近建築物影響較小;
(4)內部空間可進一步利用。
應用範圍
橋墩、錨碇、礦用豎井、地下泵房、水池、油庫、地下設備基礎、盾構隧道、頂管的工作井和接收井等。
沉井的缺點
(1)施工工期較長;
(2)施工技術要求高;
(3)施工中易發生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等。
(大型鋼殼沉井)
二、沉井的構造
沉井的截面形式
平面形狀有:圓形、矩形、圓端形等井孔的布置方式有:單孔、雙孔、多孔。
井壁
厚度0.4~1.2m;承受水土壓力。
刃腳
寬度10~20cm ,高度約1.5m(濕封底)或0.6m(干封底),內側傾角45°~60° ;沖切硬土,減小端部阻力。
內隔牆
厚度約0.5m,底面高出井壁刃腳踏面0.5~1m,增加沉井剛度、改善井壁受力條件、挖土均衡,便於糾偏。
井孔
寬度(直徑)不宜小於3m,挖土、排土場所和通道。
井壁凹槽
槽高約1.0m,深度0.15~0.25m,增加封底混凝土、底版與井壁連接。
預埋射水管
下沉困難時減阻。
封底(底板)
沉井下沉到設計標高,經檢驗和坑底清理後澆注的混凝土底版。分為干封和濕封(水下澆灌混凝土)兩種。
底梁和框架
當不能設置內隔牆而沉井又較大時,常常在沉井底部增設底梁或因沉井過高,常常在沉井不同高度處設置縱橫樑構成框架結構。
三、沉井的施工
分旱地施工沉井與水上施工沉井兩種情況
旱地沉井工序
就地製造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。
水上沉井工序
水深3m~ 4m以內且流速不大時:
水上築島島上製造挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。
水較深或流速較大時:
岸邊製造牽引滑移或起吊就位挖土下沉孔底清查封底 充填井孔以及澆注頂板。
四、沉井基礎
組成及作用
沉井基礎是一種豎直的筒形結構,常用混凝土、鋼筋混凝土或磚石等製成。
通過在井內挖土,使筒體在自重作用下克服井壁摩阻力下沉至設計高程,經混凝土封底填塞井孔後,使整個筒體成為一個支墩。
特點
(1) 埋深大;
(2) 整體性好;
(3) 承載力高;
(4) 對鄰近建築物影響小;
(5) 充分利用地下空間等特點;
(6) 施工時具有擋水或擋土等作用;
但施工工期較長,沉井下沉遇障或遇流砂等都會給施工帶來困難。
應用
工程中,遇到下列情況時考慮採用沉井基礎:
(1)荷載較大,表層地基土的承載力小,在一定深度有較好持力層;
(2)在河流中,雖土質較好,但沖刷大或有較大卵石,不便樁基施工;
(3)岩層表面較平坦且覆蓋層較薄但河水深,採用擴大基礎施工圍堰有困難。
(4)在已有的淺基礎鄰近修建深埋的設備基礎時,為避免基坑開挖對已有的基礎產生影響等情況。
沉井的分類
1. 按沉井的形狀
按沉井的平面形狀,常用的沉井形狀有:圓形、圓端形、矩形及單孔、多孔沉井;按沉井的剖面形狀可分為:
(1)外壁垂直無階式;
(2)有階式和外壁傾斜式
2.按沉井的建築材料,沉井可分為:
(1)混凝土沉井;
(2)鋼筋混凝土沉井;
(3)鋼沉井;
(4)磚沉井等。
3.按沉井的施工方法,沉井可分為:
(1) 一般沉井是指就地製造並下沉的沉井;
(2) 浮運沉井是在深水地區築島有困難或有礙通航時,可在岸邊製作沉井,再浮運就位後下沉的沉井。
沉井的基本構造
沉井的輪廓尺寸其上部的墩(台)底部的形狀尺寸決定,其長、短邊之比應不大於 3。沉井頂面的尺寸通常為墩(台)底部再加0.2m~0.4m的襟邊寬度;沉井高度則由上部結構、水文地質和土層承載力等決定,高的沉井要分節製作下沉,底節沉井的高度不宜過高。
(倒虹管沉井)
沉井下沉過程中可能遇到的問題及處理方法
沉井在下沉過程中可能出現的問題主要有兩類:
(1) 下沉不均勻發生傾斜和位置偏移;
(2) 下沉困難。
發生偏斜的原因大致有這幾種:
(1) 土質軟硬不均勻;
(2) 挖土不對稱;
(3) 刃腳處有障礙物未予清除;
(4) 一側出現流砂而未得到控制等。
糾偏的方法是
(1) 在沉井下沉多的一側回填砂石,以阻止繼續下沉,在高的一側集中 挖土;
(2) 在高的一側配加重物,以加速該側下沉;如有必要,還可在沉井頂部施加水平力來幫助糾偏。
(3) 如遇中心位置偏移,則應先人為造成沉井傾斜,再均勻取土,使之傾斜下沉,直到沉井中心線到達設計位置後,再行糾偏扶正 。
克服下沉困難主要可以從兩方面著手
(1) 增加沉井重量:提前澆築上一節沉井;在沉井頂部加壓;在保證不發生流砂的前提下,抽取井內的水,以減小浮力。
(2) 減小井壁的摩阻力:盡力將井壁外側製作光滑平整;將井壁設計成台階式;設置管道,利用高壓空氣或水的噴射能量來減小摩擦;從管道中噴出觸變泥漿,形成泥漿套。