【交通土建】你知道架橋時(shí)全部是水怎么建橋墩么？了解什么是沉井，沉井施工技術(shù)圖解
很多小伙伴們都很好奇橋墩下面全是水，那橋墩都是怎么施工的?這里主要介紹橋梁水下施工常用的一種方法——沉井施工,在土層中修筑地下建筑物的方法之一。一般在施工大型橋墩的基坑，污水泵站，大型設(shè)備基礎(chǔ)，人防掩蔽所，盾構(gòu)拼裝井，地下車(chē)道與車(chē)站水工基礎(chǔ)施工圍護(hù)裝置時(shí)使用沉井施工。
一、什么是沉井
1.沉井的定義
依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后經(jīng)過(guò)混凝土封底并填塞孔，最后成為結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)的井筒狀結(jié)構(gòu)。沉井在施工期間是一個(gè)上無(wú)蓋、下無(wú)底的筒狀結(jié)構(gòu)，通常用鋼筋混凝土制成,在其井壁的擋土和防水的圍護(hù)作用下,從井內(nèi)取土，借其自重使之下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高。沉井多用作橋梁墩臺(tái)或重型工業(yè)建筑物的深基礎(chǔ)，后來(lái)逐漸發(fā)展成為利用其內(nèi)部空間供生產(chǎn)使用或其他用途的地下建筑物。
(錨沉井)
2.沉井基礎(chǔ)的特點(diǎn)
(1)埋置深度大，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，承載面積大，承載力高(垂直與水平);
(2)既可作基礎(chǔ)，又可作施工時(shí)的擋土和擋水圍堰結(jié)構(gòu)物;
(3)施工時(shí)對(duì)鄰近建筑物影響較小;
(4)內(nèi)部空間可進(jìn)一步利用。
3.應(yīng)用范圍
橋墩、錨碇、礦用豎井、地下泵房、水池、油庫(kù)、地下設(shè)備基礎(chǔ)、盾構(gòu)隧道、頂管的工作井和接收井等。
4.沉井的缺點(diǎn)
(1)施工工期較長(zhǎng);
(2)施工技術(shù)要求高;
(3)施工中易發(fā)生流砂造成沉井傾斜或下沉困難等。
(大型鋼殼沉井)
5.沉井的優(yōu)點(diǎn)
占地面積小，不需要板樁圍護(hù)。挖土量小，對(duì)鄰近建筑的影響比較小，操作簡(jiǎn)便，無(wú)須特殊的專(zhuān)用設(shè)備。
二、沉井的構(gòu)造
1.沉井組成
一般由井壁、刃腳、隔墻、凹槽、封底（包括底板）和頂蓋等部分組成。
① 井壁
承受水土壓力。沉井的外壁，是沉井的主要部分。它應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以便承受沉井下沉過(guò)程中及使用時(shí)作用的荷載；同時(shí)還要求有足夠的重量，使沉井在自重作用下能順利下沉。厚度0.4～1.2m;
② 刃腳
位于井壁的最下端，多做成有利于切入土中的形狀。此外，還要求有一定的強(qiáng)度，以免撓曲或損壞。刃腳下部的水平面稱(chēng)為踏面，其寬度視土質(zhì)的軟硬和井壁重量、厚度而定。寬度10～20cm ，高度約1.5m(濕封底)或0.6m(干封底)，內(nèi)側(cè)傾角45°～60° ;沖切硬土，減小端部阻力。
③ 內(nèi)隔墻
為了加強(qiáng)沉井的剛度，或由于使用需要設(shè)置隔墻。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，便于糾偏。
④ 井孔
寬度(直徑)不宜小于3m，挖土、排土場(chǎng)所和通道。
⑤井壁凹槽
位于刃腳的上方，使混凝土底板能和井壁更好地連接。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。
⑥ 預(yù)埋射水管
下沉困難時(shí)減阻。
⑦ 封底(底板)/頂蓋
作為地下建筑物，在修筑好滿足內(nèi)部使用要求的各種結(jié)構(gòu)后，還要修筑頂蓋。
沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，經(jīng)檢驗(yàn)和坑底清理后澆注的混凝土底版。在沉井底面用素混凝土封底，作地下建筑物的基礎(chǔ)，再在凹槽處灌筑鋼筋混凝土底板。分為干封和濕封(水下澆灌混凝土)兩種。
底梁和框架
2.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：?jiǎn)慰?、雙孔、多孔。
當(dāng)不能設(shè)置內(nèi)隔墻而沉井又較大時(shí)，常常在沉井底部增設(shè)底梁或因沉井過(guò)高，常常在沉井不同高度處設(shè)置縱橫梁構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)。
三、沉井的施工
1.沉井法的施工工藝
沉井法施工方法：
一般可分為制作和下沉兩個(gè)過(guò)程。根據(jù)不同情況和條件（如沉井高度、地基承載力、施工機(jī)械設(shè)備等），沉井可采取一次制作（灌筑）,一次下沉；分段制作、接高，一次下沉；或制作與下沉交替進(jìn)行。也有在陸上制作，浮運(yùn)至水中沉放地點(diǎn)后下沉和接高的浮式沉井施工。
為了將沉井重量擴(kuò)散到更大的面積上，避免沉井傾斜或不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫，對(duì)于大型沉井，當(dāng)表土地基承載力很低時(shí)，于制作第一段沉井前，應(yīng)在地基表面鋪設(shè)砂墊層，并沿井壁周邊刃腳下鋪設(shè)承墊木。在沉井下沉之前，應(yīng)分區(qū)、依次、對(duì)稱(chēng)、同步地將承墊木抽除。
沉井的下沉方法視沉井所穿過(guò)的土層和水文地質(zhì)條件而定。一般分為排水下沉和不排水下沉兩種。當(dāng)土質(zhì)透水性很小或涌水量不大時(shí)，可采用排水（或不灌水）下沉；在沉井穿過(guò)涌水量較大的亞砂土或砂層時(shí)，為了防止砂子涌入井中影響施工，則采用不排水（或灌水）下沉。下沉?xí)r常采用抓斗或水力機(jī)械等方法取土。
沉井法施工的特點(diǎn)
沉井下沉過(guò)程中無(wú)需設(shè)置坑壁支撐或板樁圍壁，與明挖法相比，簡(jiǎn)化了施工；
可就地制作，所需機(jī)械設(shè)備簡(jiǎn)單；作為地下建筑使用，其單體造價(jià)較低；
主體部分的混凝土在地面上灌筑，質(zhì)量較易保證，整體剛度亦較大；防水可靠；
且對(duì)鄰近建筑物的影響較明挖法少。因此在一定場(chǎng)合下，沉井法是一種較好的方案。
沉井法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
就地制造→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(nèi)且流速不大時(shí)：
水上筑島→島上制造→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(shí)：
岸邊制造→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(chǔ)
1.沉井基礎(chǔ)組成及作用
沉井基礎(chǔ)是一種豎直的筒形結(jié)構(gòu)，常用混凝土、鋼筋混凝土或磚石等制成。
通過(guò)在井內(nèi)挖土，使筒體在自重作用下克服井壁摩阻力下沉至設(shè)計(jì)高程，經(jīng)混凝土封底填塞井孔后，使整個(gè)筒體成為一個(gè)支墩。
特點(diǎn)
(1) 埋深大;
(2) 整體性好;
(3) 承載力高;
(4) 對(duì)鄰近建筑物影響小;
(5) 充分利用地下空間等特點(diǎn);
(6) 施工時(shí)具有擋水或擋土等作用;
但施工工期較長(zhǎng)，沉井下沉遇障或遇流砂等都會(huì)給施工帶來(lái)困難。
沉井基礎(chǔ)的應(yīng)用
工程中，遇到下列情況時(shí)考慮采用沉井基礎(chǔ)：
(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(zhì)較好，但沖刷大或有較大卵石，不便樁基施工;
(3)巖層表面較平坦且覆蓋層較薄但河水深，采用擴(kuò)大基礎(chǔ)施工圍堰有困難。
(4)在已有的淺基礎(chǔ)鄰近修建深埋的設(shè)備基礎(chǔ)時(shí)，為避免基坑開(kāi)挖對(duì)已有的基礎(chǔ)產(chǎn)生影響等情況。
沉井的分類(lèi)
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(wú)階式;
(2)有階式和外壁傾斜式
2.按沉井的建筑材料，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) 一般沉井是指就地制造并下沉的沉井;
(2) 浮運(yùn)沉井是在深水地區(qū)筑島有困難或有礙通航時(shí)，可在岸邊制作沉井,再浮運(yùn)就位后下沉的沉井。
沉井的基本構(gòu)造
沉井的輪廓尺寸其上部的墩(臺(tái))底部的形狀尺寸決定，其長(zhǎng)、短邊之比應(yīng)不大于 3。沉井頂面的尺寸通常為墩(臺(tái))底部再加0.2m～0.4m的襟邊寬度;沉井高度則由上部結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)和土層承載力等決定，高的沉井要分節(jié)制作下沉，底節(jié)沉井的高度不宜過(guò)高。
(倒虹管沉井)
五、沉井下沉過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題及處理方法
沉井在下沉過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題主要有兩類(lèi):
(1) 下沉不均勻發(fā)生傾斜和位置偏移;
(2) 下沉困難。
發(fā)生偏斜的原因大致有這幾種：
(1) 土質(zhì)軟硬不均勻;
(2) 挖土不對(duì)稱(chēng);
(3) 刃腳處有障礙物未予清除;
(4) 一側(cè)出現(xiàn)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(cè)回填砂石，以阻止繼續(xù)下沉，在高的一側(cè)集中 挖土;
(2) 在高的一側(cè)配加重物，以加速該側(cè)下沉;如有必要，還可在沉井頂部施加水平力來(lái)幫助糾偏。
(3) 如遇中心位置偏移，則應(yīng)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(dá)設(shè)計(jì)位置后，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：提前澆筑上一節(jié)沉井;在沉井頂部加壓;在保證不發(fā)生流砂的前提下，抽取井內(nèi)的水，以減小浮力。
(2) 減小井壁的摩阻力：盡力將井壁外側(cè)制作光滑平整;將井壁設(shè)計(jì)成臺(tái)階式;設(shè)置管道，利用高壓空氣或水的噴射能量來(lái)減小摩擦;從管道中噴出觸變泥漿，形成泥漿套。
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