1、薄壁沉井在橋梁基坑支護施工中的應(yīng)用內(nèi)容簡介：本文介紹水中承臺基礎(chǔ)采用薄壁沉井作為臨時圍護方案的設(shè)計原理及施工控制技術(shù)。上海地區(qū)一般橋墩基礎(chǔ)開挖，大多采用鋼板樁圍護支撐，但在個別情況下，比如水中、明暗浜中橋墩，則采用薄壁沉井支護較鋼板樁在止水、防泥、方便、經(jīng)濟、快速等方面更能體現(xiàn)其優(yōu)越性。上海嘉閔快速路高架JM-3標徐涇中路匝道12#、21#墩基礎(chǔ)位于小淶港河中，河水不深，但淤泥較厚，因此水位也較高。原方案采用河道回填、鋼板樁圍護。但承臺基礎(chǔ)開挖時，發(fā)現(xiàn)流砂嚴重，涌水量大，似無法窮盡，同時鋼板樁變形嚴重，施工已無法繼續(xù)進行，經(jīng)過研究，決定采用薄壁沉井施工。主題詞：薄壁沉井 基坑支護 應(yīng)用 1 概

2、述沉井是地下工程和深埋基礎(chǔ)施工的一種方法，具有基礎(chǔ)和圍護的雙重特點。其施工工藝是：在地面以上預(yù)制井身，形成一個井狀結(jié)構(gòu)，然后在井內(nèi)不斷挖士，借助井體自重而逐步下沉下沉到預(yù)定設(shè)計標高后，進行封底、填充或者構(gòu)筑井內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終形成一個圍護結(jié)構(gòu)、地下建筑物或者建筑物基礎(chǔ)。沉井井壁厚度一般為40120m左右，厚度小于40cm者屬于薄壁沉井。薄壁沉井一般是作為施工時的擋土和擋水圍護結(jié)構(gòu)物，施工工藝并不復(fù)雜。沉井支護施工，占地面積小，在擋土和擋水方面優(yōu)于板樁圍護；與大開挖相比較，挖土量少，對鄰近建筑物的影響比較小，操作簡便，無需特殊的專業(yè)設(shè)備。因此廣泛應(yīng)用于橋梁墩臺基礎(chǔ)、頂管工作井等地下構(gòu)筑物的圍護等工程

3、。上海嘉閔快速路高架JM-3標徐涇中路匝道12#、21#墩位于水中，先是采用鋼板樁支護開挖，開挖一定深度，用涌水嚴重，無法進行，經(jīng)研究采用薄壁沉井支護，順利進行。本文即是敘述薄壁沉井的方案處理基坑開挖涌水的實例。2 工程概況上海嘉閔快速路高架JM-3標徐涇中路北側(cè)匝道，位于青浦區(qū)徐涇鎮(zhèn)。匝道跨越小淶港河，河道寬18 m，水深約2m，水位漲落高度約0.5m，淤泥厚約2.3m。本匝道均為高架橋結(jié)構(gòu)，單箱兩室現(xiàn)澆砼連續(xù)梁，雙柱式立柱，鉆孔樁基礎(chǔ)。匝道分上下兩條，總計28跨、8聯(lián)連續(xù)梁，全長718.8m。上匝道的12#墩以及下匝道的21#墩均位于水中。12#、21#墩有關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：墩號鉆孔樁承臺立

4、柱高度m直徑mm樁長m開挖深度m長×寬×厚m12#1000458.34.6×4.6×2.220.09421#1000458.34.6×4.6×2.219.675本工程2008年10月進場，當時因為考慮鉆孔樁施工平臺、施工便道以及連續(xù)梁施工等因素，將線路跨小淶港河約50m范圍河道全部用建筑垃圾回填至原地面標高并壓實。2009年4月開始進行12#承臺開挖，方案為先卸載部分回填土，再進行待內(nèi)支撐的鋼板樁支護、深井及輕型井點強制降水、深基坑開挖。鋼板樁采用9m長22槽鋼，沿承臺四周每邊放大70cm。鋼板樁方案示意圖見下頁。4月2號開始開挖，起

5、初正常，但大約挖至河床與填料分界位置，涌水、突泥明顯，基坑下部被泥水覆蓋，鋼板樁最大內(nèi)傾超過50cm，施工已無法進行，隨回填基坑并停止開挖。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，可初步確定，造成基坑涌水原因，乃回填河道時，未采用素土而是建筑垃圾，建筑垃圾成為透水通道，導(dǎo)致涌水、突泥發(fā)生。經(jīng)過反復(fù)比較，決定采用薄壁沉井支護方案，順利解決了問題。3 地質(zhì)概況本工程屬長江入?？跂|南前緣的濱海平原地貌類型，擬建場地較為平坦，地面高程一般在4.9m5.2m之間，12#墩岸側(cè)地質(zhì)土層情況如下：層序土層名稱平均層厚m容重kN/m3孔隙比e內(nèi)摩擦角1雜填土1.3919.00.770粉質(zhì)粘土1.7017.60.79523.5°

6、;淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1.1016.90.99216°夾粉砂3.5018.00.62228°淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土3.6016.90.99216°1淤泥質(zhì)粘土5.8016.51.12712.9°4 基坑支護設(shè)計4.1方案比選鑒于目前現(xiàn)場狀況，可以采用的基坑擋水加固施工方法較多，比較適合我公司采用的主要有6種，分別是換拉森鋼板樁支護、水泥攪拌樁、簡易鋼套箱支護、高壓旋噴樁注漿、薄壁沉井支護等方案。其施工難易程度、支護加固效果、施工費用、進度等項指標對照比較如下：序號施工方案施工難易加固效果施工費用施工進度其它1拉森鋼板樁一般好高較快本地常用2水泥攪拌樁易較好高慢本地常用

7、3簡易鋼套箱一般較好較高較快深水采用4高壓旋噴樁難好高快本地常用5薄壁沉井支護易較好低較快本地少用經(jīng)過以上對比，又充分考慮現(xiàn)場實際情況，確定保留鋼板樁，修復(fù)變形嚴重的西側(cè)鋼板樁，并在鋼板樁圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)再施工薄壁沉井圍護的支護方案。4.2薄壁沉井支護設(shè)計參數(shù)回填黏土至鋼板樁頂以下150cm位置，即0.9m標高處，在鋼板樁內(nèi)設(shè)置沉井。沉井采用C25鋼筋砼結(jié)構(gòu)，考慮既有鋼板樁尺寸、承臺尺寸、現(xiàn)場鋼筋種類、沉井與鋼板樁之間的工作距離以及有關(guān)規(guī)范要求，沉井內(nèi)框尺寸為4.8×4.8m，外包尺寸為5.4×5.4m,井壁厚取30cm，沉井高度取4.0m。井壁鋼筋按內(nèi)外側(cè)對稱布置，其中水平方向

8、取12150mm，豎向取12250mm。由于下沉高度短（沉井下沉深度為4.54.7m），井身不厚重、地基為軟土，同時該沉井也是一施工臨時結(jié)構(gòu)，因此決定不設(shè)刃腳，但在沉井底部設(shè)置鋼筋加強。由于未聽說過上海地區(qū)有類似處理基坑的實例，因此，下沉前我有許多顧慮，主要有以下三點：一是沉井能否下沉？下沉是否會出現(xiàn)靜壁開裂情況？二是會不會突然下沉或者止不住的下沉？三是能否擋的住水？對于第三點，根據(jù)分析應(yīng)該是可以的，因為沉井本身的一大作用就是黨水。至于前兩點，則需要進行以下一些驗算。4.3沉井下沉驗算沉井自重與土對井壁的摩擦力之比稱為沉降系數(shù)。為了保證沉井能在自重作用下順利下沉，到達設(shè)計標高，必須對沉降系數(shù)進

9、行驗算。根據(jù)給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程（CECS137:2002）第6.1.2規(guī)定，沉井下沉系數(shù)應(yīng)符合下式要求:Kst1.05 Kst=(Gk-Ffw,k)/Ffk 式中Kst下沉系數(shù)； Gk沉井自重標準值(包括外加助沉重量的標準值)(kN)； Ffw，k下沉過程中水的浮托力標準值(kN)； Ffk井壁總摩阻力標準值(kN)。 計算時，回填土部分不考慮摩擦力，由于下沉前已經(jīng)過降水，因此Ffw，k=0，經(jīng)過計算：Kst= Gk / Ffk =612/562=1.091.05，滿足規(guī)范要求，可以下沉。4.4井壁豎向撓曲強度驗算沉井制作后，抽掉墊木或者其他支墊物準備下沉， 或在挖土下沉過

10、程中， 沉井下部由于不同的支承可使井壁在自重作用下產(chǎn)生較大的豎向撓曲應(yīng)力，需要根據(jù)不同的支承情況，進行井壁的強度驗算。本例中由于地基土為軟土，因此只考慮抽掉墊木或者其他支墊物準備下沉時，井壁產(chǎn)生的豎向撓曲應(yīng)力。對本薄壁沉井而言，將沉井看作支承于四邊的八個支點上，每邊兩個，支點間距取邊長的0.7倍，以此驗算沉井井壁，示意如下：由于l0/h=0.952，可按深梁結(jié)構(gòu)計算。根據(jù)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002）第10.7.3條規(guī)定，鋼筋混凝土深梁受彎構(gòu)件的正截面受彎承載力應(yīng)符合下列要求：MfyAsZZ=d(h0-0.5x)d=0.80+0.04l0/h 當l0h時，取Z=0.6l0

11、。式中：fy-普通鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；As-受拉區(qū)縱向鋼筋的截面面積；Z-縱向受拉鋼筋合力至砼受壓區(qū)合力點之間的距離，即內(nèi)力臂；l0-梁的計算跨度，本例中l(wèi)0=3.78m；x-截面受壓區(qū)高度，經(jīng)過以上公式反算：x=1.8m；h0-截面有效高度，本例中h0=3.6m；經(jīng)計算：fyAsZ=300×3166.8×.27=2156.6kN.m沉井豎向彎曲內(nèi)力計算簡圖如下：M支=-ql22/2=-9.84kN.mM中=ql12/8-M支=224.2kN.m式中：q-沉井單位長度靜壁自重（kN/m）；l1-兩個支座間的距離，取0.7L（m）；l2-支座外的懸臂長度，取0.15L（m）

12、；所以MmaxfyAsz,滿足規(guī)范要求。薄壁沉井不會因去除底部支撐物而開裂破壞。4.5沉井下沉穩(wěn)定性驗算沉井在軟土中下沉，不光要能沉，還不能發(fā)生突沉，這時需要進行沉井穩(wěn)定性驗算，由于設(shè)定的下沉標高基本為承臺設(shè)計底標高，承載力不存在問題，因此主要進行穩(wěn)定性驗算。根據(jù)給水排水工程鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程（CECS137:2002）第6.1.32規(guī)定，當下沉系數(shù)較大，或在下沉過程中遇有軟弱土層時，應(yīng)根據(jù)實際情況進行沉井的下沉穩(wěn)定驗算，并符合下式的要求: Kst,s=0.80.9Kst,s=(Gk- Ffw,k)/( F,fk-Rb)式中Kst,s-下沉穩(wěn)定系數(shù)； Ffw,k-驗算狀態(tài)下水的浮托力標

13、準值(kN)； Ffk-驗算狀態(tài)下井壁總摩阻力標準值(kN)； Rb-沉井下地基土的極限承載力 (kN)，根據(jù)規(guī)范選取200kN。經(jīng)計算：Ksts=(Gk- Ffw,k)/( F,fk-Rb)=0.8，滿足規(guī)范要求，下沉是穩(wěn)定的。4.6鋼筋驗算根據(jù)沉井所受水平土壓力，取最下面1.0m高井壁進行驗算，根據(jù)現(xiàn)場情況，土壓力計算仍按初始狀態(tài)進行，如此偏于安全。沉井受水平土壓力作用下，計算簡圖如下：沉井跨中彎距M中=75.9kN.m，邊角彎距M角=-151.7kN.m，軸力N=178.5kN。經(jīng)過計算：水平方向As=As=1497mm2，取1212，即井壁水平方向鋼筋取12150雙側(cè)布置是合適的。由于

14、地基為軟土，不存在孤石等可導(dǎo)致沉井豎向拉斷的可能性，因此豎向鋼筋按構(gòu)造配筋，故選12250。5 薄壁沉井支護施工5.1 施工方案采用黏土將基坑回填至鋼板樁頂以下1.5m附近，并人工夯實，將變形嚴重的西側(cè)鋼板樁拔起，重新插打，在鋼板樁內(nèi)制作薄壁沉井支護，同時基坑四周采用深井及輕型井點強制降低地下水，降水35天后才能進行沉井下沉，要求沉井下沉至承臺墊層以下至少20cm以阻擋涌水、突泥。下沉到位后，回填碎石，施工C15砼墊層。利用沉井內(nèi)側(cè)作為承臺外模，迅速進行鋼筋制安及承臺砼灌注。薄壁沉井支護施工布置見下頁圖。5.2 施工步驟5.2.1現(xiàn)狀處理拔出已變形鋼板樁，鋼板樁內(nèi)外側(cè)進行素土回填至鋼板樁頂以下

15、1.5m，按照6.0m×6.0m平面尺寸重新插打鋼板樁。5.2.2加強排水（1）繼續(xù)對河道滲水處進行封堵，基坑四周設(shè)置排水溝及集水井。（2）加強強制降水，除原有深井井點繼續(xù)保留外，原輕型井點重新布設(shè)，采用雙排、密間距（不大于1m）布置，整個處理期間做到持續(xù)降水。5.2.3薄壁沉井支護施工（1）鋼板樁內(nèi)設(shè)置C25鋼筋砼正方形護壁，薄壁沉井厚30cm，高4m（考慮井頂高出最大涌水點100cm及井底伸入基底20cm），沉井內(nèi)側(cè)平面尺寸為4.8m×4.8m（較承臺尺寸每邊放大10cm），沉井外側(cè)平面尺寸為5.4m×5.4m，內(nèi)壁以后即作為承臺外模，井頂預(yù)留鋼筋接茬，保留繼

16、續(xù)接高可能。（2）薄壁沉井總重約61t，考慮地基承載力以及施工便利情況，采用一次預(yù)制、整體下沉。沉井預(yù)制施工前，其底部需進行地基加固，采用回填20cm厚碎石，其上沿沉井底端鋪設(shè)2cm厚木板。（3）薄壁沉井鋼筋采用對稱布置，其中水平、垂直方向均采用12150。由于是臨時工程，鋼筋保護層采用35mm。箍筋及角部加強筋按常規(guī)構(gòu)造布置。（4）考慮進度要求，薄壁沉井可添加早強劑或提高其砼強度等級，薄壁沉井底部不設(shè)刃腳，但沉井底部設(shè)置加強鋼筋。（5）薄壁沉井模板采用1.5cm竹夾板，局部采用組合鋼模。砼采用砼罐車運輸，現(xiàn)場采用溜槽、串桶、料斗并輔以汽車吊進行灌注入模。（6）薄壁沉井下沉采用排水下沉法，機械

17、挖土、人工配合。沉入鋼板樁頂面標高后，需及時在鋼板樁頂部布置一道對口支撐，采用22a槽鋼或10×10cm方木支撐。（7）薄壁沉井沉入設(shè)計承臺墊層底以下20cm且基本穩(wěn)定時，即進行砼封底，封底采用20厚碎石、15cm厚C15砼。5.2.4承臺施工及其他（1）封底完畢，砼達到一定強度，立即進行承臺鋼筋及砼施工。（2）承臺施工完畢，盡早施工首節(jié)立柱，首節(jié)立柱頂標高至少大于原回填河道頂面標高50cm。（3）首節(jié)立柱施工完畢，鑿除-1.0m標高以上薄壁沉井，拔出鋼板樁并回填。薄壁沉井支護施工工藝流程鋼板樁調(diào)整、修復(fù)施工準備回填素土、碎石、鋪木板管井、井點降水薄壁沉井預(yù)制 沉井挖土、下沉不穩(wěn)定、

18、調(diào)整沉井沉井伸入承臺墊層20cm沉井基本穩(wěn)定沉井封底承臺施工立柱施工鑿除井壁、鋼板樁拔出、回填5.3施工主要安全質(zhì)量技術(shù)措施（1）鋼板樁內(nèi)外側(cè)回填需回填素土，且分層進行夯實，每層厚度不應(yīng)超過40cm，回填夯實可采用人工或機械進行。對于基坑內(nèi)回填更要注意夯實，作為薄壁沉井制作平臺，要求基底承載力大于100KPa。（2）整個施工過程，降水不能停止。降水期間，需安排專人實時監(jiān)控其出水及機械運轉(zhuǎn)情況，如遇堵塞或機械故障，需及時處理檢修。井壁與鋼板樁之間及基坑外部設(shè)置排集水井及水明溝，及時排除地下滲水及地表水。 （3）井壁鋼筋搭接采用焊接方式，搭接長度為單面焊10d，雙面焊5d；井壁模板采用拉筋輔以斜撐加固；井壁砼灌注應(yīng)四周均勻進行，不得集中一端灌注，以避免井壁傾斜。（4）沉井下沉采用機械挖土，依其重力下沉，不宜采用水