沉井基础是一种井筒状的结构物, 它是从井内挖土、依靠自身重力克服井壁摩阻力后下沉到设计标高, 然后采用混凝土封底并填塞井孔, 使其成为桥梁墩台或其他结构物的基础。沉井基础的特点是埋置深度可以很大, 整体性强、稳定性好, 有较大的承载面积, 能承受较大的垂直荷载和水平荷载;沉井既是基础, 又是施工时的挡土和挡水的围堰结构物。
当基础埋置比较深时, 如果采用明挖法施工, 则因基坑深, 坑壁支撑或板桩围堰所承受的土压力和水压力大, 则需更长、更强的板桩和支撑结构, 施工很不方便, 也不经济。这个时候, 宜采用沉井施工法。但沉井在下沉过程中, 沉井倾斜和偏移是经常发生的, 必须事先加以预防, 当问题发生时, 要及时处理。
1 沉井倾斜与偏移的原因
沉井下沉初期, 重心较高, 井壁四周尚无约束力或约束力不大, 或井内不均匀都容易使沉井倾斜。此外, 地层土质不均匀也会引起沉井倾斜。在沉井下沉过程中, 不管采用何种下沉方案, 都易产生沉井在下沉过程的倾斜和偏移, 常见的原因有以下几点。
筑岛或沉井一侧的土被水流冲空, 岛面夯实不实或不匀。沉井刃脚下的基土软硬不均, 地质勘察情况不详, 或井筒被地下局部障碍物搁住, 刃脚外的土向一侧有较多的坍塌。下沉速度过快甚至发生突沉, 刃脚下土体掏空过多, 或流砂流淤大量涌入井内。没有对称均匀地抽除垫木, 未及时对刃脚回填夯实。挖土方案不合理, 没有均匀挖土, 使井内土面高差悬殊, 或对淤泥质粘土和淤泥的触变性估计不足。井外弃土或堆物过多, 井上附加荷重分布不均, 造成对井壁的偏压。采用高压水枪冲刷土层, 使其形成一定稠度的泥浆, 然后用泥浆泵排至井外, 此法容易冲空刃脚下土层或增大土层的流变性, 造成沉井受力不均而倾斜。吸泥下沉时, 抽水不当引起翻砂。当沉井下沉中发生井筒倾斜, 常会伴随产生一定量的位移, 使沉井轴线偏离设计位置。
2 沉井倾斜与偏移的处理
在沉井的整个下沉过程中, 应使用仅器严格监控, 如发现位移、倾针, 应随时纠正。为防止沉井倾斜、偏移的发生, 首先应注意底节沉井的下沉。开始下沉时, 沉井重心较高, 四周约束力不大或没有, 此时最易倾斜, 因此在筑岛、抽垫及回填夯实等工作中应严格按规定办理。在沉井下沉过程中应不断地观察下沉的位置和方向, 发现倾斜应及时纠正, 否则下沉到一定的深度后再想纠正就比较困难了。在采取纠正措施以前, 必须弄清楚情况, 分析原因才能对症下药。
2.1 纠正倾斜的方法
在沉得少的一侧多挖土, 沉的多的一侧少挖或不挖, 若为排水下沉时, 在刃脚较高的一侧集中挖土, 在刃脚较低的一侧回填支撑。若为不排水下沉, 可在刃脚较高一侧吸泥或挖土。若此方法不能纠正倾斜, 则可在井外沉井较高侧挖土, 而在较低侧填土, 改变土压力, 迫使高侧刃脚下沉。
可在井顶不对称加重 (偏压重) , 不对称射水, 或在井顶施加水平力将沉井扶正。或用高压射水管冲刷, 使射水嘴附近的土被冲散, 减小土压力。
在沉得少的一侧挖土, 底面灌注膨润土泥浆, 以减小沉井外壁与土之间的摩擦力。
当沉井的平面尺寸较大、井壁较厚, 可以采取在偏高侧增加钢锭和型钢等压重在接高沉井的井壁时调整沉井自重。当沉井将沉到设计标高尚有倾斜时, 可先封偏低仓的底板。由于沉井自重大, 一般都根据实际情况, 同时采取几种措施, 其纠偏效果较好。
2.2 纠正偏移的方法
先偏挖土使沉井倾斜。位移经常与倾斜同时存在, 如果沉井朝有利于纠正位移方向倾斜, 则应连续均匀除土, 使沉井沿倾斜方向下沉, 直到沉井底面中心接近设计中心位置时, 再纠正沉井倾斜, 则位移也得到纠正。
对人工挖土下沉的沉井, 可在沉井一侧刃脚下加铺支垫, 使沉井绕支垫扭转, 向有利方向倾斜, 拆除支垫后, 若不能沿倾斜方向下沉, 则可将支垫移至对侧, 落平沉井。如此反复进行, 即可纠正位移。当沉井朝着不利于纠正位移方向倾斜, 则应先纠正倾斜, 使沉井朝有利于纠正位移方向倾斜, 然后再按前述方法处理, 以纠正位移。当沉井仅有位移, 则先使其朝有利方向倾斜, 然后处理之。
若为排水挖土, 还可在沉井一侧刃脚下加铺支垫, 使沉井绕支垫旋转向有利方向倾斜, 拆除支垫后, 如沉井不能沿倾斜方向下沉, 则可将支垫移至对侧, 落平沉井, 如此反复进行, 以纠偏移。
由于种种原因, 虽然沉井倾斜偏差未达到质量标准的要求, 但仍进行了封底施工, 以防超沉。此时沉井倾斜的纠偏可用两种方法, 一种方法是采用底板下高压注浆顶升, 即在底板制作时预先在底板偏低部位埋入压浆管 (焊止水片) 或在底板混凝土浇捣后钻孔注浆。当底板混凝土强度达到设计要求并经抗注浆浮力验算后进行高压注入水泥浆, 注浆压力由低至高, 边注浆边观测。另一种方法是在底板下冲水取土, 即在底板标高偏高部位预埋150取土钢管 (焊止水片) , 待底板混凝土达到设计要求后用高压水冲土, 使其成为泥浆, 再用泥浆泵往井外排出泥浆。上述两种方法也可以综合应用。
2.3 其他处理措施
沉井施工应根据不同的地质条件和不同的沉井结构, 采用因地制宜的下沉施工方案。沉井下沉过程中, 井内除土宜分层、对称、均匀, 挖土面高差不宜超过40cm, 当沉井下沉超过50%筒身高度时, 可适当加大挖土层的厚度, 但要严格控制沉井的倾斜度。
沉井下沉中遇到岩石层、刃脚底下需要进行松动爆破时, 应保留刃脚支承点的岩石作为垫墩, 其间距2m, 岩石排除至设计标高后方可将其垫墩排除。刃脚外侧尺寸应扩大10cm~20cm的挖掘范围。
摘要：沉井作为建筑物的基础或地下结构物, 能否按设计位置下沉是沉井施工成败的关键。本文介绍了施工过程中沉井倾斜与偏移的原因及处理方法。
关键词：沉井下沉,倾斜,偏移,措施
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