浮式沉井基礎(chǔ)施工

裴立明，楊永雙

(黑龍江省龍建路橋第四工程有限公司)

在水深流急、筑島困難的情況下修建沉井基礎(chǔ)，可采用浮式沉井。此法系把沉井底節(jié)做成空體結(jié)構(gòu)，或采取其他辦法使其在水中漂浮，用船只將其拖運(yùn)到設(shè)計位置，再逐步用混凝土或水灌注，增大自重，使其在水中徐徐下沉，直達(dá)河底。一般在特大河流上多采用鋼質(zhì)的浮式沉井，在中小河流上則采用鋼絲網(wǎng)水泥薄壁沉井等。浮式沉井在施工技術(shù)上的難度比就地下沉沉井要大，只是在特殊條件下才被采用。

浮式沉井浮運(yùn)或下水前，應(yīng)掌握河床、水文、氣象及航運(yùn)等情況，并檢查錨碇工作及有關(guān)施工設(shè)備(如定位船、導(dǎo)向船等)。沉井底節(jié)入水后的初步定位位置，應(yīng)根據(jù)水深、流速、河床面高低及土質(zhì)情況、沉井大小及形狀等因素，并考慮沉井在懸浮狀態(tài)下接高和下沉中墩位處的河床面受沖淤的影響，綜合分析確定，一般宜設(shè)在墩位上游適當(dāng)位置。在施工中，尤其是在汛期，必須對錨碇設(shè)備，特別是導(dǎo)向船和沉井邊錨繩的受力狀態(tài)進(jìn)行檢查，防止導(dǎo)向船左右擺動。沉井落河床后，應(yīng)采取措施盡快下沉，使沉井保持穩(wěn)定，并隨時觀測沉井的傾斜、位移及河床沖刷情況，必要時采取調(diào)整措施。

1 浮體的穩(wěn)定性計算

浮式沉井在其浮運(yùn)、就位、接高直至落入河床的過程中，是以懸浮于水中的浮體而存在，在每一工序中都必須是一個穩(wěn)定的浮體。圖1表示浮體在外力矩M作用下發(fā)生傾斜，φ表示傾斜角度。傾斜后，浮體的浸水體積的形狀變化，浮心(即浮體浸水體積的重心)由原來位置O1移至O2，因而浮力與浮體自重產(chǎn)生一反向的力偶，抵抗外力矩M。當(dāng)外力矩消失，此力偶即使浮體恢復(fù)水平，這稱為浮體具有穩(wěn)定性。圖1中浮力作用線與浮體中心線的交點K稱為定傾中心;新浮心至定傾中心的距離稱為定傾半徑，以ρ表示。a為原浮心至浮體重心的距離。

圖1 浮體傾斜受力狀況圖

當(dāng)浮體傾斜后，只有當(dāng)定傾中心位于浮體重心以上時，浮力與重力才能產(chǎn)生一反向抵抗力偶，否則將產(chǎn)生與傾斜方向相同的力偶，使穩(wěn)體失去穩(wěn)定。因此，維持浮體穩(wěn)定的必要條件是：p＞a，或p-a＞0。重心越高，ρ值越大。當(dāng)n大于p時，浮體喪失穩(wěn)定。定傾半徑?jīng)Q定于浮體浸水線截面的形狀及其排開水的體積，其關(guān)系式為

式中：I為浮體浸水截面繞傾斜旋轉(zhuǎn)軸的慣矩，m4;V為浮體排開水的體積，m3。

浮體在外力矩M作用下所處的力平衡狀態(tài)，取D點的力矩平衡方程式為

當(dāng)φ角很小時，sinφ≈tanφ，故可寫成

M指施工中所有外力(包括風(fēng)力、流水壓力、接高時可能產(chǎn)生的偏心外力等)引起的力矩。V(p-a)為浮式沉井的抗傾斜力矩，其值大小反應(yīng)浮式沉井的穩(wěn)定程度。通常傾角φ不應(yīng)大于6°，以免傾斜過大而產(chǎn)生不安全感及對施工帶來不便。浮式沉井在浮運(yùn)和接高下沉的各個施工步驟都必須具備穩(wěn)定條件，并具有所需的穩(wěn)定度(穩(wěn)定程度)。

2 鋼絲網(wǎng)水泥薄壁沉井

某橋采用的鋼絲網(wǎng)水泥薄壁浮運(yùn)沉井的構(gòu)造。系由30 mm左右的鋼絲水泥制成的薄壁隔成一個空腹殼體，入水后能自浮于水中，浮運(yùn)就位后向內(nèi)灌水下沉落于河床上，再逐格對稱地灌注水下混凝土，從而使薄壁空腹沉井就成普遍的重力式沉井。鋼絲網(wǎng)水泥薄沉井包括鋼絲網(wǎng)水泥薄壁、橫撐骨架和橫隔板等。前者由鋼筋網(wǎng)、鋼絲網(wǎng)和水泥砂漿組成。鋼筋網(wǎng)焊在橫撐上作為水泥薄壁的骨架，鋼絲網(wǎng)分別鋪在鋼筋網(wǎng)的兩側(cè)，抹上水泥砂漿，使之充滿整個鋼筋網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)之間的空隙與網(wǎng)眼中，然后再抹上1～3 mm的砂漿作為保護(hù)層。橫撐骨架由圓鋼與型鋼焊成，各橫撐間以水平型鋼連接。每間隔若干道橫撐設(shè)置一道橫隔板，目的是將井壁和橫墻的壁胸分隔為若干空格，以便于對灌水、抽水、澆筑混凝土?xí)r進(jìn)行控制。內(nèi)外井壁的間距，應(yīng)按浮體計算和沉入土中所需重力等要求確定，并要考慮人工在壁腔內(nèi)操作的方便，一般不得小于0.8 m。

鋼絲網(wǎng)水泥薄壁沉井由于鋼絲網(wǎng)均勻分布在砂漿中，增加了砂漿的內(nèi)聚力和握裹力，鋼絲網(wǎng)眼分散了砂漿的收縮力，抑制了砂漿裂縫的發(fā)生和開展，從而提高了砂漿的抗拉強(qiáng)度和韌性，使鋼絲網(wǎng)水泥薄壁具有很大的彈性和抗裂性，能抵抗一定程度的沖擊。故而具有以下優(yōu)點：

(1)結(jié)構(gòu)薄而輕，有足夠的強(qiáng)度和剛度，使用材料節(jié)省;

(2)操作簡便，適宜于多點平行作業(yè)，且施工時無需模板，可節(jié)約木材與鋼材;

(3)當(dāng)河流不太寬時(如200 m左右)，采取半通航措施，可用鋼繩牽引沉井下水;浮運(yùn)就位的方法簡便，設(shè)備簡單，且穩(wěn)妥可靠。