新建黄织铁路鱼井河2号三线大桥位于安顺市境内，为跨越鱼井河而设，1号～8号墩位于水中及河滩上。大桥采用双柱式桥墩，双柱的矩形台阶式承台为分离式设置，两分离式承台相距为2.6m。承台的上台高1.0m，底台高2.5m，两个分离式底台形成的平面尺寸为15.6m×8.3m。

 

　　桥位处河面开阔，多为河滩，为非通航河流，施工期最高水位约为1355.10m，承台施工开挖深度为4.5m，开挖地质为碎石土夹卵石。

 

　　河床内为透水性强的砂砾层，其厚度在3～5m，且承台设计埋深大，承台顶面标高位于河床面以下，设计最初采用草土围堰施工方案，但由现场实际地质情况分析，采取围堰施工需开挖的面积过大，且因砂层较厚，基坑基壁及底部水压力大，将渗水严重，致使施工难度大，砼浇注质量难以保证。

 

　　依据情况现场地质及施工条件，从技术、经济及安全等方面综合比较后，决定采用钢筋混凝土沉井围堰进行承台的施工。

 

 

　　3.1沉井设计的要求

 

　　1）沉井采用在自重的作用下进行下沉的，且在施工过程中，沉井是挡土、挡水的结构物，因此需建立接近实际情况的受力简化计算模型，分析沉井所受的最不利荷载情况，对沉井所受的土压力、水压力进行分析及计算，设计出适合该工程项目的沉井类型及尺寸，并确保沉井结构能满足力学及施工要求。

 

　　2）设计的沉井除了满足力学及施工要求外，还要符合现场实际的施工条件，及适应现场技术、机械等条件，使得施工简便可行。

 

　　3.2拟定沉井尺寸

 

　　根据承台结构类型及尺寸，拟采用矩形沉井，沉井长×宽×高分别为16.6m×9.3m×6m，中间增设一道厚50cm的隔墙，以减少跨径。沉井采用C30混凝土，搅拌时加入早强剂，以缩短工期。钢筋采用热轧HRB335钢筋。沉井构造如图1所示。

 

　　3.3荷载及配筋计算

 

　　3.3.1荷载计算

 

　　沉井承受的主要荷载为作用于外侧壁的土压力Pa及地下水的水压作用力Pw，取承受荷载最大的沉井底部进行荷载计算如下。

 

　　1）主动土压力计算

 

　　沉井后填土为中粗砂，重度=19.0kN/m3，内摩擦角φ=29°，饱和重度=21.0kN/m3，填土深度为5.5m，地下水位至填土面以下0.7m。采用朗肯主动土压力计算公式进行主动土压力的计算。

 

　　在地下水位上、下砂土重度不同，土压力分两部分计算，水上部分壁高为H1=0.7m。

 

　　=13.3×0.347=4.6kN/m2

 

　　水下部分壁高为H2=4.8m，采用浮重计算，则沉井底部承受的土压力荷载为：

 

　　=4.6+（21-10）×4.8×0.347

 

　　=22.9kN/m2

 

　　2）水压力计算

 

　　水压力=10×4.8=48kN/m2

 

　　则沉井底部土压力与水压作用力的合力压强为：

 

　　P=22.9+48=70.9kN/m2

 

　　3）沉井内力计算

 

　　取沉井最底部1m高度为计算单元，并把沉井转角视为刚性结点，则可将沉井简化成平面结构进行内力检算。

 

　　3.3.2配筋计算

 

　　采用最大计算弯矩，即刚结点处的弯矩进行配筋计算，设计弯矩为506.9kN·m。用下式进行受压区高度的计算：

 

　　式中：—等效矩形应力图的应力与砼轴心抗压强度设计值之比值，取1.0；—混凝土强度设计值，14.3N/mm2；b—矩形截面宽度，1000mm；h0—截面的有效高度，500-35=465mm；—钢筋抗压强度设计值，HRB335钢筋为300N/mm2。

 

　　将数值代入上式，得：

 

　　506.9×106=1×14.3×1000×x×（465-x/2）

 

　　整理后得：x2-930x+98536=0

 

　　解上一元二次方程式，得截面受压区高度为x=83.8mm。将x值及HRB335钢筋抗拉强度设计值=300N/mm2代入下式中计算需配置的纵向钢筋截面面积。

 

　　=（1×14.3×1000×83.8）/300=3995mm2

 

　　主筋采取Φ25@100mm布置，实际配筋面积为4906mm2＞3995mm2，主筋采取双面同样配置，架立钢筋按构造筋布置，采用Φ16@300mm布置，沉井中钢筋配置如图3所示。

 

 

　　1）沉井制作

 

　　因地基土质较好，沉井采取一次制作完成，然后下沉。沉井制作时在刃脚下设置枕木垫架，其大小和间距根据荷重计算确定。安设钢刃脚角钢时，要确保外侧与地面垂直，以使其起切土导向作用。

 

　　沉井制作采用木模，木模拼缝处均嵌海绵条以防漏浆，先立内模，待钢筋绑扎后再立外模。沉井井壁一次浇筑完成，砼浇注要分层对称进行，每层厚度控制在30cm左右，采用插入式振捣器振捣，并由专人负责，以避免漏振，浇筑后及时进行覆盖浇水养护。要确保浇筑的箱身混凝土应密实，外表面平整、光滑，以利下沉。

 

　　2）沉井下沉

 

　　当沉井砼强度达到设计值的75%以上时，方可开始下沉，下沉前进行井壁外观检查及混凝土强度检测，并根据勘测报告计算极限承载力，计算沉井下沉的摩阻力及下沉系数，作为判断每个阶段可否下沉，是否会出现突沉，及确定下沉方法及采取措施的依据。

 

　　井沉下沉时要测定其下沉量，下沉偏差及沉井的偏斜，以便及时纠偏。下沉观测方法为在沉井外壁周围弹水平线，井箱内按8等分标出垂直轴线，各吊线坠一个，对准下部标板来测量偏差。下沉过程中每班观测三次，当接近设计标高时加强观测，防止超沉，每小时观测一次。便以随时掌握分析观测数值，当线坠偏离垂线达50mm或标高差在100mm时，应立即纠正。

 

　　下沉前分区、分组、依次、对称、同步的抽除刃脚下的枕木，每抽出一根枕木后，立即用砂砾将刃脚下空隙填实。沉井挖土采用人工配合小型反铲挖土机挖掘出土。内挖土时严格控制挖土厚度，先中间后四周，均匀对称进行，并根据需要沿刃脚周围保留土台，逐层切削，使沉井均匀下沉，沉井挖土的土方采用自卸汽车立即运往弃土场，不得堆放在沉井周边。在下沉过程中，除防止沉井的不均匀下沉及突沉，还要特别强调防止沉井的扭曲变形。为使其下沉均匀，挖土时两井仓土面高差控制在50cm以内。下沉接近设计标高时在沉井四角及箱壁砌垫枕木垛，让沉井压在枕木垛上，使沉井稳定在设计标高位置。

 

　　沉井下沉采用排水挖土下沉方法。在沉井内距刃脚2～3m处设置排水明沟，每个井仓内设4个集水井，其深度保持低于开挖岩土面1.2m左右，使用潜水泵将井内地下水排出井外。

 

　　沉井下沉施工过程中，经常观测沉井的倾斜度，如发现井箱出现倾斜或位移，要立即采取措施进行纠偏，施工中主要采取以下纠偏措施：

 

　　a）倾斜纠正措施：当沉井发生倾斜时，在下沉量少的一侧加强取土，促使该侧下沉。同时，在下沉量大的一侧停止挖工，或适当填筑砂石或石块，放慢下沉速度，待沉井正位后再均匀分层取土。若挖土纠偏无效，在下沉量少的一侧的井箱外壁注射压力水，使该处的土成为泥浆，以减少土的摩助力，促使该侧沉井加快下沉。当纠偏至接近正常位置时，停止射水，并用细砂填充沉井外壁与土之间的空隙。

 

　　b）偏移纠正措施；有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚中心线与设计中心线位置相吻合或接近时，再倾斜纠正。

 

　　3）沉井封底

 

　　沉井下沉至设计标高，再经2～3天下沉稳定，经过观测8h下沉量不大于1cm，或沉降率在允许范围内，说明下沉已经稳定即可进行封底。

 

　　封底前先将刃脚处新旧混凝土接触面冲洗干净并打毛，修整井底使之成锅底形，由刃脚向中心挖设放射形排水沟，填以卵石作成滤水盲沟，在中间设集水井与盲沟连通，插入φ40cm四周带孔眼的钢管，四周填以碎石，使井底的水流汇集井中，用潜水泵抽除，保证水面低于砼底板1m以下。

 

　　封底前铺一层15cm厚碎石层，再在其上浇一层厚度为10cm的混凝土垫层，达到50％强度后，在垫层上铺卷材防水层，绑钢筋，两端伸入刃脚内，浇筑底板混凝土。

 

　　砼浇筑在整个沉井面积上分层不间断进行，由四周向中央推进，每层厚度30～50cm，并振捣密实。两侧井仓砼浇注要对称同时进行。砼采用自然养护，养护期间继续不间断抽水。待底板砼强度达到70%后，对集水井停止抽水并进行封堵，封堵方法是将集水井中水抽干，在套管内迅速用干硬性混凝土填塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧或四周焊接封闭，上部用混凝土垫实捣平。

 

　　在鱼井河2号三线大桥承台施工中采用了沉井方案，不仅确保了在强透水性砂层的承台施工质量，且加快了施工进度，在雨季到来之前完成所有水中墩的施工，为今后同类工程施工积累了经验。