沉井基础施工工艺

沉井基础施工工艺

陶军良

(中铁五局三公司张双铁路项目经理部 广东肇庆站北路46号 526020)

摘 要 本文通过张双铁路滦河2#特大桥沉井施工实列，介绍沉井施工工艺流程、施工方法、沉井下沉技术、下沉施工测量、沉井下沉时可能出现的偏差及纠编措施、水下封底砼灌注方法。

关键词 张双铁路 沉井施工 下沉 纠编

1 工程概况

滦河2号特大桥5#、6#、13~18墩为沉井基础，为二节钢筋混凝土圆端形沉井。底节沉井高5 m，第二节高3 m（15#、17#、18#墩）或5m（13#、14#、16#墩）。底节沉井宽7.4m，长9.2m，壁厚1.5m；第二节宽7.2m，长9.0m，壁厚1.4m；隔墙厚 0.8m；刃脚

------------------------------------------ 作者简介：陶军良，男，汉族，籍贯湖南，生于1969年，工程师

1994年毕业于中南工业大学，学士，主要从事铁路、公路工程施工

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高1.6m，底宽0.15m，采用钢板弯成的槽钢包护。底节沉井为C15钢筋砼，第二节沉井为C15砼，封底为C20混凝土，厚1.6m；井内填充M10片石混凝土，井盖为厚1m的C15混凝土。 2 施工工艺流程

测 量 定 位 围堰筑岛（水中施工） 枕木铺垫 安装钢刃脚 支排架与底模 支立井孔模板 钢筋绑扎 立外模 浇注底节砼、养生 抽垫木 排水挖土下沉 接高下沉 清理基底 封 底 井内填充、盖板

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施工方法 3.1 围堰筑岛

滦河2号特大桥5#、6#、13#、14#、18#墩现均处于河岸上或河滩上， 15#、16#、17#墩均处于河中，平常水位在1.0~1.5m范围，在涨洪水期间（6~7月）水深均在2.5~3.5m左右。地质情况经了解，河床为卵石土和圆砾土。根据流速情况可选用草袋或石笼围堰筑岛。流速比较小时（1.5m/s~2.0m/s）用草袋或编织袋装砂砾堆筑成有迎水箭的围堰；流速大时（2.0m/s~3.m/s）采用编织袋装卵石并连在一起筑成有迎水箭的围堰。

草袋围堰顶面宽1.2m，外坡1:0.8，内坡1:0.5，筑岛材料（围堰编织袋）选用砂、砂夹卵石、小砾石。围堰中间填粘性土或其它土质。

围堰从岸边上游外围开始向河中进行，外围底层采用两层编织袋错纵相交堆码（外层最底层宽度不小于1.0m），内层采用单层编织袋（内层最底层宽度不小于0.6m），中间填筑粘性土，填筑时应分层夯实，每层厚度不超过30cm。填筑时可按外层 内 层 中间层相错进行，中间间距相距约5米，筑填时应筑成有迎水箭的围堰，有利于排水。岛面标高高于最高施工水位0.3~0.5m，并随时观察水位变化，如遇到涨洪水时，应马上织组人力加高围堰。为保证堵塞围堰后的渗水，围堰的内层边缘离沉井基础边缘距离不小于2米。

为了便于沉井的施工，在筑岛围堰的同时，应考虑以后墩身的施工，两岸用脚手架搭设一施工便桥，以便施工时作业人员通过及以后施工材料的运输。在单边沉井施工时，亦可把围堰加宽加高，以作施工作业平台，平台最小宽度为1.0m，岛面容许承压应力不小于0.1MPa。 3.2 枕木铺垫

筑岛完成后，在刃脚下满铺垫木，并使长短垫木相间布置。垫木选用质量好的普通木枕及短方木。刃脚直线段垫木垂直铺设，圆弧段径向铺设。支撑排架下的垫木应对正排架中心线铺设。铺垫次序为先从定位垫木开始向两边延伸铺设。铺垫顶平面最大高差应不大于3cm，相邻两垫木高差应不大于

0.5cm。垫木埋入岛面深度应为垫木高度的1/2。垫木间隙填砂捣实。

铺垫完后，在垫木上面测量放出精确的桥位轴线及墩身轴线和沉井刃脚轮廓线，以方便刃脚踏面槽钢的安装。在轮廓线外15cm~20cm处放出检查点，便于控制和检查沉井位置。 3.3 沉井模板安装与支撑 3.3.1 测量放样

准确画出刃脚边线，严格控制沉井中心位置的准确性。 3.3.2 模板制作

沉井外侧模板要平滑，具有一定的刚度，与混凝土接触面刨光，与刃脚接触的空隙要塞严防止漏浆。刃脚斜面模及隔墙底模用砂袋支垫。 3.3.3 模板安装顺序

模板安装顺序为：刃脚斜面及隔墙底面模板 井孔模板 绑扎钢筋

支立外模板 设内外模间拉筋 调整各部分尺寸 全面紧固支顶、拉杆、拉箍 固定撑杆和拉缆。

3.3.4 模板安装技术要求

沉井模板与支撑应具有足够的强度和刚度。刃脚下的底模应按拆除顺序分段布设，预先断开。钢刃脚焊接时对称进行，尽量减少焊接变形。

沉井的外侧模板必须竖缝支立，立好后要核对上下口各部尺寸、井壁的垂直度（或斜度）、刃脚标高，支撑拉杆（内外模间）和拉箍要牢固；当井壁有斜度时，模板要按斜率要求支立；支立第二节模板时不准支撑到地面上，以免沉井因加重而自动下沉造成新浇筑的混凝土发生裂纹；环箍和拉缆要加强，外模上口尺寸不得大于下口尺寸。 3.4 钢筋绑扎

钢筋绑扎是在内模（井孔）已支立完毕，外模尚未扣合时进行的。先将制好的焊有锚固筋的刃脚踏面摆放在垫木上的刃脚画线位置，进行焊接后再布设刃脚筋、内壁纵横筋、外壁纵横筋。为了加快进度，钢筋加工成大片，采用吊机移动定位焊接组成整体。内外箍筋要设好保护层垫块。 3.5 浇注底节混凝土

3.5.1 混凝土浇筑

沉井混凝土沿井壁四周对称浇筑，避免混凝土面高低相差悬殊，以防产生不均匀下沉造成裂缝。每节沉井的混凝土都应分层、均匀、连续地浇筑直至完毕。 3.5.2 养生

浇筑后10h即可遮盖浇水养护。气候炎热干燥时，终凝后即可遮盖洒水养护，防止烈日暴晒。

底节沉井混凝土养生强度必须达到100%，第二节强度达到70%时才能下沉。混凝土强度达到2.5Mpa时，混凝土顶面可凿毛。 3.6 拆模

在混凝土强度达到2.5Mpa以上时，方可拆除直立的侧面模板，且应先内后外。当混凝土强度达到70%后，方可拆除隔墙底面、刃脚斜面的支撑与模板。拆模顺序为：井孔模板、外侧模板、隔墙支撑及模板、刃脚斜面支撑及模板。

拆除隔墙及刃脚下支撑应对称依次进行，宜从隔墙中部向两边拆除。拆除时可先挖去支撑架垫木下面的砂，抽出支撑架及垫木。当支撑排架顶面或底面设有楔形木时，可先打掉楔木，然后再拆除支撑。

拆模后、下沉抽垫前，仍需将刃脚下回填密实以防止不均匀下沉，保证正确位置下沉。 3.6.1 抽除垫木

抽除垫木是沉井下沉的开始，也是下沉过程中的重要工序。 （1）准备工作

垫木编号：

a.为使抽除垫木时在沉井内外能很好地配合，有条不紊地进行，要对垫木进行分组编号。分组编号次序应按拟定的次序用红漆写在沉井内外井壁上。

b.清理现场及材料准备

在抽除垫木之前应将井内外的碎木块、碎混凝土块等清除干净，同时应备好回填时用的砂石材料以及开挖回填工具。

c.下沉量观测

在沉井模板拆除后，抽除垫木前，由经理部工程部进行刃脚高程测量和沉井中线测量，在沉井四

脚井壁上做出标尺，绘出沉井中心线标记。在抽除垫木时，每抽出一组应对沉井四角高程变化观测一次，如发现沉井向一侧倾斜过大时，应采取措施。 （2）抽除垫木

在抽除垫木时必须统一指挥，按分组、对称、同步地进行抽除工作。待同一编号的垫木抽完并进行回填后，方可抽除下一组垫木。 （3）沉井内外的回填

垫木每抽完一组必须及时回填，回填材料以粗中砂为宜。回填料不得从井内或筑岛上挖取，以防造成沉井歪斜。回填高度以最后分配在定位垫木上的重力不致压断垫木以及垫木下土的承载应力不超出岛面极限承压力为准，必要时可加高回填或在隔墙下进行回填来满足要求。 3.7 沉井下沉

由于河床地质情况为卵石土和圆砾土，透水性虽强，沉井埋深较浅，通过从井孔内挖土，清除刃脚下阻力，依靠自重克服井壁磨擦力下沉。采用电动离心泵和污水泵抽水，人力或风镐开挖。

从地面或筑岛面开始开挖下沉时，应先将刃脚内侧的回填土分层挖除，开挖顺序同抽垫，4个定位垫木处的土最后挖除。在一层全部挖完后，再开始挖第二层。 3.7.1 压浆止水

由于卵石土透水性大，抽水有困难，可在井壁1.5m外的周围土层中钻孔压浆封闭。

压浆使用压浆泵进行。拌制灰浆的砂粒径小于0.5mm，水灰比采用1:0.8，先压注的浆要稀，以后逐渐加稠。水泥与砂的配合比从1:0.5，逐步改用1:1、1:1.5、1:2。掺用2%~4%的氯化钙作为速凝剂。 3.7.2 土层中开挖下沉

卵石土层中，当沉井下沉到刃脚与井中部土面齐平时，在中部先向下挖深约40cm~50cm，并逐渐向四周均匀扩挖，到距刃脚约1m时开始分层挖除刃脚内侧的土台，使沉井挤土下沉。

圆砾土层中，刃脚内侧土挖平后，沉井下沉很少或不下沉时，可从沉井中部再向下挖深约40cm~50cm，并逐渐向四周均匀扩挖，使沉井平稳下沉。

3.7.3 片麻岩中开挖下沉

沉井下沉至岩层时，风化或软质岩层采用风镐等铲除，较硬的岩层采用打眼放炮。井内中部岩层如石质不好，可最后挖除；如石质好，可以不动。刃脚下岩层采用跳槽法开挖。即沿刃脚周长等分成若干段（每段长约1m）,先隔一段挖一段，留下定位承垫处，将其余各段全部挖掉，待清除残渣用较小粒径砂砾回填刃脚后，再挖除定位承垫处岩石，然后逐步挖除回填料使沉井均匀平稳下沉。

开挖岩层时可先打斜炮眼，其斜度大致与刃脚内侧斜面平行，并伸出刃脚15cm~20cm，使开挖宽度超过刃脚5cm~10cm，开挖深度为40cm。每一炮的装药量超过0.2kg，选用毫秒爆破器使电雷管各炮分开起爆。

井下爆破时，一切工作人员要全部撤到安全地方，待爆破完毕立即开始抽水。 3.7.4 井内排水及出土

开挖时，应先选择适当位置挖掘较深的集水坑以便于抽水。井内出土采用墩旁搭设井架用卷扬机起吊。

3.7.5 注意事项

开挖时随时注意土层的变化情况，严格控制刃脚附近除土深度，注意分析发出的声响，慎防翻砂涌水。备好一旦发生翻砂涌水时工作人员出井的设备；保证井顶卸土或换装时不向井下掉土。弃土不得靠近井壁，避免对沉井发生一侧超载压力引起沉井偏斜。

3.8 沉井接高下沉

当底节沉井下沉到适当高度后，接高第二节沉井。接高时沉井的顶面距地面应不小于0.5m，距水面不小于1.5m。接高前应尽量纠正倾斜和正位，并使接高后各节竖向中轴线在一条直线上。

接高模板不得直接支撑在地面上，并应考虑沉井接高加重后，模板不与地面接触。为保证上下节间紧密结合，将下节混凝土顶面凿毛，并设连接钢筋，增强其连接强度。

接高前不得将刃脚掏空，必须时应在刃脚下回填或支垫，防止突然下沉。

沉井下沉接近设计标高前2m，应控制井内除土

量，调整沉井，避免沉井发生大量下沉或大的偏斜。

当第二节沉井下沉至顶面露出水面0.5m时，应设置防水挡土墙围堰以方便墩身的施工，再继续下沉至设计标高。 3.9 沉井基底清理

在沉井下沉到设计标高后，应对基底按设计要求进行清理，为封底做好准备。在岩面较平，刃脚与岩面吻合较好，局部最大孔隙在20cm以内，渗水量小的情况下，可用水泥砂浆封堵刃脚后排水清基。

清基时应将风化岩层全部凿除，沉井封底面进入新鲜岩层深度要满足设计要求。当新鲜岩面高低不平时，基底要凿成凹凸的台阶状。 3.10 沉井封底灌注方案

考虑到整个沉井封底混凝土方量较大且面积较宽，采用导管法灌注水下封底砼，分两次封底。 3.10.1 准备工作

在沉井两半圆孔内钻眼放炮爆出一上口直径约1.0m下口直径约0.5m、中心深度为0.8m的圆锥形基坑，

炮眼直径φ40ｍｍ，中心眼装2节药，其余装1节药。基坑开挖完后，清除沉井底的残渣、泥砂等。

安装好导管、漏斗，导管插入沉井锥形基坑内（距坑底0.3m）。 3.10.2 水下封底砼灌注

混凝土灌注准备两台混凝土搅拌机搅拌混凝土，混凝土标号为C20，在灌注过程中要保证混凝土和易性，并控制好混凝土的坍落度（混凝土的坍落度控制在13～16cm内）。

考虑到锥形基坑的体积和导管的埋深(导管埋深约40cm左右)及翻浆情况，第一斗混凝土方量约2m3左右，并将搅拌好混凝土装入大漏斗后，并快速将管口塞拨出，使混凝土通过导管压入沉井锥形基坑内，一次并埋住导管，然后不断吊送混凝土入漏斗进行灌注。

待一侧沉井封底砼达到设计要求后，将导管及漏斗提至另一侧继续灌注封底砼。 3.10.3 注意事项

（1）要求导管气密性良好。

（2）石料级配良好（2～4cm），保证砼的和易性及

控制好坍落度。

（3）砼灌注连续不断、快速进行。 3.11 井内填充及井顶盖板浇注 3.11.1 井内填充

当沉井封底混凝土养生达到设计强度后，抽净孔内的水，刷洗清除混凝土表面的淤泥、浮浆等杂质，按设计要求填充M10片石混凝土。 3.11.2 井顶盖板浇注

盖板为1.0m厚C15混凝土。井内填充完后，直接在填充片石混凝土面上接好钢筋，浇筑混凝土。 4 沉井下沉施工测量

沉井下沉施工测量包括：沉井底面中心位置、顶面中心位置、刃脚标高、下沉深度、偏斜及扭转情况、正位情况和沉井接高测量。

沉井在施工过程中其中线、标高是经常变动的，为及时准确地测得下沉中沉井位置，须在制作第一节沉井时建立好中线桩和水准点，并保证第一节沉井中线在设计位置，刃脚在同一水平面上。在沉井拆模后尚未拆除支垫前，在沉井内侧、外侧用红铅笔画出纵横向中心线以及刃脚为水准基面的水准标

尺。在沉井接高过程中需将纵横向中心点转引到沉井顶面，接长水准标尺。 4.1 沉井中心测量

事先在墩位设纵横中心线的固定标志桩，用经纬仪、钢尺直接测量沉井的中心位置。 4.2 沉井接高测量

在沉井接高时，刃脚底平面和中线应逐节向顶面转引，保持刃脚平面与井顶平面平行，使沉井竖向中轴线为一直线。

沉井模板初步立好后，采用悬吊垂球法将沉井中心引至模板顶面。并以此为准，检查调整模板平面尺寸到正确位置，使模板立面与沉井竖向中轴线平行。然后再计入由于倾斜所产生的纵横向偏移值，即可得出接高后沉井顶面中心。 5 沉井下沉技术要求及纠偏

5.1 沉井下沉技术要求

沉井下沉标高应符合设计要求；沉井底面中心和顶面中心的纵横向偏差不大于沉井高度的1/50。沉井斜度不大于1/50。

5.2 沉井偏差原因及预防措施

沉井下沉过程中发生偏差的原因及预防措施 序号 产生原因 1 筑岛被水流冲坏或沉井一侧的土被水流冲空 2 沉井刃脚下土层软硬不均 预防措施 事先加强对筑岛的防护，对水流冲刷的一侧可抛卵石或片石防护 随时掌握地层情况，多挖土层较硬地段，对土质较软地段应少挖，多留台阶或适当回填和支垫 3 4 5 6 没有对称地抽出垫木或未及时回填夯实 除土不均匀，使井内土面高低相差过大 刃脚下掏空过多，沉井突然下沉 刃脚一角或一侧被障碍物搁住没有及时发觉和处理 7 井外弃土或河床高低相差过大，偏土压对沉井的水平推移 8 排水开挖时，井内大量翻沙 认真制订和执行抽垫操作细则，注意及时回填夯实 除土时严格控制井内泥面高差 严格控制刃脚下除土量 及时发现和处理障碍物，对未被障碍物搁住的地段，应适当回填或支垫 弃土应尽量远弃，或弃于水流冲刷作用较大的一侧面，对河床较低的一侧可抛土（石）回填 刃脚处应适当留有土台，不宜挖通，以免在刃脚下形成翻沙通水通道，引起沉井偏斜 9 土层或岩面倾斜较大，沉井沿倾斜面滑动 在倾斜面低的一侧填土挡御，刃脚到达倾斜岩面后，应尽快使刃脚嵌入岩层一定深度，或对岩层钻孔，以桩（柱）锚固

5.3 沉井纠偏方法 5.3.1 偏除土纠偏法

对于入土不深的沉井可采用偏除土法纠偏，在刃脚高的一侧除土，刃脚低的一侧支垫，随着沉井的下沉，倾斜即纠正。

纠正位移时，先有意地偏除土使沉井向偏位方向倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直到沉井底面中心与设计中心位置相重合或接近时再将其纠正。如位移量较大，一次完不成，可反复进行几次，使其逐渐移近中心位置，最后调整到使倾斜和位移都在允许偏差范围内为止。 5.3.2 加压法

在井顶施加水平力，刃脚低的一侧设支垫，反方向设滑车组及平衡重牵引纠偏。纠偏时在低的一侧用5~6组圆木支于沉井外壁预留的缺口内，圆木与井壁呈30°左右夹角，下面用枕木垫牢，在高端设滑车组，一端拉于沉井顶部，另一端固定于附近特设的地锚（或已沉入沉井）上，并加设平衡重增加持续拉力进行牵引，同时在井内配合除土纠偏。 5.3.3 增加偏土压纠偏

在沉井偏斜的一侧抛石填土，使该侧土压力较另一侧大，从而纠正沉井的偏斜。 6 结束语

沉井基础主要适应于地下水比较大、基岩埋置比较浅、地质情况比较单纯的地方施工，其相比钻孔桩基础投资较小。

在沉井施工中应时刻注意沉井内、外及周围的土层变化和涌水情况，在下沉时应对称开挖均匀沉降，及时纠编。

参考文献

1 铁道部第三工程局，铁路桥涵施工规范，铁道部建设司标准科情所组织出版、发行。

2 路桥集团第一公路工程局，公路桥涵施工技术规范。