浮式沉井基礎施工

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，可采用浮式沉井。此法系把沉井底節做成空體結構，或采取其他辦法使其在水中漂浮，用船只將其拖運到設計位置，再逐步用混凝土或水灌注，增大自重，使其在水中徐徐下沉，直達河底。一般在特大河流上多采用鋼質的浮式沉井，在中小河流上則采用鋼絲網水泥薄壁沉井等。浮式沉井在施工技術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。

浮式沉井浮運或下水前，應掌握河床、水文、氣象及航運等情況，并檢查錨碇工作及有關施工設備(如定位船、導向船等)。沉井底節入水后的初步定位位置，應根據水深、流速、河床面高低及土質情況、沉井大小及形狀等因素，并考慮沉井在懸浮狀態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，一般宜設在墩位上游適當位置。在施工中，尤其是在汛期，必須對錨碇設備，特別是導向船和沉井邊錨繩的受力狀態進行檢查，防止導向船左右擺動。沉井落河床后，應采取措施盡快下沉，使沉井保持穩定，并隨時觀測沉井的傾斜、位移及河床沖刷情況，必要時采取調整措施。

1 浮體的穩定性計算

浮式沉井在其浮運、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定的浮體。圖1表示浮體在外力矩M作用下發生傾斜，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生一反向的力偶，抵抗外力矩M。當外力矩消失，此力偶即使浮體恢復水平，這稱為浮體具有穩定性。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

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

式中：I為浮體浸水截面繞傾斜旋轉軸的慣矩，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，取D點的力矩平衡方程式為

當φ角很小時，sinφ≈tanφ，故可寫成

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

2 鋼絲網水泥薄壁沉井

某橋采用的鋼絲網水泥薄壁浮運沉井的構造。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，浮運就位后向內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。鋼絲網水泥薄沉井包括鋼絲網水泥薄壁、橫撐骨架和橫隔板等。前者由鋼筋網、鋼絲網和水泥砂漿組成。鋼筋網焊在橫撐上作為水泥薄壁的骨架，鋼絲網分別鋪在鋼筋網的兩側，抹上水泥砂漿，使之充滿整個鋼筋網和鋼絲網之間的空隙與網眼中，然后再抹上1～3 mm的砂漿作為保護層。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、澆筑混凝土時進行控制。內外井壁的間距，應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操作的方便，一般不得小于0.8 m。

鋼絲網水泥薄壁沉井由于鋼絲網均勻分布在砂漿中，增加了砂漿的內聚力和握裹力，鋼絲網眼分散了砂漿的收縮力，抑制了砂漿裂縫的發生和開展，從而提高了砂漿的抗拉強度和韌性，使鋼絲網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。故而具有以下優點：

(1)結構薄而輕，有足夠的強度和剛度，使用材料節省;

(2)操作簡便，適宜于多點平行作業，且施工時無需模板，可節約木材與鋼材;

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