12根式沉井基础施工工法081230 - 图文

根式沉井基础施工工法

中交第二公路工程局有限公司 路桥集团国际建设股份有限公司 （霰建平 任回兴 薛光雄 米长江 杨江虎）

1.前言

根式基础是采用沉井预留顶推孔，待沉井下沉到设计标高后，在土层中顶推预制好的根键，在保证根键与沉井固结后形成一种仿生基础，由于顶推根键的挤密和应力扩散作用充分调动了基础周边土体的承载潜力，使得抗压时基础底部得以“卸载”，承载力得以提高，同时因根键与周围土体的紧密嵌固作用也使得基础的抗拔承载力和水平承载力得以提高，大大降低了基础规模和工程成本。

从施工角度讲，根式基础作为一种新工艺，自2006年开始实施以来，经过三年多的实践和总结，目前已在多个建设项目顺利施工完成了数个根式基础，形成了一套较为成熟的施工方法。

中交第二公路工程局有限公司、路桥建设股份有限公司、安徽省高速公路总公司等单位在合淮阜九标跨淮河大堤桥23#、24#主墩，以及马鞍山长江公路大桥5#、6#根式沉井基础中，成功完成了6个根式沉井基础，通过不同地质水文条件下的成功实践，总结出了包括沉井预制下沉、根键顶进、设备配置、根键止水等工艺在内的一整套施工方法。

由于在施工环节，根式沉井基础相对于大型沉井基础而言，风险降低、难度较小、质量更易保证、进度快、投入小；更重要的是根式基础提高了承载力而降低了工程成本，经济效益显著，必将得到广泛的推广和应用。结合施工实践总结编写形成工法，指导类似工程施工。其关键技术经安徽省科技厅组织多名院士、专家鉴定，达到国际领先水平；其核心技术“根式基础推施工成套装置”（ZL 2006 2 0075410.5）及“根式基础及锚碇的根键止水装置” （ZL 2007 2 0044402.7）获国家专利。

2.工法特点

2.1沉井化整为零、规模较小，入土深度较小，与传统的大规模沉井相比，施工难度降低，尺寸精度更易控制，质量显著提高；

2.2根式沉井首节浇注荷载集中，地基应力要求较高，对于软质地基需进行必要的加固处理；

2.3根式沉井接高方便快捷，采用全断面接高，砼方量小且供应强度要求较低；

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2.4根式沉井下沉由于沉井尺寸较小，首节下沉采用定位框导向、下沉过程中井顶压重、井侧纠偏定位等措施实施更方便；

2.5沉井结构轻巧、壁厚较薄，下沉系数小，必须采取空气幕辅助下沉措施。 2.6根键从沉井壁上的预留孔顶入土层，根键预制、预留孔设置等环节的匹配十分关键； 2.7采用特制千斤顶顶进根键，顶进阻力较大，为实现快速顶进，要求设备吨位大、行程大且连续。

2.8根键顶进过程中，随着根键端部与土体的接触，必然出现渗水，尤其是透水层。施工过程中必须综合采取多种措施止水，降低顶进难度。

3.适用范围

本工法适用于以下条件:

3.1 承受较大竖向荷载，尤其承受上拨力的桥梁及其它工程结构基础；

3.2 非岩质地层条件，尤其适用于长江、淮河、黄河等水域中下游土质、砂质地层； 3.3 无地表水，或水深小于5m的施工环境；

图3-1 根式沉井一般平面图

4.工艺原理

4.1沉井分节接高、下沉到设计标高。

4.2沉井浇注时，在井壁上预留根键孔，并在井壁外侧安装特制封堵板隔离沉井与土体；沉井下沉到位后，安装提前匹配预制好的根键入孔，采用特制千斤顶顶破封堵板并进入土体至设计位置。

4.3通过井壁预留孔上的外钢套、根键末端的内钢套及根键预制模板之间的匹配，实现

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根键与预留孔的高精度匹配，降低根键顶进难度。

4.4根键全部顶进完成后，浇注内衬砼将根键尾部外露端与井壁固结，形成整体、共同受力。

4.5沉井接高下沉及根键顶进全过程，通过井壁封堵板防水——根键与井壁预留孔之间的橡胶止水带、挤密式构造止水——根键末端与井壁之间填塞速凝砼止水——根键全部顶进完成后浇注内衬永久止水等综合措施，顺利实现止水。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1根式沉井施工工艺流程图见图5.1-1。

陆地水中浇注地基处理平台搭设首节浇注导向框架安装首节下沉首节下放下放悬吊设施安装抓斗取土第二节接高下沉部分降排水抓斗取土第三节接高下沉空气幕助沉抓斗取土其它节接高下沉下沉到位井底清理封底施工止水措施根键预制根键顶进部分降排水井顶围堰内衬浇注

图5.1-1 根式沉井施工工艺流程图

5.2 具体工艺及操作要点 5.2.1首节沉井浇注

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根据施工条件的不同，首节沉井浇筑通常分为：陆地上就地现浇下沉、水中利用平台浇筑下放。

1、浇注地基处理

本小节适用于陆上浇筑首节沉井。

首节沉井浇筑地基承载力一般要求不小于150Kpa，对于软质地基要求进行地基处理，具体处理可采取以下工艺：

⑴ 对原地面开挖换填砂垫层，换填厚度根据压力扩散及持力层地基承载力计算确定，通常在1.5m左右；

⑵ 砂垫层顶面铺设垫木扩散砼浇筑压力。

地基处理完成后，精确放出沉井中点、轴线、内外轮廓线，复测无误后，以此为依据铺设底模、内模，安装钢筋。

2、浇筑平台搭设

本小节适用于水中浇筑首节沉井。

采用履带吊、沉桩机悬臂法施工完成平台，或具备水上施工条件时采用浮吊、打桩船水上施工完成浇筑平台。

浇筑平台的布置应综合考虑后期悬吊下放系统、反压支撑系统等要求。 3、导向框支架的安装

采用直径60cm以上的钢管作为导向框的立柱，插打入土8m以上深度，外露8m左右高度，以此为依托，间隔2~3m布置一层导向框。

导向支架兼作沉井接高时，砼、钢筋施工平台。 4、首节钢筋安装

底模、内模安装完成，并检校平面偏位及垂直度复核墩柱施工要求后，开始钢筋安装。 钢筋在后场指定地点进行加工，并利用吊装机具配合现场绑扎安装，钢筋在现场采取焊接接长。

钢筋在绑扎过程中应注意预留孔处沉井外壁钢板的安装，以及空气幕管道、气龛木块的安装固定

钢筋的制作及安装满足公路桥涵施工技术规范和公路工程质量检验评定标准要求。 5、首节模板安装

根式基础沉井采用大块钢模板翻模施工，钢模板宜委托专业的钢结构加工厂加工，加工质量满足施工规范和组合钢模板技术规范要求。

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模板表面涂脱模剂后采用吊车配合人工安装就位，安装中采用全站仪精确定位，并通过垫块保证足够的保护层厚度。

6、首节砼浇注

砼浇注宜采取气车泵泵送入模，提高效率。

浇注过程应放慢刃脚部分的浇注速度、加强刃脚砼的振捣。竖向上应分50cm一层分层布料振捣。对于砼浇注高度超过2.0m的布置溜槽防止砼离析或布料不均匀。

5.2.2首节下沉或下放

1、悬吊系统安装，利用悬吊系统下放首节

以平台为依托，在平台顶面安装悬吊系统，悬吊梁应高出沉井顶面2m以上，以布置吊杆系统。

对称布置4个吊点，采用千斤顶提升首节沉井脱离平台，抽出平台分配梁后，下放首节沉井至入土。

2、下沉导向

利用3层以上的导向框安装导向滚轮，对首节沉井下沉全过程实现严格的导向，防止偏位和倾斜。

3、垫木抽除

垫木的抽除分四个区域，由四个小组对称同时进行。每拆除1根垫木后，及时回填粗砂。

刃脚下全部回填，以保证垫木在全部拆除后，其地基应力不超出极限承载力。垫木每抽除一组，及时量测倾斜及下沉情况，以便纠偏。

4、井内取土

下沉采用一台50吨履带吊车悬吊1.2方抓斗进行挖土下沉施工。

挖土按从沉井中心向刃脚的顺序进行，在中间形成锅底形状。开挖至刃脚处，人工开挖。人工开挖将作为控制沉井均匀下沉，防偏的一个重要手段。施工中应做到“勤测勤纠，随偏随纠”。

5、下沉到位

首节下沉至地面以上外露高度在2m左右时即可停止。并认真检查井顶偏位情况和内壁倾斜情况。

5.2.3沉井接高 1、接高前的加固处理

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首节沉井施工下沉到位接高第二节沉井前，采取回填砂填埋刃脚的办法，使沉井第二节接高施工过程有一个稳定的地基支撑条件。

对于初期下沉的几节沉井，当刃脚尚未进入较好持力层时，也应通过接高稳定性计算确定接高前的地基加固措施。

2、沉井接高高度

考虑施工安全性和工程进度，沉井接高高度一般在4至10m之间，并应遵循以下原则：接高后地面以上高度不超过沉井入土深度；接高状态，地基承载力足够，下沉系数小于0.85。

3、沉井接高质量要求

沉井接高应采取每接高一次检查一次的频率，并参照《公路桥涵施工技术规范》，满足以下质量要求：

表5.2.3-1 沉井接高质量要求

项次 1 检查项目 各节沉井混凝土强度（MPa） 长、宽 半径 混凝土 钢壳和钢筋混凝土 规定值或允许偏差 在合格标准内 ±0.5％边长，大于24m时±120 ±0.5％边长，大于12m时±60 ＋40,－30 ±15 检查方法 按JTJ 071-98附录D检查 用尺量 2 沉井平面尺寸 （mm） 井壁厚度 （mm） 3 沿周边量4点 5.2.4其它节沉井下沉 1、下沉前的准备

下沉前要做好以下准备工作：空气幕试运转、沉井上的附着物清理、导向框安装调整等。

2、下沉计算

沉井施工前，应结合地质情况、接高下沉工艺，进行下沉计算，并根据计算得出的下沉系数，调整工艺，最终满足：接高稳定系数和下沉系数均不小于1.15。

3、下沉过程中的导向与纠偏

下沉过程中通过导向框上的滚轮和井壁之间的滚动接触进行导向。 纠偏采用偏出土、反向空气幕措施。 4、沉井终沉质量要求

沉井下沉到设计标高后，及时检测，并参照《公路桥涵施工技术规范》，满足以下要求：

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表5.2.4-1 沉井终沉质量要求

项次 1 2 3 4 检 查 项 目 沉井刃脚高程(mm) 顶、底面中心偏位(纵、横向)(mm) 沉井最大倾斜度(纵、横方向)(mm) 平面扭转角(°) 规定值或允许偏差 符合图纸规定 1/50井高 1/50井高 1 检 查 方 法 用水准仪检查 用经纬仪检查 吊垂线检查 吊垂线检查垂直两方向 5.2.5空气幕助沉

由于根式基础自重轻，下沉深度大，且进入土层主要为砂层，极限摩阻力及承载力均较大，沉井单靠取土方式下沉，下沉系数过小，必须采用空气幕的方式助沉。

1、喷气孔及气龛形式

气龛凹槽的形状采用棱锥形，喷气孔均为直径?1mm的圆孔。气龛大样图如图5.2.3-1所示。

图5.2.5-1 气龛大样图

2、气龛布置原则及密度

气龛布置上疏下密，成梅花形分布。为防止气流从沉井上下泄露，在井顶上部5m及刃脚以上3m范围内不布置气龛。

气龛密度按平均影响面积An =1.2m2/个计算。在沉井最下方15m范围内（刃脚3m范围不计），气龛按水平1.0m，纵向1.0m间距梅花形布置，以上15m部分按水平1.4m，纵向1.0m间距梅花形布置。气龛沿沉井壁水平分4区，竖向分层对称布置。各区供气管道独立，可单独控制。

3、气龛预留与开孔

气龛施工时，用木材制成设计的气龛形状，与水平管相接触的部分做成1.5cm高相匹配的弧线形。水平管上用电动手枪在相应位置钻1mm直径的孔，孔与水平方向呈30度角，

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用宽约1cm的橡皮条套在水平管钻孔位置，防止沉井在下沉过程中砂石堵塞气孔。混凝土浇筑、养护完成拆模后，将木气龛凿出，露出水平管，并用小刀将橡皮条沿气孔两侧的竖向划两刀，以利于空压机在送风时将橡皮条冲开。

4、送风压力及供风量

送风压力大于气龛入土深度理论水压的1.6～2.0倍，所以送风压力应不小于7个标准大气压。

以每个气龛耗风量不小于0.02～0.025m3/min计算总供风量，并按1.1的富余系数配备相应的空压机。

5、井壁内供气管的布置

井壁内预埋竖管及水平管，竖向主送气管采用内径26mm的钢管，水平管采用内径22mm的带钢丝塑料管，沉井浇注施工时预埋。

6、空气幕开启与关闭

送风顺序：由上而下进行，直到全部开通。送风时间不宜过长，长时间送风，在气体的作用下会造成井壁土壤液化，容易堵塞喷气孔。

停风时，从下到上停止，停风时要缓慢，避免突然停风，使气完处形成负压，将泥土挤人风管内，堵死喷气孔。

5.2.6降排水施工

为降低沉井下沉过程中的浮力、增大下沉系数，以及在根键顶进过程中降低水压、利于止水，宜采用降排水措施。

1、降水井井位布置

降水井距沉井外轮廓不宜超过8m，两井之间间距控制在15m内，井深应超过降水深度10m。

2、降水井结构

降水井可采用井径600mm，成井管径377mm。根据降水深度要求确定滤水管、白管长度。 3、排水方法

降水井中的水通过潜水泵抽至排水沟内，然后由排水沟排到小河内，流至江中。 4、降水运转与监测

管井运行后要连续工作，现场有双电源以确保连续抽水，控制柜由专人值班看护，现场还配备了管井和水泵维护人员。

在正常抽水过程中，每天定时做好观测记录，对流量、地下水位、周边地面沉降均按

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规定要求做好观测记录。施工过程中未发现异常情况。

5.2.7封底施工 1、封底前井底的清理

当沉井下沉离设计标高约差2m时，开启空气幕助沉，使沉井逐渐下沉到设计标高，避免对基底土层的扰动过大。

沉井下沉到位后，用9m3空压机接气管将沉井刃脚冲洗干净并使持力层锅底趋于平坦。 2、水下砼浇筑

沉井内径在3m以内，导管在超压力作用半径取4.5m，单根导管即可满足沉井封底砼的浇筑。

封底混凝土性能应满足流动性好、早强，初凝时间>20h，坍落度18～22cm。 混凝土顶面标高允许偏差±50mm。 3、沉井内抽水

封底砼强度达设计要求后，进行沉井内抽水。用2台15KW高压水泵在3小时内可抽完水。抽水检查封底砼质量良好，封底砼顶面浮浆及泥砂用高压水枪冲洗后抽至井外。

5.2.8根键预制与顶进 1、根键内外钢套及钢模板制作

根键钢套和模板由钢结构加工厂匹配加工，内外钢套在固定的钢桁架胎模上匹配加工，统一编号。根键内外钢套和模板加工尺寸及焊缝质量满足《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）第9章、《组合钢模技术规范》、《钢结构工程施工质量验收规范》及其他国家行业标准要求。

表5.2.8-1 根键内外钢套加工及安装控制偏差

项次 检 查 项 目 1 2 规定值或允许偏差 检 查 方 法 用尺量 用尺量 用全站仪检查 内、外钢套尺寸（截面、长度）（mm） 3 外钢套安装 平、竖向位置（mm） ±20 径向角度（2） 1 外钢套靠沉井外侧安装高密度聚乙烯板挡水板，用φ12螺栓固定在外钢套上。该挡水板在沉井下沉施工过程中状况良好。

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图5.2.8-1 外钢套进场检验 1、根键预制场地硬化

图5.2.8-2 安装好的外钢套

首先将预制场地内表层种植土挖除，回填50cm厚片石并压实，然后浇筑15cm厚C20混凝土并找平作为预制场。预制场内铺设枕木并调水平，枕木上支放根键预制底模作为根键预制台座，顶模周转使用。

3、根键钢筋笼制作

根键钢筋笼钢筋专门安排2名工人利用钢筋弯曲机预制，分类编号、挂标识牌后堆放在指定区域内。

钢筋笼制作满足《公路桥涵施工技术规范》要求。 4、模板安装、钢筋笼安装

根键底模安放在枕木并调平垫实→安装内钢套及钢刃刀→安装钢筋笼，注意保护层厚度并与钢刃刀焊接→焊接顶板→安装根键外模。

5、混凝土浇筑

根键混凝土采用级配为5－25mm的细石子商品混凝土，坍落度控制在140±200mm，由砼罐车运至施工现场后利用自制小吊斗浇筑，用直径2.5cm的小振捣棒振捣密实。由于根键钢筋紧密，混凝土浇筑要缓慢，勤振捣，确保混凝土振捣质量。振捣时注意对检测原件和测试线的保护。

6、根键堆放

根键保湿养生达到吊装强度后（设计强度的70％），按内外钢套匹配的编号进行统一编号，按“先顶进在上、后顶进在下”的原则堆放，便于根键顶进时的吊装。根键堆放区挂放标识牌，以免根键受到碰撞。

7、根键顶进装置

根键顶进装置主要包括360°回旋可调顶进平台、4台5t慢速卷扬机组、100-300t防回缩大行程多级千斤顶、300t大行程快速顶进千斤顶等。

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