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​四川乐山桥梁拆除沉井下沉的助沉和纠偏

futao 拆除工程 2019-04-25 604 0 桥梁沉井
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四川乐山桥梁拆除沉井下沉的助沉和纠偏

(一)沉井下沉的助沉措施

1.临时助沉措施

一般当下沉至最后阶段时,沉井接高已完成,沉井自重达最大,井底已接近设计高程,井侧土质较好时,井壁摩阻力很大,有的井底开始进入持力土层,急剧增大的阻力使下沉受阻,可采用下述临时助沉措施。

(1)压重或抽水助沉

沉井圬工尚未接筑完毕时,可利用接筑坊工压重助沉,也可在井壁顶部用钢铁块件或其他重物压重助沉。除为纠正沉井偏斜外,压重应均匀对称旋转。采用压重助沉时,应结合具体情况及实际效果选用。对于不排水下沉的沉井,可在井孔中强制性排水,尽量减小浮力影响,降低井孔内的水位而相对增加自重。对于易引起翻砂、涌水地层,不宜采用抽水助沉方法。

(2)高压射水助沉

黏土的摩阻力与含水率有关,当沉井周边是黏土层时,可在上部尽可能贴着井壁挖深槽,在槽中沿井壁插管均匀射水,达到降低摩阻力助沉的目的。在一个沉井内只可同时开动一套射水设备,并不得进行除土或其他起吊作业。射水水压应根据地层情况、沉井入土深度等因素确定,可取1~2.5MPa。

(3)炮振法助沉

一般不宜采用炮振助沉方法。在特殊情况下必须采用时,应严格控制用药量。在井孔中央底面放置炸药起爆助沉时,可采用0.1~0.2kg,具体使用应视沉井大小、井壁厚度及炸药性能而定。同一沉井每次只能起爆一次,并应根据具体情况,适当控制炮振次数。

2.助沉设计

助沉设计涉及的内容很多,实际上,在构造上采用沉井外壁为台阶式或斜坡式等都是为降低井壁摩阻力而采取的措施。对于下沉较深的沉井,井侧土质较好时,井壁与土层间的摩阻力很大,采用增加壁厚或压重等方法受限时,通常可采用泥浆润滑套法和空气幕法降低井壁阻力,辅助沉井下沉,该方法需要在沉井制造中预先于井壁预埋管组。

(1)泥浆润滑套下沉法

泥浆润滑套下沉沉井,是通过在沉井外壁周围与土层之间压入泥浆隔离层而形成泥浆润滑套,利用泥浆润滑套减低沉井下沉中的摩阻力(可降低至3~5kPa,一般黏性土为25~

50kPa)。施工实践证明,泥浆润滑套沉井施工进度快,特别是在细、粉砂中效果尤为显著;可有效减轻沉井自重,甚至可以采用薄壁轻型沉井;下沉稳定,深度大,倾斜小,容易纠偏、施工稳定性好,在旱地或浅滩上应用效果较好。

选用的泥浆应具有良好的固壁性、触变性和稳定性。泥浆通常由膨润土(35%~45%)、水(55%~65%)、化学处理剂碳酸钠(0.4%~0.6%)配置而成,且应保证其具有良好的固壁性、触变性和胶体率,泥浆配合比和泥浆性能各项指标应符合《公路桥涵施工技术规范》

(JTG/TF50-2011)的规定。

用泥浆套下沉的沉井结构中,为保证压注泥浆并形成完好的泥浆套,需设置储浆台阶、压浆管、泥浆射口挡板和泥浆地表围圈(图6-15)。储浆台阶多设在距刃脚底面2~3m处,对面积较大的沉井,台阶可设在底节与第二节接缝处。台阶的宽度就是泥浆套的厚度,一般宜为

0.1~0.2m。

图6-15泥浆润滑套示意图(尺寸单位:mm)

图6-15泥浆润滑套示意图(尺寸单位:mm)

压浆管一般预埋在井壁内(内管法),如井壁较薄,也可设置在壁外(外管法),通常用管径438~050mm的钢管制成,沿井周边每3~4m布置一根,射口方向与井壁一般成45°角。射口挡板可用角钢和钢板弯制,置于储浆台阶上的压浆管出口,以防止泥浆直冲土壁,避免土壁局部塌落堵塞出浆口(图6-16)。在地面处沉井外围要埋设保护泥浆的围壁,称为泥浆地表围圈(图6-17),其作用是确保沉井下沉时土壁塌落,防止表层土塌落在泥浆内,储存泥浆,保证在沉井下沉过程中泥浆补充到新造成的空隙内;泥浆在围圈可流动,以调整各压浆管出浆的不均衡。地表围圈高度一般为1.5~2.0m,顶面高出地面或岛面约0.5m,圈顶面宜加盖,以防土石落入或流水冲蚀。

图6-16泥浆射口挡板(尺寸单位:mm)

图6-16泥浆射口挡板(尺寸单位:mm)

图6-17泥浆地表围圈(尺寸单位:cm)

图6-17泥浆地表围圈(尺寸单位:cm)

沉井下沉至设计高程后,应设法破坏泥浆套,排除泥浆,或用水泥砂浆换置泥浆,以恢复和增大井壁摩阻力。存在的问题是:当基底为一般土质时,因井壁摩阻力小,致使刃脚对地基压力过大,容易造成边清基边下沉,应加以注意。此外,该法不宜在容易漏浆的粗粒土层中(卵石、砾石等)应用。

(2)空气幕法

空气幕法又称壁后压气法,通过向预埋在井壁周围的管组送入压缩空气,由井壁喷气孔(称为气斗)喷出,在水下形成气泡,再沿外井壁上升,形成一圈气压层(称为空气幕),使其周围土松动或液化,减小了井壁与土间的摩阻力,促使沉井顺利下沉。

图6-18空气幕沉井压气系统构造

图6-18空气幕沉井压气系统构造

1-压缩空气机;2-储气筒;3-送气管路;4-沉井;

5-井壁竖直气管;6-井壁环形水平气管;7-气斗;

8-气斗中的喷气孔

空气幕沉井适用于地下水位较高的细、粉砂类土及黏土层中。其优点是:施工设备简单,经济效果较好;下沉中要停要沉容易控制;可在水下施工,不受水深控制;下沉完毕后,土对井壁的摩阻力可基本恢复,避免了泥浆套下沉摩阻力不易恢复的缺点。

空气幕法是一种先进的助沉方法,在桥染建设中应用较多。我国著名的江阴长江公路大桥(主跨1385m悬索桥),其主塔北锚淀特大基础就是采用空气幕沉井(图6-2),是当今世界最大的沉井。

空气幕沉井在构造上增加了一套压气设备,该系统由气斗、井壁内预埋管、压缩空气机、储气筒及送气管路等(图6-18)。

气斗的选型应以布设简单、不易堵塞、便于喷气扩散为原则,常采用150mm×50mm棱锥形,喷气孔直径为1mm(图6-19),气斗喷气孔数量应以每个气斗所作用的

有效面积决定。气斗可按下部为1.3m2/个、上部为2.6m2/个考虑,喷气孔平均可按1.0~

1.6m2/个考虑。气斗喷气孔布置按等距离分布,上下交错排列,距刃脚底面以上3m左右可不设置,防止压气时引起翻砂。

井壁内预埋管一般为环形管与竖管,根据施工设备条件和实际情况确定,喷气孔是设在环形管上,还是只设在竖直管上,管尾端应有防止砂粒堵塞喷气孔的储砂筒设施。

图6-19气斗构造(尺寸单位:cm)

图6-19气斗构造(尺寸单位:cm)

风压机应具有设计要求的风压和风量,风压应大于最深喷气孔处的水压力加送气管路损耗,一般可按最深喷气孔处理论水压的1.4~1.6倍考虑;风量可按喷气孔总数及每个喷气孔单位时间内所耗风量计算。

地面风管应尽量减少弯头、接头,以降低气压损耗。为了稳定风压,在风压机与井外送气管间,应设置必要数量的储气风包。

每节沉井下沉前,管道、气斗应经压风检验,如有堵塞,应采取补救措施。

在整个下沉过程中,应先在井内除土,消除刃脚下土的抗力后再压气,但也不得过分除土而不压气,一般除土面低于刃脚0.5~1.0m时,即应压气下沉。压气时间不宜过长,一般不超过5min/次。放气顺序应先上部气斗,后下部气斗,以形成沿沉井外壁上喷的气流。气压不应小于喷气孔最深处理论水压的1.4~1.6倍,应尽可能使用风压机的最大值。

停气时应先停下部气斗,依次向上,最后停上部气斗,并应缓慢减压,不得将高压空气突然停止,防止造成瞬间负压,使喷气孔内吸入泥沙而被堵塞。

沉井空气幕下沉适应于砂类土、粉质土及黏质土地层,对于卵石土、砾类土、硬黏土及风化岩等地层不宜使用。

(二)沉井的纠偏

1.沉井发生偏斜原因

沉井施工中总会发生一些偏斜,所以要随时观测沉井下沉中的位置和方向,当发现与设计位置有较大的偏差时,应及时纠正。纠正前,首先应分析产生偏斜的原因。一般偏斜原因有如下几点:

(1)土岛在水下部分由于水流冲淘或板桩漏土,造成岛面一侧土体松软;或井下平面土质软硬不匀,使沉井下沉不均。

(2)未按规定操作程序对称抽除垫木或未及时填砂夯实,下沉除土不均匀,井内底面高差过大。

(3)排水下沉沉井内除土时大量翻砂,或刃脚下遇软土夹层,掏空过多,沉井突然下沉。

(4)刃脚一侧或一角被障碍物搁住,未及时发现和处理,排水下沉时未按设计要求设置支承点。

(5)井内弃土堆压在沉井外一侧,或河床高低相差过大,偏侧土压使沉井产生水平位移。

对以上产生偏斜的原因应具体分析,并采取相应的预防性措施。

2.沉井纠偏扶正

沉井下沉时应随时进行纠偏,每下沉1m至少检查1次。发现沉井发生偏斜,要进行详细检查分析,针对产生的原因,采取相应的措施,如有障碍物应首先排除,沉井如发生偏斜可采用下述方法纠正。

(1)纠正倾斜

一般可采用偏侧除土方法,即在刃脚较高的一侧除土,在刃脚较低一侧加撑支垫(轨枕或枋木),随着沉井下沉即可纠正。同时还可采用偏压重、顶部施加水平力强制纠偏,对空气幕沉井也可采取偏侧压气纠偏。

(2)纠正位移

可先偏侧除土,使沉井底面中心倾向墩位设计中心,然后均匀除土,使沉井底中心线下沉至设计中心线后,然后再对侧偏除土扶正。

(3)纠正扭转

当沉井中心位置基本符合要求,仅水平角度扭转时,可在一对角线两角偏除土,在另外两角偏填土,借助于刃脚下不相等的土压所形成的扭矩,使沉井在下沉过程中逐步纠正其扭转角度。

一般大型沉井纠偏扶正都是采用多种方法并用,但对于倾斜严重的沉井施加水平力则是必不可少的惯用方法。对于施加水平力方式,其水平力大小的控制则是一个很关键的问题。


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