空气幕在沉井下沉中的应用

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空气幕在沉井下沉中的应用
【摘要】当沉井通过冲吸法、吸泥法下沉无法达到设计位置时,采用空气幕减小沉井外壁摩擦阻力来达到沉井下沉的目的【关键词】空气幕;摩擦阻力;沉井下沉
一、工程简介
武汉鹦鹉洲长江大桥北锚基础采用直径66m总高43m的圆形沉井,井壁厚度为12.3m,井壁上有16个直径8.7m圆孔,中间设厚度1.4m十字隔墙。

沉井分三次下沉,第一次采用冲吸法下沉计10.925m,第二次采用吸泥法下沉计12.751m,第三次采用吸泥法下沉计21.329m,总下沉高度为45.005m。

下沉到设计标高时,其沉井顶面标高为
+19.000,低于地面(+23.000)4米。

沉井外侧面积8911.32m2。

二、地质情况
锚碇处覆盖层厚77.8~81.8m,表部为堆填土,厚度5~8m,堆土中存在巨块石,直径3~4m。

第四系覆盖层上部为②1层软塑状粉质黏土(厚度3.6~4.4m);中部为②4层中密状细砂(厚度20.7~22.0m)、②5层密实状中砂(厚度11.0~12.1m);下部为③1层密实状砾砂(厚度7.6~11.2m)、③2层圆砾土(厚度15.0~16.0m)及③3层可塑状黏土(厚度7.5~10.7m)。

砾砂及圆砾土中含少量卵石,粒径以2~5cm为主,最大粒径10cm左右,卵石成份主要为石英岩、石英砂岩。

采用双桥静力触探4个孔位,受静力触探设备最大触探深度的
限制,每个勘探孔深35m。

双桥触探取得实际数据参见“各深度的极限承载力、侧壁摩阻力曲线图”。

将气龛分布在沉井外壁,分批用管道接致沉井顶部,当沉井在下沉中受阻时,将高压气体通入沉井顶部的管口,气体通过喷气孔射出,将沉井壁与周围土体形成空气带,极大的减少了沉井与周围土体的摩擦阻力,达到下沉的目的。

本工程处的地质以砂土为主,含部分粘土覆盖层,适合采用空气幕进行助沉。

在沉井下沉过程中,采用空气幕助沉可降低沉井外壁的摩阻力,当沉井下放到预定位置后,空气幕停止,沉井外侧的摩阻力会基本恢复。

这就使得在沉井接高阶段的下沉量明显减小,有利于沉井的稳定性。

同时,将空气幕结构分区布置,能随时对各个分区进行控制,还有利于沉井纠偏纠扭施工。

四、空气幕的施工工艺
1.空气幕的制作
用木材加工气龛,在沉井外壁模板上放样,用木胶将气龛固定在模板侧面设计位置,同时将气龛与主体钢筋固定连接,预防气龛在浇注混凝土过程中偏斜跑位,水平气管安装在气龛内侧的凹槽中,混凝土浇注、养护完成拆模后,将气龛凿出,露出φ25mm水平气管,用钻孔机钻5个φ1mm的喷气孔,水平气管上气孔位置以稍微上偏,成15o和45o角,气孔钻成后及时打磨掉毛刺等。

2、空气幕施工
施工程中,用木胶将气龛木块粘接在侧模上,同时用钢筋与沉
井钢筋连接辅助定位。

为防止通气管道脱落,采取在气龛木块上钉铁钉+铁丝绑扎固定气管,使气管限位在气龛凹槽内。

气龛的排列:空气幕上部2个区按2.25m2/个,以1.5m 为标准间距梅花形交错布置,下部4个区按1.44m2/个,以1.2m 为标准间距交错布置。

混凝土浇筑完成后,凿出气龛,露出预埋的气管,用钻孔机钻2个φ1mm的喷气孔,气管上气孔位置以上偏45°,钻孔后及时打磨掉毛刺等。

沉井空气幕在水平面上均匀分16个区布置,每个区在竖直方向上分6个小区,共96个分区,即在沉井第二节至第七节外侧壁布置,每个分区成一个独立的供气系统,沉井顶部和底部6.5m高范围不布置空气幕。

空气幕气管按水平管布置,4根水平管用一根竖管连接供气,水平管采用φ25的pp-r管,竖管采用φ32的pp-r 管。

预埋风管的之间用热熔连接,并且在接头处用胶孔布裹壁土壤液化,容易堵塞喷气孔。

六、结论
第一次和第二下沉很顺利,在第三次下沉距离设计标高还有
5.467m时,通过降水位减少浮力、吸泥等措施都不能达到下沉目的。

经研究决定开启空气幕,空气幕一共开启5次,每次持续时间为30分钟左右,气压维持在0.62~0.71mpa之间,每次在开启空气幕10分钟左右,沉井内外侧开始冒气泡,由于本沉井10米外设置了地下连续墙,大量气泡沿着地下连续墙冒出,极大的降低了空气幕的功效,若沉井外侧为均匀土体,其效果将会提高很多。

空气幕分布过密,导致单个空气幕在工作时气体流量达不到要求,可适当减少空气幕的数量,同事增加每个空气幕上的喷气孔数量,将会提高沉井下沉功效。

参考文献
[1]《沉井沉箱设计、施工及实例》张凤祥编著北京中国建筑工业出版社2010年5月第一版
[2]《基坑工程手册》刘国彬王卫东主编北京中国建筑工业出版社2009 年11 月第一版。

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