九江橋利用空氣幕下沉沉井

1、關(guān)于利用空氣幕下沉沉井的施工報告九江長江大橋鐵路引橋沉井基礎(chǔ)施工刖言沉井是橋梁基礎(chǔ)的主要結(jié)構(gòu)類型之一，其優(yōu)點(diǎn)是剛性大、施工方便、下沉深度大。但是， 隨著下沉深度的增加，為滿足沉降系數(shù)的要求，不得不將井壁加厚，不但增加了工程造價， 而且加大了施工難度。為解決這一矛盾，曾采用泥漿套下沉沉井的施工方法，其效果是顯著 的。但水下泥漿套的形成不易，用于水中深沉井施工尚有一定困難，且施工后期泥漿套的破 壞和置換至今尚未找到一個好的方法。由于土壤對沉井的固著力得不到恢復(fù)，沉井到位后泥 漿套的作用繼續(xù)存在，還會造成邊清基邊下沉的后果，給基礎(chǔ)處理帶來很多困難。為解決這 些矛盾，在參考了日本利用空氣幕下沉沉井的施

2、工經(jīng)驗(yàn)之后，結(jié)合我國橋梁基礎(chǔ)沉井的施工 現(xiàn)狀，二橋處與橋研所密切配合，在九江長江大橋北岸引橋做了利用空氣幕下沉沉井的試驗(yàn)， 取得了必要的數(shù)據(jù)之后，又用厚壁沉井做了用空氣幕和不用空氣幕下沉效果對比。在取得了 一定經(jīng)驗(yàn)之后，將尚未施工的48個沉井全部改成薄壁沉井，利用空氣幕下沉，收到了較好 的效果。一、空氣幕沉井的施工空氣幕是利用預(yù)埋在沉井壁內(nèi)的管路，通過沉井外側(cè)的氣龕向井壁四周噴出高壓空氣， 高壓空氣附壁上升，在井壁與土壤之間形成一層空氣帷幕，有效的降低了井壁與土壤之間的 摩阻力，在不斷清除正面阻力的情況下，沉井連續(xù)下沉，這就是空氣幕沉井。為了掌握氣龕的布置規(guī)律，噴氣孔的大小與作用情況，氣壓、噴

3、氣量與下沉效果的關(guān)系， 先進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，初步掌握了空氣幕的作用狀況，以及在不同土壤中空氣幕的作用范圍。 在09號墩沉井利用空氣幕作砂層中下沉40m試驗(yàn)，試驗(yàn)沉井仍用原設(shè)計壁厚，采取減輕重 量措施，在井壁中預(yù)留18個9 0.8m孔，一旦在下沉中空氣幕失效，立即用混凝土填充預(yù)留 孔，保證沉井下沉到位。試驗(yàn)沉井利用空氣幕順利下沉到位。于是將50號墩沉井直接改為 薄壁沉井在粘土層中作下沉50m試驗(yàn)，沉井順利下沉到位，達(dá)到了預(yù)期效果。通過在不同土壤中下沉的兩個試驗(yàn)沉井，取得了必要數(shù)據(jù)，掌握了空氣幕的作用規(guī)律和 空氣幕作用時摩阻力變化值，繪制了摩阻力變化曲線。為了進(jìn)一步驗(yàn)證空氣幕的效果，我們 在普通沉井

4、（壁厚1.5m）中進(jìn)行利用空氣幕和不用空氣幕效果對比，試驗(yàn)選在地質(zhì)情況相 同，下沉深度接近的N48、N49、N51、N52四個沉井進(jìn)行。下沉效果對比見表-1。普通沉井利用空氣幕與不用空氣幕下沉效果對比表1N48H=34.5m（不田空氣幕）N49H=38.5m（田空氣幕）N51H=38.5n（田空氣幕）N52H=38m（田空氣幕）井高m下沉量m臺班個臺班下沉量cm井高m下沉量m臺班個臺班下沉量cm井高m下沉量m臺班個臺班下沉量cm井高m下沉量m臺班個臺班下沉量cm_5_5-1145.5_54.17-1041.754.52-1141.1_57-1239.2_1_6_10_60_115 61-11_

5、,1_116 12-1155 6_11_61_1250 8175.61635175.721247.7175.951249.6175.781152.5236.142326.7236.381639.9236.321542.1236.111061.1295.682621.8296.171347.5295.931059.3296.21062334.081234355.931249.4355.85783.6355.9698.334.52.0633.338.54.75679.238.53.81576.2383.61490.3合計 34.510433.2 合計 38.738048.4 合計 38.57154

6、.2 合計 38.46559.1說明:1.N48、N49、N51、N52厚壁沉井（壁厚為1.5m）沉井重率為2.933.16氣龕布置為12層計484個，工作面積為2.2m2個地質(zhì)情況均為：30m以內(nèi)為砂粘土，30m以下為粉砂。效果比較：N48臺班下沉量為33.2cmN49、N51、N52平均臺班下沉量為53.2cm使用空氣幕比不用空氣幕下沉提高工效60.2%。以上可見，使用空氣幕下沉沉井效果是十分顯著的。根據(jù)已下沉的49個普通沉井統(tǒng)計，在砂層中下沉的有42個，在砂粘土層中下沉的有7 個（不用空氣幕穿過30m粘土層）最深下沉38.5m，在這些沉井的施工中積累了經(jīng)驗(yàn)，根據(jù) 兩個試驗(yàn)沉井取得的數(shù)據(jù)，

7、感到目前橋梁基礎(chǔ)沉井重率太大，不論從技術(shù)角度，還是從經(jīng)濟(jì) 角度考慮，都有必要進(jìn)行改進(jìn)。我們在1980年8月28日提出將未施工的N62N109號墩沉 井改為薄壁沉井的建議。（寫出了書面報告并對改薄后的沉井受力進(jìn)行了檢算，附有計算書 和建議壁厚改為0.9m的建議圖）。設(shè)計部門采納了這個建議，并經(jīng)上級有關(guān)部門批準(zhǔn)。沉井改薄后，不但沉井的結(jié)構(gòu)型式向前推進(jìn)了一步，同時，對于橋梁基礎(chǔ)沉井普遍推廣 空氣幕下沉也有著深遠(yuǎn)意義。根據(jù)取得的資料和數(shù)據(jù)并參考了國外一些作法，制定了 “九江大橋鐵路引橋空氣幕沉井 施工工藝”。從62號墩沉井改為薄壁沉井之后，因考慮到基本是在砂層中下沉，故空氣幕重新進(jìn)行 布置，按12層管

8、路648個氣龕，氣龕工作面積為1.10m2/個,在實(shí)際使用中收到較好的效果。（照片）有關(guān)數(shù)據(jù)和下沉效果對比表表2沉井號沉井高度重率氣龕工作面積下沉量下沉臺班臺班下沉量附注Nmm2個m個N49、 51、 52（厚壁）38.33（平均）2.933.162.2115.6321653.5砂粘土N09（試驗(yàn)402.662.22386360.3砂土N50（試驗(yàn)）502.122.300.965011842.3砂粘土N62-77（薄壁）25.6（平均）2.032.181.1409.671956.96砂土在利用空氣幕下沉了 16個沉井之后，掌握了大量數(shù)據(jù)取得了一些成績，但也發(fā)現(xiàn)不少 問題。根據(jù)統(tǒng)計資料進(jìn)行了總結(jié)

9、。N6277號墩沉井下沉效果與厚壁沉井和兩個試驗(yàn)沉井進(jìn)行比較：重率：重率比厚壁沉井以及兩個試驗(yàn)沉井都小。下沉效果：比厚壁沉井用空氣幕下沉提高效率6.5%，比N50號試驗(yàn)沉井提高34.7%， 但在N09試驗(yàn)沉井降低5.5%，其原因是：厚壁沉井由于布置的氣龕較少，故效果較差，N50 號試驗(yàn)沉井中在粘土層中下沉比較困難，N09號沉井地質(zhì)條件與之相同，但重率遠(yuǎn)大于 N6277號墩沉井。N6277號墩的16個沉井利用空氣幕下沉取得了較好的效果，但在施工中發(fā)現(xiàn)存在不少問題，有必要在技術(shù)上進(jìn)一步研究和改進(jìn)。下沉效果仍不夠理想。在下沉中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)多次開空氣幕在距沉井6-7m范圍有大量氣泡逸出，最遠(yuǎn)的達(dá)到 8m,

10、同時土壤出現(xiàn)以沉井為中心的環(huán)向裂縫，尤其是吸泥機(jī)出水的一側(cè)更為嚴(yán)重，有的裂 縫寬度為1-4cm。在下沉N64、N69、N70三個沉井時發(fā)生了楔形土的滑移，給下沉中的沉井一個很 大的水平推力，造成沉井傾斜尤其是園端形沉井的短軸方向更嚴(yán)重，從而增加了大量的糾偏 工作，影響了工程進(jìn)度。在下沉N66、N67、N70號墩沉井時出現(xiàn)了大翻砂，造成沉井傾斜。針對以上出現(xiàn)的問題，并通過對大量統(tǒng)計資料的分析，認(rèn)為主要由以下原因造成。由于N62-N77號墩沉井下沉較淺，空氣幕管路的布置和氣龕的布置應(yīng)與深沉井有 所區(qū)別，深沉井下面氣龕噴出的氣體附壁上升，對減少上層土壤與井壁的摩阻力起到一定作 用，而淺沉井則不能充分

11、利用空氣幕的這一特點(diǎn)，N66-N77號墩沉井的空氣幕管路布置基 本沿用N50和N09兩較深沉井的布置原則，且氣龕又減少了一些，而且所用的氣壓為 0.45Mpa，遠(yuǎn)比兩試驗(yàn)沉井所用氣壓0.61.3Mpa要小，故效果不理想，這是因?yàn)闅鈮汉蛧姎?量都是決定空氣幕效果的關(guān)鍵因素。由于噴氣孔噴出的氣體與井壁垂直，故一部分氣體碰到土壤后附壁上升，起到降 低摩阻力的作用，而另一部分氣體則沿著土壤空隙噴向前方逸出地面，尤其是在砂層中，這 種噴入土壤空隙內(nèi)的氣體傳出較遠(yuǎn)，不但沒有起到降低摩阻力的作用，相反還增加了土壤的 液化寬度和深度，使原狀土遭到破壞，內(nèi)摩擦角失穩(wěn)，造成楔形土的滑動?？諝饽蛔钕聦拥沫h(huán)向管路較試

12、驗(yàn)沉井向下移動50cm，當(dāng)刃腳下的土壤被清除后， 在吸泥過程中，井外被液化的流砂從刃腳下翻入沉井內(nèi)造成翻砂，引起沉井傾斜。針對以上的原因在以下幾個方面進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)：改進(jìn)空氣幕管路布置。根據(jù)沉井較淺的現(xiàn)狀（平均下沉深度為23.625.6m）空氣 幕管路按12層布置，最下層管路距刃腳尖的距離由原來的1.5m改為2m2.5m，環(huán)向管路 之間的距離也做了適當(dāng)調(diào)整。調(diào)整氣龕布置。上下層氣龕的密度比由原來的1:1.6調(diào)整到1:2.13，氣龕的工作面 積由 1.10m2/個 調(diào)整到 1.13 m2/個0改進(jìn)噴氣孔。原噴氣孔噴出的氣流與井壁垂直改成與井壁為45夾角，每個氣龕 由原來的一個噴孔改成兩個1mm小

13、孔，這樣不但有利于壓縮空氣的附壁上升，得到充分 利用，而且噴氣量增加，噴氣量是N6277號墩沉井噴氣量的1.78倍。氣壓采用0.45Mpa，根據(jù)試驗(yàn)氣壓最小應(yīng)大于凈水壓的1.45倍，且應(yīng)大于下沉深 度的地壓值，N62墩以后的沉井下沉深度均不足30m，又是在砂層中下沉，故采用0.45Mpa， 完全可以滿足要求。這樣吸泥取土和空氣幕同用一臺空壓機(jī)，減少了機(jī)具設(shè)備使空氣幕更加 簡化和利于推廣。將空氣幕管路由鋼管改為聚乙烯塑料管，不影響空氣幕效果，又降低了造價，且 施工方便。經(jīng)改進(jìn)之后收到了較好的效果，見表3。改進(jìn)后和改進(jìn)前的沉井效果對比沉井號N0950井高m4050重率2.662.222.122.3

14、062777810925.6(平均)23.6(平均)2.032.182.032.16氣龕工作面積m2/個0.961.101.13噴氣孔直徑1mm1mm1mm1mm每個氣龕噴氣孔數(shù)量1夾角渡)90909045氣壓MPa0.6_13_下沉量下沉 臺班 m 個3863臺班下沉量cm60.35011842.30.45409.671956.960.45755.2112567.13效果比較N78109比厚壁沉井不用空氣幕效果提高102.4%N78109比厚壁沉井用空氣幕效果提高11.3%N78109比N09試驗(yàn)沉進(jìn)提高11.3%N78109比N50試驗(yàn)沉井提高工效58.7%N78109比N6277沉井提高

15、工效17.9%空氣幕管路改進(jìn)后下沉的32個沉井施工中沒有發(fā)生楔形土滑移的情況?？諝庖莩龅?距離也大大縮短，最遠(yuǎn)的為3m,在氣流逸出地點(diǎn)也未出現(xiàn)環(huán)向裂縫，壓縮空氣利用率大大 提高。下沉中未出現(xiàn)大量翻砂的情況。下沉中少量的傾斜可以利用偏出土偏開空氣幕的方法進(jìn)行糾偏，收到較好的效果。空氣幕與吸泥機(jī)同用一臺壓風(fēng)機(jī)，減少了機(jī)具設(shè)備，有利于空氣幕的推廣?？諝饽还苈犯某删垡蚁┧芰瞎芙档土嗽靸r，施工方便。利用空氣幕下沉沉井，不但加快了施工進(jìn)度，而且節(jié)約了大量混凝土，大幅度降低工程 造價。表（4）項(xiàng)目規(guī)格單位工程數(shù)量降低率普通沉井空氣幕沉井比較刃腳混凝土200級m311669-97井身混凝土150級m3718.

16、2(643)547.5(493.1)-170.7 (-149.9)圍堰混凝土150級m32724.9-2.1封底混凝土200級m397151+54合 計1008.2 (933)792.4(738)-215.8(-195)-21.4%-20.9%普通沉井與空氣幕沉井工程量的對比表表4N6277號墩沉井平均高度25.6m降低混凝土量為21.4%N78109號墩沉井平均高度23.6m降低混凝土量20.9% 改成薄壁沉井后48個沉井共節(jié)約混凝土為N6277節(jié)約混凝土 3452.8m3N78109 節(jié)約混凝土 6240m348個沉井共節(jié)約混凝土 9692.8m3由上數(shù)字不難看出普通沉井改為空氣幕沉井后混

17、凝土可以節(jié)約20%以上，沉井越深這 種效果越明顯。每立方混凝土單價按120元計，我們利用空氣幕下沉的48個沉井僅工程結(jié) 構(gòu)費(fèi)就節(jié)約了 116.3萬元。因此，橋梁基礎(chǔ)沉井在砂土和粘土層中下沉應(yīng)大力推廣用空氣幕下沉能收到較好的效 果，不但加快了工程進(jìn)度而且還可以大大降低工程造價。二、技術(shù)保證措施利用空氣幕下沉沉井，不但改變了過去常規(guī)的施工方法。把施工方法向前推進(jìn)了一大步， 而且節(jié)省了大量的原材料，降低工程造價，加快了施工進(jìn)度，對提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有著深 遠(yuǎn)的意義。我們在九江橋的施工，為推廣空氣幕沉井打下了一個良好的基礎(chǔ)，為保證空氣幕 沉井的順利施工，我們制定了如下保證措施：根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)和施工中遇

18、到的問題，采取了相應(yīng)的措施，收到了較好的效果。 在此基礎(chǔ)上重新修改了空氣幕沉井施工工藝，在施工中嚴(yán)格按工藝執(zhí)行。嚴(yán)格按規(guī)定尺寸進(jìn)行空氣幕管路的安裝，保證位置準(zhǔn)確，在灌注混凝土?xí)r派人值 班，保護(hù)空氣幕管路。模板上的氣龕應(yīng)清除粘在上面的混凝土，保證氣龕和尺寸準(zhǔn)確、角度與要求相符， 經(jīng)檢查符合要求方可立模。鉆孔要保證角度的準(zhǔn)確，鉆孔后應(yīng)清除毛刺，確保噴氣孔光滑暢通，然后進(jìn)行水 壓試驗(yàn)，根據(jù)水噴的角度可以判定是否符合要求，同時還能發(fā)現(xiàn)有無堵孔現(xiàn)象。充分清除正面阻力，經(jīng)常測量井孔內(nèi)泥面，確認(rèn)符合要求時，開氣下沉，開氣嚴(yán) 格遵照規(guī)定先上后下的順序，開氣時間為5-10分鐘，關(guān)氣則應(yīng)按先下后上的順序以免形成 負(fù)壓泥砂進(jìn)入噴孔。為降低空氣幕材料費(fèi)用將鋼管改成聚乙烯塑料管，不但降低了工程造價，而且方 便了施工。利用吸泥用的空壓機(jī)供應(yīng)空氣幕用壓縮空氣，并保證氣壓不低于0.45Mpa，減少了 機(jī)具設(shè)備，便于推廣。成立專門下沉班子，進(jìn)行空氣幕沉井施工，發(fā)現(xiàn)問題及時研究解決，保證