根式沉井基础施工工法
（ERJUGF-2008-031） 中交第二公路工程局有限公司 中交二公局第五工程有限公司
（任回兴 薛光雄 霰建平 贺茂生 欧阳祖亮 孙克强）
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，经过两年多的摸索和实践，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在合淮阜9标、马鞍山长江公路大桥试桩工程、科研工程等项目较好地完成了4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。另外该工法核心技术“根式基础及锚碇顶推施工成套装置”于2007年07月25日授权为发明专利，专利号200620075110。
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； 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、
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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他工程结构基础；
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，实现根键与预留孔的高精度匹配，降低根键顶进难度。
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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内衬浇注井顶围堰
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
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
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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。
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
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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
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
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