钢筋混凝土沉井（精选九篇）
钢筋混凝土沉井 篇1
广州市西江引水工程所有管道主要以开挖埋管方式敷设, 跨河涌或过路部分采用顶管及倒虹管施工法。穿越广清高速路段 (里程范围KJ0+757.62～KJ1+023.72) 长266.1 m与穿越京广铁路 (里程范围KJ3+288.45～KJ3+475.45) 长187 m等, 采用DN2800套管顶管后内敷DN2400钢管的埋设方法。在管道顶进施工前, 必须设置工作井和接收井 (简称操作井) 。该工程的工作井和接收井都设计为钢筋混凝土矩形深井, 工作井净空 (长×宽×高) 为11 m×7 m×8.8 m, 接收井净空 (长×宽×高) 为9.5 m×5.3 m×8.65 m, 工作井井壁厚1.3 m、底板厚1.3 m, 接收井井壁厚1.0 m、底板厚1.0 m, 混凝土都是C30、S6。工作井封底混凝土厚2.0 m、接收井封底混凝土厚1.45 m, 强度等级C20。
2工程地质
在沉井深度范围内各土层的物理性状见表1, ③3层以下为粉质黏土与淤泥质土层。
3沉井施工
钢筋混凝土沉井采取分节制作、分节不排水法下沉, 直至封底后混凝土达到一定龄期, 再进行顶管施工[1]。
3.1施工工艺流程
沉井施工工艺流程框图见图1。
3.2下沉计算[2]
1) 由于沉井底部设计作为尖脚, 沉井底部阻力忽略不计。在地下土不考虑分层的情况下, 沉井下沉系数Kst简化计算式见式 (1) 。
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式中:Kst为下沉系数≥1.0;G1k为井体自重标准值, 钢筋混凝土井壁容重取25 kN/m3;Ffw.k为下沉过程中水浮力标准值, 水容重取10 kN/m3;Ffk为井壁总摩阻力标准值, 填土层取4.0 kN/m2、淤泥质土层取3.0 kN/m2、黏土层与砂土层取5.0 kN/m2。
按井壁厚0.25 m计算, 得到填土Kst= (25-10) ×1.0/20=0.75;淤泥质土Kst= (25-10) ×1.0/15=1.0;黏土与砂土Kst= (25-10) ×1.05/25=0.6。
可见, 沉井在填土、黏土与砂土中不能靠自重下沉, 须采取加助沉重及侧壁减阻措施帮助其下沉;而在淤泥质土中下沉系数等于1.0, 勉强能依靠自重下沉井。但需进行沉井下沉稳定性及抗浮稳定性验算。
2) 下沉稳定性系数计算式见式 (2) 。
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式中:Ksts为下沉稳定系数, 宜为0.8～0.9;Ffwk′为验算状态下水浮力标准值, kN;Ffk′为验算状态下井壁总摩阻力标准值, kN;Rb为沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土极限承载力之和, 取200 kPa。
将有关数据代入式 (2) , 经计算得Ksts=0.91, 所以满足下沉稳定性要求。
3) 沉井抗浮稳定性验算公式见式 (3) 。
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式中:K为抗浮稳定性系数, 宜K≥1.0;GK1为井重, kN;GK2为封底混凝土重量, kN;F为上浮力, kN。
将沉井有关数据代入式 (3) , 当不计侧壁摩阻力时, 则K≥1.0;而当计入侧壁摩阻力时, 则K≥1.25, 能满足抗浮稳定性要求。
3.3施工准备
1) 沉井四周设4 m宽的施工道路;搭设钢筋与模板加工场及堆场等;在工作井外设置泥浆池。
2) 沉井周围布置坐标控制点和水准点, 精度±1 mm。导线及高程控制点远离沉井下陷区范围的安全距离, 并设置保护装置。
3) 采用DN25镀锌水管接到工作井, 水管埋地;将电源接到总电箱, 由总电缆线接出各电箱到工作井位置, 施工现场的电气设备均采用具有重复接地的专用保护接地线和中性线的五线制。
4) 场地平整后, 为了扩大沉井刃脚的支承面积, 减轻对地基的压力, 在土层上铺厚20 cm的素混凝土垫层, 宽度为井壁外延伸30 cm。素混凝土垫层保证水平误差<5 mm, 以便模板施工, 且表面抹光以此作为刃脚的底模。
5) 在沉井外的混凝土垫层上搭设扣件式钢管脚手架, 钢管为外径48 mm、壁厚3.5 mm的高频焊接钢管。在沉井制作期间, 由于沉井可能出现不同程度的沉降, 为安全起见, 内外脚手架与井壁应脱离, 距离约30 cm。外脚手沿沉井井壁四周组成整体框架结构, 每4 m设抛撑1根, 外侧用粗眼安全网封闭, 内外脚手架的作业层均铺胶合板。
6) 在沉井结构制作、挖土与下沉阶段, 选用1台龙门起重机作为起重设备。该龙门起重机装设轨道可移近与移开井位, 不仅使用于钢筋、模板、混凝土、挖土、出土作业;而且可应对沉井稳定性的校正;成井后, 还起到吊装顶管设备与大直径钢管的作用。
3.4沉井制作
为满足顶管施工要求, 沉井结构制作标准:井壁垂直度允许偏差1%;预埋件、预留孔位移允许偏差20 mm;长、宽允许偏差±0.5%;对角线长度偏差小于对角线长的1%;封底混凝土坍落度18～22 cm;壁厚允许偏差≤10 mm。
3.4.1支模
1) 在素混凝土垫层上精确测放沉井平面位置, 并浆砌砖胎模, 确保刃脚斜面平整, 用水泥砂浆粉刷砖胎模表面。
2) 模板拼装、围檩、立筋按模板大样图施工。模板要有脚手架提供操作立模条件, 预留沉井井壁模板拉杆螺丝孔。预埋件及穿墙洞在内模架立后完成, 确保其位置、标高、轴线的正确。
3) 模板采用组合式定型钢模板, 由U型卡连接。在预留洞、井壁底板位置等特殊部位采用木模, 在沉井插筋部位用木板间隔拼装, 拼装的木模表面应进行刨光, 拼缝严密平整不漏浆。
4) 围檩立筋采用ϕ50 mm钢管或8号槽钢, 拉杆螺栓采用ϕ16 mm圆钢, 中间设置50 mm×50 mm、δ=3 mm的止水片, 周边焊接, 拉杆螺丝, 设置水平间距75 cm、垂直间距60 cm。
5) 为防止浇混凝土时爆模板, 应检查支撑及模板接缝处, 所有拼缝及模板接缝处要逐个嵌实, 防止漏浆。
6) 内外模板立模顺序:原则上先立内模, 后立外模。模板与钢筋安装应相互配合进行。对妨碍绑扎钢筋的模板, 应待钢筋安装完毕后再立模。
3.4.2绑扎钢筋
1) 钢筋绑扎顺序:先刃脚, 后井壁。
2) ϕ>16 mm的钢筋采用电弧焊接;ϕ<16 mm的受拉钢筋, 接头位置要互相错开;轴心受拉和小偏心受拉杆件中的钢筋接头均需焊接。
3) 钢筋绑扎要结实, 井壁的内外层钢筋之间要设定位撑。钢筋保护层厚度为30 mm, 采用同配比砂浆垫块控制保护层。
4) 钢筋骨架都要用定位垫块或座子稳定在规定位置上;对交叉处的钢筋, 用软铁丝绑扎牢固。为使钢筋位置在浇筑时不致变动, 可增加扎结点或加撑筋, 已绑扎好的钢筋架不得践踏或放置重物。
3.4.3混凝土浇筑
1) 由搅拌车将商品混凝土送至施工点。浇筑时, 混凝土自由倾落高度≤2 m。采用分层、对称、平衡进行的平铺法, 分层厚度为30 cm左右。
2) 为保证混凝土的浇筑质量, 振捣时防止漏振和过振, 振捣器插入混凝土层下10 cm左右, 分区分界交接处要延伸振捣1.5 m左右, 确保混凝土外光内实。
3) 每节沉井混凝土1次连续浇筑完, 加强沉井平面高差、下沉量的观测, 如出现意外情况, 采取相应措施确保沉井施工安全。
4) 在沉井上、下节井壁间设置施工缝, 凿除施工缝表面松散的混凝土, 并用水冲清, 充分湿润, 但不得有积水, 在井壁宽度内设置凸槽作为施工缝, 宽度约为井壁厚度的1/3。
5) 沉井接高前, 施工缝进行凿毛冲洗干净, 使骨料外露, 用1∶2水泥砂浆或水泥浆砌10 mm厚;新混凝土要在砂浆初凝前浇注。
6) 混凝土养护时间≥14 d, 在混凝土强度达到设计强度的25%以上时, 可拆除不承受混凝土重的侧模;刃脚斜面的支撑及模板须在混凝土强度达到设计强度的70%或90%以上时, 方可拆除。
3.4.4沉井下沉及纠偏
1) 下沉前先凿除刃脚素混凝土垫层和砖胎模, 先内后外对称拆除, 并用吊车抓斗将井内碎砖清理干净, 在四周井壁上标上测量尺寸, 并设立水平指示尺。
2) 用挖土机挖土下沉1 m, 均匀地拆去井壁周围的混凝土块垫层。
3) 往井内注入清水, 水面线不超过井外地面。利用抓斗挖掘井底中央部分的土, 使沉井形成锅底。在砂土中, 一般当锅底比刃脚低1.0～1.5 m时, 沉井即可靠自重下沉;刃脚下的土挤向中央锅底, 再从井孔中继续抓土, 沉井即可继续下沉;而在黏质土或紧密土中, 刃脚下的土不易向中央塌落, 则配以射水管松土, 或者利用水工在水下用高压水枪和铁铲将土挖松, 用空气吸泥机吸泥并抽出, 通过沉砂池沉淀过滤排入下水道。
4) 在沉井壁上设4个观测点, 下沉过程中用水准仪观察, 每天定时测量, 一般次数≥4次;以4个点下沉量的平均值作为沉井每次的下沉量, 以下沉量最大的一点为基准与其他各点的下沉量相减作为各点的高差, 来指导沉井下沉, 及时纠偏, 保证均匀下沉。
3.4.5封底及底板施工
沉井下沉至设计标高, 经过观测, 在8 h内累计下沉量≤10 mm或沉降率在允许范围内时, 可进行封底施工。
1) 该工程工作井与接收井分别采用2 000 mm与1 450 mm厚C20水下混凝土封底。
2) 封底时, 要求将井底浮泥清除干净, 新老混凝土接触面用水冲刷干净, 并铺碎石垫层。
3) 封底混凝土用导管法灌注。待水下封底混凝土达到所需要的强度后, 即一般养护7 d后, 方可从沉井中抽水, 进行底板施工。
4) 在浇筑钢筋混凝土底板前, 应将新旧混凝土接触面凿毛, 并洗刷干净。钢筋混凝土底板钢筋与井壁预留钢筋宜采用电焊连接。
5) 在浇筑钢筋混凝土底板前24 h内对垫层进行洒水湿润, 采用“一个坡度、分层浇筑、循序推进、一次到顶”的斜面分层法浇筑。
6) 沉井底板应对称一次浇筑完成, 不留任何施工冷缝。为了控制板面标高及平整度, 在内衬壁的预留钢筋上要做好板面标高标记, 并焊上十字筋。振捣密实后用刮尺修平。初凝后为了防止板面出现收缩裂缝, 再用灰匙压抹表面, 底板养护≥14 d。
4结语
该工程各个钢筋混凝土操作井井体庞大, 深度大, 场区大多为软弱土层, 地下水丰富, 沉井在下沉施工过程中容易倾斜、偏位, 下沉速度较难控制, 容易造成周围土体塌陷而导致周围道路与建 (构) 筑物等不均匀下沉破坏。由于采用上述施工技术措施, 故确保沉井下沉控制在允许偏差以内, 取得了施工的成功, 也为下一步顶管的施工作业打下基础。
参考文献
[1]佘彬泉, 陈传灿.顶管施工手册[M].北京:人民交通出版社, 2003.
沉井施工方案 篇2
二、工艺流程：定位放线→挖刃脚土方→铺砂垫层→浇筑砼垫层→铺枕木→扎刃脚钢筋→立模→浇刃脚砼（一次）→沉井下沉→扎井壁钢筋→立模→浇筑井壁砼（二次）→扎井壁钢筋→立模→浇筑井壁砼（三次）→沉井下沉到位→扎封底钢筋→浇封底混凝土→顶管→流槽及井内设施施工。
三、泵站沉井施工
1、 地质勘察和制定施工方案
工程地质和水文地质资料是制定沉井施工方案、编制施工组织设计的重要依据。施工前根据业主提供的资料了解地下土质、地下水位以及地下障碍物情况等，除此还应做好现场查勘工作，查清和排除地面及地面下3m以内的障碍物。根据工程结构特点，地质水文情况，施工设备条件，技术的可靠性，编制切实可行的施工方案或施工技术措施，以指导施工。
2、工程测量：
根据设计院、规划部门的技术交底和设计施工图中总平面布置要求，定出沉井中心的位置和十字轴线桩。在场内引进两个水准点，目的是可以相互校核。在远离沉井不受下沉影响的地方设立观测偏移观察点。
3、基础开挖及垫层：
为避免沉井在灌注混凝土过程中发生不均匀沉降，先机械开挖挖至地面向下2米左右。刃脚外侧面至基坑边一般为2.5m。在基坑四角设集水坑并不间断排水，保持施工期间基坑干燥。在刃脚底部设置50mm砂垫层和沉井垫木。砂垫层采用2.5米宽。砂垫层施工可具体条件选用振实夯实或压实等办法。适当加水分层夯实，做好一层检验后再施工下一层，采用平板式振捣机时松砂的分层厚度取20-25cm。砂垫层密实度的质量标准用砂的干容重控制，中砂取15.6-16KN/m3，粗砂可适当提高。同时砂垫层应避免受水浸泡。
承垫木采用250cm×20cm×l6cm的枕木，枕木对称摆放，对称枕木中心连线必须通过沉井中心，对称的枕木应编上相同的号码，枕木间隔20cm摆放。铺设垫木时应使顶面保持在同一水平面上，并用水准仪找平使高差在10mm以内，垫木摆放时要先在纵、横轴中心线上摆放两组定位枕木，然后对称摆放其他枕木，枕木缝之间用砂填平。
承垫木根数计算：n=GO/A[P]
n――承垫木根数
GO――沉井第一节重量
A――根承垫木与砂垫层的接触面积
[P] ――砂垫层的允许承载力，砂垫层承载力约为200KMPa
铺设承垫木时应用水平仪抄平；使刃脚在同一水平面上，平面布置上均匀对称，每根承垫木的长度中心应与刃脚踏面中线重和。承垫木可以单根成一组编设，每组之间至少要留20-30cm间隙。定位垫木的布置要使沉井最后有对称的着力点。
4、钢筋工程
a、绑扎刃脚钢筋时，因竖向井壁插筋较高，为了确保钢筋位置正确，在绑扎前先搭设钢管架，竖向钢筋的间距在支架水平钢管上先用粉笔画好位置，然后把钢筋绑扎在钢管上。钢筋安装绑扎时，应严格控制各种钢筋的搭接长度和锚固长度，焊接钢筋应留有足够的焊接规定长度。
b、钢筋绑扎时铁丝必须扎紧，其两头应向内。不得有滑动、折断、移位等情况。
c、立模前钢筋两侧绑好带铁丝的水泥砂浆垫块，确保钢筋的保护层厚度。
d、钢筋需要接长时，优先采用焊接，φ10以下时可以做成绑扎接头。钢筋接头位置必须按规范要求错开，同一截面的搭接数量不能超过允许数量。同时在安装刃脚钢筋时，要预埋好底板及预留洞口的插筋，确保混凝土浇注的整体性。
e、做好材料进厂检验工作，并做好有关记录。
5、模板工程
由于本工程工期较紧，拟在沉井施工中预备两套钢模和一套木模。施工中采用组合钢模为主，铺以木模拼缝。
A、施工准备
（1）根据各构筑物尺寸、形式确定结构模板平面总图，在总图中标出各构件的型号、位置、数量、尺寸标高及相同或略加拼补即相同的构件替代并编号，以减少配板种类、数量。
（2）确定模板配板平面布置及支撑布置。根据总图及编号，并根据砼浇捣时计算的侧压力值，确定纵模钢管规格、数量及排列尺寸，以及支撑系统的纵向支撑、侧向支撑、横向拉接件的型号、间距。
（3）严格对模板强度、刚度及稳定性进行验算，合格后绘制全套模板设计图，其中包括平面布置配板图、分块图、组装图、节点大样图、零件及非定型拼接件加工图。
（4）轴线、模板线放样。水平控制标高引测到脚手架或其它过渡引测点，并做好预检手续。
（5）预组拼装模板，按图纸要求检查对角线、平整、外型尺寸及坚固件数是否有效牢靠。并涂脱模剂、分规格堆放。
B、模板安装
将已准备好的模板吊装就位，具体工艺流程如下：
安装前检查――内侧模板吊装就位――安装斜撑――清理杂物――插入对拉螺栓――安装就位外侧模板――安装斜撑――调整模板位置――紧固穿墙螺栓――斜撑固定。
安装模板注意事项：
（1）由于分节浇筑，因此在支立第二节模板时，不宜直接支撑在地面上，以免沉井因自重增加而产生沉降，使新浇筑的混凝土内部产生拉力，造成裂缝。
（2）模板安装完毕后，全面检查扣件、螺栓、斜撑是否坚固、稳定，模板井缝及下口是否严密。
6、混凝土工程
本工程沉井混凝土采用商品混凝土，沉井施工按三次浇筑，二次下沉施工，施工缝采用凹槽式接法，结合面应尽量粗糙，施工缝结合处采用沥青砂浆处理。
沉井预留洞口设止刚性防水套。泵站沉DN1600A型。沉井预埋钢套管洞口在下沉前用240厚MU10砖，M7.5水泥砂浆砌筑封堵，封口内、外侧用1：3水泥砂浆抹平。
沉井外壁涂冷底子油两道，涂刷前应对沉井浇筑的质量仔细检查，并作适当修整。
为保证浇筑质量，施工前必须做好准备工作。人员安排应明确职责。为了确保混凝土浇筑的质量，在浇筑混凝土前，应对模板位置标高，断面尺寸及模板的`稳定性，接缝位置进行检查，对预埋件位置进行复核。对钢筋的规格、数量、几何尺寸、搭接长度进行验收，发现问题及时纠正。混凝土浇筑时，采用分层浇筑，每次浇筑厚度控制在40cm左右，混凝土坍落度控制在3~5cm左右，并在前层混凝土达到初凝前将次层混凝土拌和物振捣完毕，振捣时插入式振捣器应插入前层砼5~10cm，同时要做到快插慢拔，插点均匀，逐点移动，避免漏插，插点一般控制在30cm左右。刃脚部分，因尺寸较小钢筋较密，振动棒的频率应加强。特别是预留洞的底部，是混凝土浇筑的薄弱环节，一定要注意不能漏插。为了确保钢筋和模板的位置不移动，振捣时尽量不碰钢筋和模板，振捣以混凝土表面不产生气泡，混凝土不明显下沉为宜。为了控制混凝土在浇筑过程中，沉井的沉降倾斜是否满足要求，在沉井的四周设立沉降观测点，混凝土浇筑一层进行测量一次，如发现一侧倾斜过大，则另一侧须加快进度。
如因故间歇，应作好水平施工缝。砼浇筑结束后，用草包将整个井壁覆盖，并浇水养护，浇水时应做到细水匀浇，草包保持湿润，保养一个星期。
A、混凝土工艺流程
作业准备―― 运输 ―― 浇筑 ―― 养护
B、施工要点
（1）砼浇筑连续进行，少留施工缝。
（2）沉井井壁模板应在混凝土达到设计强度的25%以上方可进行拆除，沉井下沉时应在第一节混凝土必须达到设计强度。
（3）本工程以地下沉井为主，浇捣时分三次浇捣，刃脚至预留洞口顶先一次浇捣完，井壁与刃脚交接处设在预留洞口顶处。
（4）浇筑井壁前，先将施工缝表面凿毛、清除杂物、冲洗干净湿润，铺一层2-3cm厚水泥砂浆，浇筑第一层高度为30cm，以后每层浇筑40-50cm。
（5）混凝土表面找平。
（6）砼浇筑后6-10h浇水养护，要保护混凝土表面湿润，养护期不小于7d。
C、注意事项
（1）严禁在混凝土内任意加水，严格控制水灰比。
（2）细部构造如预埋件等施工前仔细阅读图纸，精心处理。
7、脚手架
本工程脚手架以沉井中支撑架及池壁操作架构成的综合脚手架。
A、搭设前准备
（1）搭设前根据架子类型（构筑物特点）绘出平面图纸，并进行验算。
（2）检查钢管、配件等是否有明显变形、裂纹、扣件是否合格，严禁使用不合格、锈蚀和有裂纹的扣件。
（3）搭设场地进行平整、夯实并设置排水措施。
B、搭设使用及拆除
搭设
（1）立于土地面上的立杆底部加设宽度≥200mm，厚≥50mm的垫木。
（2）按施工设计放线、铺垫板、设置底座或标定立杆位置。
（3）按定位依次紧闭起立杆、将立杆与纵横向连接固定，然后装设第一步的纵向和横向平杆，随校正立杆垂直之后予固定，并按此要求继续向上搭设。
（4）剪刀撑、斜杆等整体拉结杆件和连墙件随搭升的架子一起及时设置。
使用
（1）作业层每1m2架面上实际的施工荷载不得超过规定值。
（2）架面放置的材料码放整齐稳固，不影响施工操作和人员通行。
（3）禁止随意拆除脚手架杆件、整体性杆件、连接坚固件。
（4）每班工人上架作业时，先检查有无影响安全作业问题存在，在排除和解决后方可作业。
（5）在每次作业完成后，清理架面，将材料物品堆放整齐，垃圾搬运出去。
8、沉井下沉
按设计要求及现场情况本工程沉井分三次浇筑，二次下沉法施工。
严格按照设计图纸的要求，设置和封砌预留孔，并保证在沉井下沉过程中，预留孔内不渗水。
沉井下沉采用挖泥下沉法，依靠沉井自重下沉到达设计标高。
根据设计要求，第一节沉井下沉必须达到设计强度才可以下沉。
沉井混凝土达到设计强度后，开始沉井下沉。下沉前应将井内的所有杂物清除干净，准备工作就绪后，先敲碎刃脚下垫木，应有专人负责对称、同步地进行。敲碎刃脚下垫木过程中，应随敲随填夯黄砂，在刃脚内外应填筑成小土堤，并分层夯实，同时加强观察，注意下沉是否均匀。
根据地质报告本工程沉井下面的土质基本上是粉质粘土、淤泥质粉质粘土，因粉土渗透系数较大，在施工中采用井点降水降低地下水位。考虑到沉井下沉深度较深，在沉井下沉过程中，考虑挖土下沉的方法，沉井内设一台潜水泵，进行不间断的排水。沉井下沉前，预留孔应用砖块进行封堵。在沉井外井壁上划好中心线及水平线，在井内挂好线锤测倾斜度，做好沉降标尺。沉井挖土上部采用机械挖土，挖土深度为4米，剩余部分采用人工挖土下沉施工。沉井挖泥应注意均匀对称，由中心向刃脚四周开挖，挖土时控制每层30~50cm ,且一切行动听指挥。挖出的土采用卷扬机将土吊出井外再用自卸汽车运走。井内挖土始终应保持中间稍低于四周，但高差需控制在1m之内，严禁深锅挖土，防止突沉造成沉井四周地面沉陷和沉井倾斜的危险。沉井下沉时的指挥者应对井内四周的垂线必须密切注意，并在沉井四周设观测点，加强下沉过程中观测，发生偏移、扭曲等及时纠正。沉井施工过程中，须对周围环境的变形、沉降进行严密监测。
沉井下沉初阶段纠偏应根据“多沉则少挖，少沉则多挖”的原则，刃脚下挖土要逐步扩大，不能一次过量掏空，不能通过大量挖土来纠偏，纠偏应根据测量数据随偏随纠，当沉井偏斜达到允许值的1/4时，便要纠偏，下沉过程中要勤测、勤纠、缓纠。
沉井每下沉一次检查一次垂直度与中心轴线。随时检查沉井水平度，加强监护，对地下水及时排除。
下沉至接近设计标高1米时，应减速下沉，记录下沉的速度。最后20~30cm处停止开挖，观测沉井在不开挖的情况下的下沉速度，确保沉井下沉标高严格控制在范围内。坚决防止超挖。如发现特殊土质，应及时报告建设单位、设计单位、监理单位，提前做防止措施。
9、沉井封底
本工程工作井、接收井封底时先铺碎石垫层，再浇筑150cm厚C25钢筋混凝土底板。沉井下沉至设计标高后，应先清除污泥等杂物，超挖部分采用碎石夹砂填实，不得用土回填，待沉井8小时自沉累计不大于10mm时即可进行封底。本工程沉井封底采用干封底的方法，在沉井内设集水井。将地下水位降至底板下不能上升时，此时可浇筑封底混凝土。在封底混凝土未达到设计强度前，应进行不间断抽水。保持地下水位低于底板30cm。砼强度达到设计要求时方可停止排水，对集水井进行封堵。底板混凝土浇捣完成后应及时养护，并应防止阳光及温差的剧烈变化，以免底板出现收缩裂缝，影响沉井的施工质量和使用功能。
四、沉井施工的常遇问题与处理对策
（一）沉井倾斜：
原因分析：
1、沉井刃脚下的土软硬不均匀；
2、没有对称地敲碎刃脚下素混凝土垫块或没有及时地回填夯实，井外四周的回填土夯实不均匀；
3、没有均匀挖土使井内土面高差悬殊；
4、刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易产生倾斜；
5、刃脚一侧被障碍物搁住，需及时发现和处理；
6、排水开挖时，井内涌砂；
7、井外弃土或堆物，井上附加荷重分布不均匀，造成对井壁的偏压。
预防措施及处理方法：
1、加强下沉过程的观测和资料分析，现场倾斜及时纠正；
2、对称、均匀敲碎刃脚下素混凝土垫块，及时用砂或砂砾回填夯实。
3、在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，加大阻力延缓下沉速度。
（二）沉井偏移
原因分析：
1、大多由于倾斜引起，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大的压力，因而伴随产生一定的位移，位移大小随土质情况及向一边倾斜的次数而定。
2、测量定位发生差错。
预防措施及处理方法：
1、控制沉井不再向偏移方向倾斜；
2、有意使沉井偏向相反方向，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置。
3、加强测量的检查复核工作。
（三）沉井下沉过快
原因分析：
1、遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度；
2、长期抽水或因砂的流动，使井壁与土之间摩阻力减少；
3、沉井外部土体液化。
预防措施及处理方法：
1、重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。
2、将排水法下沉改为不排水法下沉，增加浮力。
3、在沉井外壁与土壁间填粗糙材料或将井筒外的土夯实，增加摩阻力，如沉井外部的土液化发生虚坑时，可填碎石进行处理。
4、先封底后下沉。
在沉井下沉时遇到土质软或含水量较大突然下沉时，立即通知监理、业主，根据实际情况与以往的施工经验与业主、监理、设计院协商后采取先封底后下沉方法进行施工。在浇筑底板时，预留直径为200mm的预留孔作为沉井下沉的冲洗口与排水口。预留孔的数量与位置根据现场实际情况确定。待沉井下沉至设计标高时再进行封孔。再清理新旧砼的接口和除去松动的砼。
（四）沉井下沉缓慢或停沉
原因分析：
1、井壁与土壁间的摩阻力过大；
2、沉井自重不够，下沉系数过小；
3、遇有障碍物。
预防措施及处理方法：
1、继续浇灌砼增加自重或在井顶面均匀加重。
2、挖除刃脚下的土或在井内继续进行第二层“锅底”状破土；用小型炸药包爆破震动，但刃脚下挖空宜小，药量不宜大于0.1kg，刃脚应用草袋等防护。
3、在井外壁用射水管冲刷井周围土，减少摩阻力，射水管也可埋在井壁混凝土内，此法仅适用于砂类土。
4、在井壁与土壁之间灌入触变泥浆，降低摩阻力。
5、清除障碍物。
（五）沉井超沉与欠沉
原因分析：
1、沉井封底时下沉尚未稳定；
2、测量有差错；
预防措施及处理方法：
1、当沉井下沉至距设计标高以上1.5~2.0m的终沉阶段时，应加强下沉观测，等8小时的累计沉降量不大于10mm时，沉井趋于稳定，方可进行封底。
钢筋混凝土沉井 篇3
本论文不仅对沉井的常规施工方法进行全面、具体的阐述,而且针对异形沉井平面形状不对称、刃脚存在高差的特点,对沉井下沉过程中防偏纠偏措施进行详细介绍。
2 操作要点
2.1 施工方案选择
1)根据对拟建场地的土层特征、地下水位及施工条件的综合分析,优先采用“排水下沉和干封底”的施工方法。
2)沉井施工的一般方法为:一次制作、一次下沉;分节制作、一次下沉;多节制作、分节下沉、制作与下沉交替进行。
2.2 沉井验算
2.2.1 刃脚垫木铺设数量和砂垫层铺设厚度测算
刃脚垫木的铺设数量,由第一节沉井的重量及地基(砂垫层)的承载力而定。沿刃脚每米铺设垫木的根数n可按式(1)计算:
n=G/A·f (1)
其中,G为第一节沉井单位长度的重力,kN/m;A为每根垫木与砂垫层接触的底面积,m2;f为地基或砂垫层的承载力设计值,kN/m2。
沉井的刃脚下采用砂垫层是一种常规的施工方法,砂垫层的厚度一般根据第一节沉井重量和垫层底部地基土的承载力计算而定。可按式(2)计算:
h=(G/f-L)/2tgθ (2)
其中,G为沉井第一节单位长度的重力,kN/m;f为砂垫层底部土层承载力设计值,kN/m2;L为垫木长度,m;θ为砂垫层的压力扩散角,一般取22.5°。
2.2.2 沉井下沉验算
沉井下沉前,应对其在自重条件下能否下沉进行验算。沉井下沉时,必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力,其比值称为下沉系数K,一般应不小于1.15～1.25。井壁与土层间的摩阻力计算,通常的方法是:假定摩阻力随土深而加大,并且在5 m深时达到最大值,5 m以下时保持常值。计算方法见图1。
沉井下沉系数的验算公式为:
K=(Q-B)/(T+R) (3)
其中,K为下沉安全系数,一般应大于1.15～1.25;Q为沉井自重及附加荷载,kN;B为被井壁排出的水量,kN,如采取排水下沉法时,B=0;T为沉井与土间的摩阻力,kN,T=L(H-2.5)·f,L为沉井外周长,m,H为沉井全高,m,f为井壁与土间的摩阻力系数,kPa,由地质资料提供;R为刃脚反力,kN,如将刃脚底部及斜面的土方挖空,则R=0。
2.3 沉井封底后的抗浮稳定性验算
沉井封底后,整个沉井受到被排除地下水向上浮力的作用,如沉井自重不足以平衡地下水的浮力,沉井的安全性会受到影响。为此,沉井封底后应进行抗浮稳定性验算。
沉井外未回填土,不计井壁与侧面土反摩擦力的作用,抗浮稳定性计算公式见式(4):
K=G/F≥1.1 (4)
其中,G为沉井自重力,kN;F为地下水向上的浮力,kN。
根据上述计算,当沉井自重不足以抵抗地下水的浮力时,沉井封底后,井外的深井降水必须继续进行,直到沉井内部结构和上部结构完成后才能停止。
2.4 基坑开挖
对池壁两侧存在高低差的异型沉井,先开挖井壁较深一侧基坑,其相邻井壁高差标高处,使较深侧沉井在坑中作业。
2.5 砂垫层铺设
沉井高度大,重量重,当地基承载力较低,经计算垫架需用量较多,铺设过密时,在垫木下设砂垫层加固,以减少垫架数量,将沉井的重量扩散到更大面积上,避免制作中发生不均匀沉降。
2.6 刃脚支设
刃脚支设采用垫架法,在砂垫层上铺垫木和垫架,垫架间距取1.0 m,垫木采用(160×220×2 000)mm枕木,在垫木上支设刃脚及井壁模板,浇筑混凝土。垫架铺设应对称进行,同一条沉井壁上设2组定位架,每组由2个～3个垫架组成,位置在距离两端各0.15L处(L为沉井壁边长),在其中间支设一般垫架,垫架垂直井壁铺设。
砂垫层铺平夯实后铺设垫木,铺设垫木时用水准仪找平,应使顶面保持在同一水平面上,高差在10 mm以内,并在垫木间用砂填实,垫木埋深为其厚度的一半。
预制时外圈沉井壁刃脚加∠150×100×10型钢护角,中间沉井壁采用10 mm厚钢板按刃脚形状制作型钢护角,护角与混凝土锚固用Ф12钢筋,锚固筋长400 mm,每300 mm设一道,每道两根。
2.7 沉井壁制作
1)模板支设;2)钢筋绑扎;3)混凝土浇筑;4)沉井壁孔洞处理。沉井外壁DN1 500洞口在下沉前用钢板、木板封闭,中间填与孔洞重量相等的砂石配重,外侧钢板与内侧木板用ϕ12对拉螺栓加固,外圈8个,内圈4个,具体作法见图2;5)针对高低刃脚存在高差的处理措施。a.深浅基坑处处理措施。在深浅基坑交界处,为方便较浅基坑部分砂垫层铺设,砌240 mm厚红砖墙,内抹20 mm厚水泥砂浆,外挂一层厚塑料布,兼作刃脚模板。b.高低刃脚交接处结构处理措施。沉井高低刃脚交接处以1∶2坡度斜刃脚过渡,防止在下沉过程中此部位因应力集中造成井壁拉裂。
2.8 沉井下沉
2.8.1 施工平台架设
在沉井上口铺木跳板,形成施工操作平台,在每仓中部适当位置留洞口,以利提升井内弃土。
2.8.2 垫架拆除
刃脚垫架待混凝土达到设计强度的100%后拆除。
2.8.3 挖土下沉
1)待混凝土抗压强度达到设计强度的100%后开始下沉。2)采用人工挖土,从井中间挖向四周,均衡、对称地进行,使沉井能均匀竖直下沉。3)同一刃脚底标高部分,削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行,且各孔格内挖土高差不得大于500 mm,使井内土体均匀平稳下沉。4)在离设计深度20 cm左右时应停止取土,靠自重下沉至设计标高。
2.8.4 测量控制与观测
1)沉井位置标高的控制,是在井外地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点,下沉时在井壁上四周设水平点,于壁外侧用红铅油画出标志,用水准仪来观测沉降。2)井内中心线与垂直度的观测利用井壁内侧上部预埋钢筋,下部预埋水平标板来控制。井壁内侧标出垂直轴线,各吊一个线垂。3)沉井下沉过程中,应安排专人进行测量观测,预防超沉。
2.8.5 下沉过程中倾斜、位移的预防及纠正
1)初沉期间沉井没有井壁外土摩擦阻力作用,由于沉井自重分布不均匀,井体易发生较大倾斜和滑移。采取暂不开挖或少挖较浅区域土方,先进行较深区域土方开挖的措施,有意识防止沉井向较深区域偏移,确保沉井平衡下沉。2)当沉井下沉过程中,偏斜达到允许偏差值1/4时就应纠偏,沉井下沉过程中要做到勤测、勤纠、缓纠。沉井初沉阶段纠偏应根据“沉多则少挖”“沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏。终沉阶段要加强监控,缓中求稳,严格控制超沉。
2.9 沉井封底
1)当沉井下沉至距设计底标高10 cm时,停止井内挖土,使其靠自重下沉至或接近设计底标高,再经2 d～3 d的下沉稳定,或经观测在8 h内累计下沉量不大于10 mm时,即可进行封底施工。2)首先将新老混凝土接触面冲刷干净,对井底进行修整使其形成锅底形,再浇筑封底素混凝土,刃脚下混凝土切实填严,振捣密实,以保证沉井的最后稳定。3)垫层混凝土达到50%设计强度后,进行底板钢筋绑扎。钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内。4)底板混凝土浇筑应分层、不间断地进行,由四周向中间推进,每层浇筑厚度控制在30 cm～50 cm左右,并采用振动器振捣密实。底板混凝土浇筑后应进行自然养护。
3 结语
对工艺有平面不对称、刃脚存在高差要求的沉井,若不克服异形沉井施工难度而设计成矩形等高度沉井,势必会局部加大沉井平面宽度和埋深,造成资金大量浪费。本论文对异形沉井顺利施工提供了可靠保证,故经济效益可观。
摘要：针对异型钢筋混凝土沉井平面形状不对称、刃脚存在高差的特点,对沉井施工操作要点作了归纳,同时提出了沉井下沉过程中的防偏及纠偏措施,对异型沉井顺利施工提供了保障。
关键词：异型沉井,沉井制作,下沉,纠偏,封底
参考文献
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[2]GB 50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范[S].
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[4]葛春辉.钢筋混凝土沉井结构设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.
沉井法施工分析论文 篇4
【关键词】：砂垫层；浇筑；下沉系数；测控；挖土；干封底
1.测量准备
1.1布设测量控制网
按照设计图纸的平面位置要求设置测量控制网和水准点，进行定位放线，定出沉井中心轴线和基坑轮廓线，作为沉井制作和下沉定位的依据。
2.沉井制作
2.1首先做地基处理，用粗、中砂垫层做地基的传力层，使沉井第一次制作时的重量通过混凝土垫层扩散后的荷载值小于下卧层地基土的承载力特征值。
为防止由于地基不均匀下沉引起井身开裂，对粗、中砂垫层基底夯压密实。并在上铺设C10砼垫层一道。
2.1.1砂垫层设计尺寸计算方法如下：
a.砂垫层厚度，根据沉井重量和地基土承载力确定
G/(ι+hs)≤fa
得hs≥G/fa-ι
式中：G--沉井的单位长度重量（KN/m）
fa--地基承载力设计值（KN/m2）
hs--砂垫层的厚度（m）
ι--刃脚垫层宽度
b.砂垫层宽度：
B≥b+2ι
2.1.2砼垫层的厚度计算：
h砼=(G/R1-b)/2
h--砼垫层厚度（m）
G--沉井第一节单位长度重量（KN/m）
R1--砂垫层的承载力设计值一般取（100KN/m2）
b--刃脚踏面宽度
2.2模板支设：根据设计图纸，在基底混凝土垫层上放线，刃脚内侧模采用MU10砖、MU7.5水泥砂浆砌筑，内抹1:3水泥砂浆找平压光。井壁模板采用加工订制木质多层板，一次支设至比施工缝略高100mm处，为保证砼浇筑外观效果，下一次支模板前，不允许拆前一次所支模板。待砼强度达到设计要求和施工要求后，再依次拆除。
2.3钢筋绑扎：池壁墙体钢筋净距控制采用钢筋排架，排架采用Ф14钢筋制作，架间距1000mm设置。钢筋交叉点均逐点绑扎，绑丝头一律扣向里侧，严防出现因保护层过薄而侵蚀钢筋的现象。钢筋连接宜采用直螺纹机械连接，用挂线法控制垂直度，用水平仪测量控制水平度，用木卡尺控制间距，用与结构同强度的细石混凝土垫块控制钢筋保护层厚度。在施工缝位置安装300mm宽钢板止水带。
2.4混凝土浇筑：沿沉井周围搭设脚手架,周围设布料管分布均匀下灰，每层厚500mm。注意对称均匀，防止造成地基不均匀下沉和倾斜。振捣时，振捣棒应插入下层混凝土50mm，保证层间结合紧密。混凝土养护采用浇水养护，两侧覆无纺布，养护14天。为防止出现冷缝，应具备足够的混凝土熟料供应能力。
3.沉井下沉
3.1准备与验算：检查混凝土强度和抗渗等级，刃脚、筒壁、底梁混凝土强度达到设计强度100％后方可进行第一次下沉。其余各节应达到设计强度的70%方可下沉,根据勘测报告验算下沉系数，当下沉系数较小时，应采取增加配重，或注入触变泥浆，减小下沉摩阻力等措施；当下沉系数较大时，可沿井壁外围回填土方，增大总摩擦力。采取不排水下沉时还需克服水的浮力。因此，为使沉井能够顺利下沉，应进行分阶段下沉系数的计算，作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。
下沉系数按下式计算：
K0=（G-B）/Tf
式中G-井体自重；
B-下沉过程中地下水的浮力；
Tf、-井壁总摩擦力；
K0-下沉系数，宜为1.05-1.25,位于淤泥质土中的沉井取小值,位于其它土层中取大值。
当下沉系数较大,或在软弱土层中下沉,沉井有可能发生突沉时,除在挖土时采取措施外,宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉措施,并按下式验算下沉稳定性:
K0’=(G-B)/(Tf+R)
式中R-沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和；
B-下沉过程中地下水的浮力；
K0’-沉井下沉过程中的下沉稳定系数，取0.8-0.9
当下沉系数不能满足要求时,可在基坑中停止取土,减少下沉深度;或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重；或在井壁与土壁间注入触变泥浆，以减少下沉摩阻力等措施。
3.2下沉挖土：刃脚部位采用跳仓破土，使沉井均匀下称。由沉井中间开始逐渐向四周扩展，每层挖土厚度500mm，沿刃脚周围保留0.5～1.5m土堤，然后沿沉井壁，每2～3m一段向刃脚方向逐层、对称、均匀的削薄土层，每次50～100mm，当土层受刃脚挤压破裂后，沉井在自重作用下均匀垂直下沉，使不产生过大倾斜。
3.3按确保沉井稳定的需要掌握临界挖深。对沉井下沉过程中的基底隆起、管涌或承压水引起的不透水层穿破，下沉前要有预计，下沉时应严格掌握。
3.4按勤测勤纠偏的原则进行沉井下沉。在终沉阶段，刃脚的标高差和平面轴线偏差，要始终控制在规范容许的范围内。
3.5当沉井为多次制作多次下沉时，每次接高都须满足沉井的稳定要求；即传送至刃脚下土层的荷载，应小于该层土的极限承载力。必要时须在井周回填砂土或向井内灌水，保持刃脚下土层的稳定性。
4.沉井干封底
4.1封底条件：当沉井下沉距设计标高200mm时，停止挖土和抽水，使其靠自重下沉至设计标高，沉井达到终沉标高后8小时的累积下沉量≤1cm时，可进行混凝土干封底；
4.2干封底可采用分格浇筑方法，其浇筑顺序和每次浇筑格数，要根据下沉终止时的刃脚高差及井格内涌土情况而定；
4.3封底前将锅底整平，与封底混凝土接触的刃脚和井壁须凿毛并洗干净；
4.4设置集水井，其四周应设反滤层，并与排水沟相连；
4.5集水井在混凝土达到设计强度后方可封堵。
5.测量控制与观测
5.1沉井平面位置、标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，以控制其平面位置和标高。
5.2沉井垂直度控制：在井筒内按8等分标出垂直轴线，各吊线锤对准下面的标板来控制，并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时，随时观测垂直度，当线锤偏离墨线50mm，或四周标高不一致时，应立即纠正。
5.3沉井下沉控制：在井壁周围弹水平线用水准仪来观测沉降。
5.4观测：沉井下沉过程中应加强位置、垂直度和标高（沉降值）的观测，每班测量两次（于班中和每次下沉后检测）；接近设计标高时，每２h观测一次，严防超沉。由专人负责并做好记录，发现倾斜、位移或扭转，应及时纠正。
6.注意事项
6.1沉井开始下沉的5m以内，要特别注意保持平面位置和垂直度的正确，以免继续下沉，不易调整。
6.2为减少下沉的摩阻力和以后的清淤工作，在沉井的外壁采取随下沉随填砂的方法，以减轻下沉难度。
6.3在沉井开始下沉和接近设计标高时，周边开挖深度应小于300mm，避免发生倾斜。在离设计标高200mm左右停止取土，靠其自重下沉至设计标高。
沉井施工方法浅析 篇5
由中铁七局集团有限公司承建的新建郑州铁路集装箱中心站工程, 污水泵井由于埋设较深, 设计采用沉井施工。地下水位高程在自然地坪以下4.7m左右, 要求先开挖到自然地坪下3.5m之后, 施工沉井。工程采取分节制作、分节下沉的施工方法。第一节制作高度不宜大于沉井直径 (6m) 。根据地质报告, 可将刃脚支设持力层选在粉质粘土夹粉土层, 可采用降水下沉法, 降水方式优先采用井内设内径600mm, 深15m管井, 用潜水泵抽水来降水。
2 沉井施工方法
2.1 施工流程
场地平整——测量放线——降水井施工并开始抽水——开挖基坑至自然地坪以下3.5m处——砌刃脚砖座——坑内制作沉井刃脚——沉井浇筑——监控降水情况——拆除垫座——井内挖土下沉、封底——浇筑底板混凝土——施工内隔墙、梁、板、顶板及辅助设施。
2.2 沉井制作
2.2.1 刃脚支设
可采用砖垫座, 砖垫座沿周长分成6～8段, 中间留20mm空隙, 以便拆除, 砖垫座内壁用M7.5水泥砂浆抹面, 砖采用MU10。
2.2.2 井壁制作
沉井制作可在基坑中及地面上进行。分节制作时水平接缝需做凹凸型, 以利防水。
沉井主体采用C35、S6商品砼, 在对钢筋模板进行验收合格后, 进行浇筑砼, 浇筑刃脚、井壁砼要注意浇筑顺序, 每层30cm, 将沉井沿周长设多个振捣组, 同时浇筑。保证对称均匀下料, 防止一侧受压而使模板产生位移、变形, 每层必须在2h之内浇筑完毕, 振捣时振动器移动间距不大于0.5m。振捣器应避免碰撞钢筋、模板。振捣器插入下层砼内不小于0.05m, 要快插慢拔, 每一振点的振捣时间应使砼表面呈现浮浆和不再下沉。在砼浇筑过程中, 应经常观察模板、支架, 当发现问题及时采取措施处理。
施工缝的技术处理。井身整个高度7m左右设一道施工缝。施工缝选择在井身中间处, 浇筑高度为3.5m左右, 施工缝采用凹凸槽, 该处砼应确保密实平整, 无高低起伏, 砼后期接面要打凿清理, 并浇10cm厚减半石子砼, 下沉时浇筑的砼强度必须达到100%。
2.3 管井降水
降水井管井结构
井口。井口设置护圈, 遮盖盖板, 以防止地表污水、杂物混入井内。
井壁管。井壁管均采用无砂混凝土管, 井壁管的内径为φ600mm。
过滤器 (滤水管) 。无砂混凝土管壁透水性良好, 沿井深通长埋设, 可用作过滤器。
沉淀管。沉淀管长度为1.50m, 底口封死。
填砾料 (砾砂) 。下部井管外侧用洁净石英砂填充作为过滤层。滤料从井口四周均匀回填, 防止将井管挤偏。
填粘性土封孔。为防止地面污水的渗入及确保降水效果, 在砾料的围填面以上须采用优质粘土围填至地表并夯实, 并做好井口管外的封闭工作。
2.4 沉井下沉
2.4.1 下沉验算
下沉验算计算:根据《建筑施工手册》第374页表6-143, 得出井壁摩擦阻力:粉砂和粉性土为15～25kN/㎡, 取平均值20k N/㎡。
两次浇筑完之后, 井的自重为G=mg=3.14*6.6*0.3*9*2500*10=1400kN;
当沉井下沉深度为3.38m时, 井壁摩擦阻力为:f=20*3.14*6.6*3.38=1400kN;
所以得出结论:下沉深度小于3.38m时, 沉井依靠自重, 可自然下沉;下沉深度大于3.38m时, 要依靠外力使沉井下沉。
抗浮验算计算:地下水位标高为82.4m, 刃脚下端标高为79.05m;
水浮力为f浮=1 000*10*3.14*3.3*3.3* (82.4-79.05) =1146kN;
当沉井封底混凝土自重G=f浮时, 能将地下水封住。
G=mg=2 500*10*3.14*3.3*3.3*h;得出封底平均厚度:h=1.34m。
2.4.2 沉井下沉
1) 分组对称拆除沉井砖模或模板至刃脚斜面内400mm;
2) 在沉井中间开始逐渐向四周挖土, 每层挖土厚0.4～0.5m, 沿刃脚周围保留1.5m土;
3) 先挖两层后 (形同锅底) , 再集中人力沿沉井井壁, 每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称均匀地削薄土层, 每次削200～300mm, 使沉井在自重作用下均匀垂直切土下沉, 然后再重复上面程序。沉井位移主要是由沉井倾斜引起的, 沉井向某一方向倾斜被纠正后, 必然引起沉井向相反方向产生位移, 可以利用这一点, 当沉井向某一侧位移后, 在沉井下步沉时, 先挖此侧刃脚处的土, 使沉井向此侧倾斜, 然后挖相反侧刃脚的土纠正倾斜, 如此循环一、二次可纠正沉井位移;
4) 沉井下沉最初3.5m内要特别注意保持平面位置与垂直度正确, 以免以后下沉不易调整。挖土必须分层进行, 防止挖的太深或刃脚处切土过快伤人;
5) 在沉井开始下沉和将沉至高度标高时, 周边开挖深度应于300mm或更薄一些, 避免发生倾斜, 在离设计标高200mm左右应停止取土, 依自重下沉至设计标高。
2.4.3 封底
位于沉井中心设置有一个降水管井, 先将沉井内土形整理成锅底形, 自刃脚向中心挖放射形排水沟填以石子做滤水暗沟, 管井四周填以卵石, 使井底的水都汇集到管井中, 用潜水泵排出, 使地下水位保持低于井底面50cm以上。刃脚砼凿毛处应洗刷干净或打毛, 然后浇筑C15混凝土砼垫层 (封底一般铺一层150～500mm厚碎石或卵石层, 再在其上浇一层厚约1.5m的混凝土垫层, 在刃脚下切实填严, 振捣密实, 以保证沉井的最后稳定) 。达到50%设计强度后, 在垫层上铺设底板钢筋浇筑砼, 并捣固密实, 砼养护14d期间, 在封底的集水井中应不断抽水, 待底板砼达到70%设计强度后, 抽除井筒中水后立即向降水管井中灌入C30早强干硬性混凝土捣实, 装上法兰, 再在上面浇筑一层砼, 使之于底板一平。
3 监控量测
1) 在井周围建筑物处设置沉降观测点;
2) 监控量测频次及控制。降水前, 进行观测点的水准测量。在降水过程中, 每天两次进行观测。在施工期间, 固定专人及专用设备, 不得随意更换。当观测点沉降速率发生突变或地表发生开裂, 应立即停止降水, 查找原因, 采取补救措施后方可继续施工。
4 结论
在沉井的施工过程中, 我们有条不紊的按照上述施工方法施工, 使整个沉井系统有序而又保质保量的完成, 既能确保施工安全, 又能对整个工程的经济性和施工进度有很大的帮助, 为中铁七局在以后的沉井施工提供了借鉴的范例。
参考文献
沉井施工方案探讨 篇6
运城市学苑北路立交桥雨水泵站位于下穿通道西侧, 同蒲铁路以北, 机场大道以南的绿地内, 该泵站提升下穿通道部分路段雨水至雨水主管道。泵站工程设计为地下式钢筋砼结构, 包括泵井、出水池, 泵井平面尺寸:7.2m×3.6m, 埋深10.4m, 采用沉井方法施工。出水池平面尺寸1.5m×5.8m, 埋深3.03m, 采用大开挖方法施工。
2 施工方案
施工准备→测量放线→挖基坑 (机挖) →做垫层→井壁制作→沉井下沉→封底→顶管→做流槽→封顶
2.1 基坑开挖及场地排水
根据设计图纸进行定位放线, 在地面上定位出纵横两个方向的中心轴线, 基坑的轮廓线以及水准标点, 然后根据施工需要进行基坑开挖, 基坑宽度比沉井宽2m, 开挖深度为5.5m, 沉井采用在基坑中制作, 以减少下沉深度, 降低施工作业面, 基坑每边, 四周设降水井 (降水井深度25m) , 使地下水位降至比基坑底面低0.5m, 放坡为1:1.5, 挖土采用1台反铲挖土机进行, 配合人工修坡及平整坑底, 挖出的土运到弃土场地堆放。
基坑施工前先进行排水管道施工, 以便于将降水井抽出的水排入机场大道排水系统。基坑上地面设一定横坡, 并开挖排水沟、集水井, 以防地面水、雨水流入坑内, 减小井内土壤的含水量。
2.2 垫层浇筑
根据设计要求井体四周刃脚处浇筑C20混凝土垫层, 厚度15cm, 考虑到基坑底层含水量较大, 浇筑前对地基表层土回填50cm砂砾进行夯实。
3 刃脚成形及井壁制作
1) 在砼层上弹出刃脚尺寸线, 在其上支设刃脚模板, 然后绑扎钢筋
2) 钢筋工程
钢筋在加场地机械成型, 现场人工绑孔, 井壁竖筋一次绑好, 水平筋分段绑扎, 底板与墙体连接处预留连接钢筋, 为保证钢筋位置正确, 钢筋接头采用绑扎接头。垂直钢筋间距采用开出槽口的木卡尺控制, 水平筋间距, 选用一批竖钢筋按间距焊上短钢筋头控制。
3) 模板工程
本工程模板采用竹胶板, 方木或钢管支撑, 考虑浇筑速度快, 对模板产生很大的侧压力, 采用φ12@500纵横向螺栓拉结加固, 防止模板侧向变形, 拉结螺栓中部设钢板止水片, 横向@500, 纵向@1100设加固围楞沉井内侧用钢管相互支撑顶牢, 确保整体模板的刚度、稳定性和不变形, 使砼的几何尺寸, 外观有绝对的保证。
4) 砼工程
沉井采用C30、P6商品砼, 在对钢筋模板进行验收合格后, 进行浇筑砼, 浇筑刃脚、井壁砼要注意浇筑顺序, 每层30cm, 将沉井沿周长设多个振捣组, 同时浇筑。保证对称均匀下料, 防止一侧受压而使模板产生位移、变形, 每层必须在2h之内浇筑完毕, 振捣时振动器移动间距不大于0.5m。振捣器应避免碰撞钢筋、模板。振捣器插入下层砼内不小于0.05m, 要快插慢拔, 每一振点的振捣时间应使砼表面呈现浮浆和不再下沉。在砼浇筑过程中, 应经常观察模板、支架、, 当发现问题及时采取措施处理。
5) 水平施工缝的选择及处理
沉井整体高度12.8m, 设一道施工缝。施工缝选择在5.0m处, 浇筑高度为7.8m, 施工缝采用凸槽, 该处砼应确保密实平整, 无高低起伏, 在浇筑上节壁板前应将施工缝表面凿毛, 用水浸润, 然后用10mm~15mm素浆一道, 而后继续浇筑。下沉时第一次浇筑的砼强度必须达到100%, 第二次浇筑的砼达到75%以上。
4 沉井下沉施工
4.1 沉前准备
将所有模板拆除干净, 拉结螺栓从根部切割干净用1:2水泥砂浆粉平压光, 井内预埋钢筋向上理顺, 沉井外侧回填石屑夯实, 在沉井外壁弹出水平, 中分线并在离沉井10m左右设固定水平控制和中分控制。
4.2 沉井下沉
在刃脚处砼达到设计强度的100%, 上部砼达到75%后, 开始沉井下沉挖土, 井内土方采用人工开挖, 每次取土深度为30cm~40cm, 自井的中部向四边对称取土, 以保证沉井在下沉过程中, 不出现倾斜。自井中取出的土方应堆放在离井3m以外, 避免因外部土的压力增大, 使井发生倾斜, 一轮下沉到位再进行下轮开挖下沉, 在离设计深度20cm左右应停止取土观察两天, 如靠沉井自重下沉不到位, 再用人工慢慢取土, 使沉井到达设计深度。
5 封底
8小时内下沉量累计不大于10mm时进行封底, 封底时保证降水井抽手不得间断。使地下水位保持低于井底面30cm~50cm。刃脚砼凿毛处洗刷干净后, 浇筑C15毛石砼, 强度达到30%后浇筑10cmC15混凝土垫层, 铺设底板钢筋浇筑砼, 并捣固密实, 待底板砼达到100%设计强度且龄期大于7天, 方可停止降水。
6 质量保证措施
6.1 技术措施
1) 实行技术交底制度, 对施工中的各个技术要点、施工程序、操作要点和质量标准在施工前进行详细的技术交底会;
2) 试验员现场技术员检查每车砼质量, 包括是否出现坍落度过大或过小, 砼是否严重离析或夹有水泥结块和大粒径的石子。检查掺入的外加剂的型号和数量是否满足要求;
3) 施工过程中注意控制砼的自由落差在2m以内;
4) 实行岗位责任制, 充分发挥质检体系的作用, 未经质检人员检验合格的工序, 不得向监理工程师报检;
5) 技术资料的收集、整理、存档、做到及时准确完整。
6.2 质量保证措施
1) 为了确保工程质量, 组织施工人员, 进行全面质量管理意识教育, 认真学习工程技术规范和质量检验标准, 熟悉掌握招标文件、技术规范、施工图纸、施工工艺, 使每个施工人员做到心中有数;
2) 实施科学管理, 制定施工管理办法, 科学合理地组织施工, 杜绝不合格产品, 确保优质工程;
3) 实行工序控制及过程控制, 对每道工序提出质量标准, 控制方法和检查验收的内容, 使每个施工人员和质检人员, 明确质量目标, 以保证工程质量在施工过程中处于受控状态;
4) 建立严格的奖惩制度与质量责任制度, 对违反操作规程、程序, 使用不合格材料, 影响工程质量的除坚决返工外, 还要给当事人予以处罚, 对工程质量达到优良的给予奖励。
7 安全保证措施
1) 施工现场采用全封闭施工, 现场设安全围挡, 布设各种安全提醒标识标牌;
2) 降水井井口采用钢筋网或木板覆盖并设警示标示;
3) 随时注意观察基坑边是否有裂缝及其它易引发坍塌现象发生的不利因素, 以便及时消除隐患;
4) 操作人员必须严格遵守安全操作规程, 严禁赤脚、穿拖鞋或高跟鞋进入施工现场;
5) 安全保卫部门负责做好现场的防水、防火安全保护措施;
6) 定期进行安全生产检查工作, 对检查出的不安全因素和隐患应立即整改, 整改不力的悬挂警告黄牌, 直至整改完毕;
7) 夜间施工安装足够的照明设备, 确保安全施工。
参考文献
[1]公路桥涵施工技术规范.中华人民共和国交通部.
沉井下沉施工要点探讨 篇7
沉井原先是用于桥梁墩台、重型厂房与各种工业构筑物 (如煤气罐、高耸塔架等) 的一种深基础, 现逐渐发展成为埋入软土层内各种地下构筑物和人防工程围护结构的一种形式。简单说, 沉井是先在地面或地坑内制作开口钢筋混凝土井身, 待其强度达到设计要求后, 在井筒内分层挖土运出, 随着挖土和井内土面的逐渐下沉, 沉井筒身借其自重或其他技术措施克服与土壁之间的摩阻力和刃脚反力, 不断下沉直至设计标高后封底。
沉井施工是一种比较成熟的施工方法, 主要适用于淤泥质地基和砂性地基。与其他施工方法相比, 具有施工安全可靠、开挖土方量少, 可节约大量的金属围护材料和人工、节约投资以及加快施工进度等优点。根据沉井的形状不同, 可分为圆形和方形两种沉井。相对方形沉井来说, 圆形沉井具有较好结构受力特性, 刚度大、配筋量小、能承受较大的外荷载。
沉井开挖下沉施工中首要问题有两点:一是应严格控制下沉偏移;二是应事先取得可靠的地下水资料, 选择合理的排水方法, 预备足够的抽水能力, 这是保证沉井顺利施工的重要前提。
2 沉井的构造要求
沉井由刃脚、井壁、隔墙与底梁、凹槽、封底与底板、顶盖、井孔、射水管或探测管等组成。主要构造的作用及要求:
2.1 刃脚
作用:减少沉井下沉阻力, 切土下沉, 封闭与阻止壁外流砂或泥浆涌入井筒内的作用;制做要求:刃脚混凝土强度按规范不低于C20, 踏面宽度一般为200~400mm, 斜面倾斜角应大于45度, 当在松软土中下沉时, 应适当加宽至400~600mm, 其踏面宽度和斜面高度应根据地质勘察报告来确定。此外, 刃脚的长度也很重要, 当土质坚硬时, 刃脚长度可以短些, 当土质松软时, 一般可达到1.5-2米。
2.2 井壁
作用:下沉挡土、挡水及克服摩擦阻力的作用。施工完毕后, 做为基础或基础一部分, 或工井、竖井及其它构筑物井壁;制做要求:为减少土壤摩擦力, 井壁通常做成台阶式 (宽度一般为100-200mm) , 其混凝土强度不低于C25, 壁厚0.4~1.5m, 每节高度6~8m, 井壁内预埋各种管路。
2.3 隔墙与底梁
作用:加强整体刚度, 防止突沉, 减少挠曲应力, 并分成多个井孔有利于控制沉井下沉方向;制做要求:厚度0.6~0.8m, 底面高出刃脚踏面0.5-1m, 若与刃脚平齐应留过人孔。
2.4 封底与底板
作用:隔离地下水力联系, 凹槽增强井壁与底板的联结强度;制做要求:槽深不小于150mm, 采取不排水下沉时距刃脚2.5m以上。
3 沉井工程施工要点
在沉井制作完成后, 设计强度要达到以下要求:第一节的混凝土强度到达100%以上, 余下各节达到70%以上, 才能开始下沉施工。井壁的预留孔洞要在沉井下沉前封闭, 应沿着竖向方向对称设置标高控制点, 使用水准仪对沉井的下沉深度和倾斜状态进行测量控制。分块对称地按顺序凿除混凝土垫层, 采用先内后外的方法, 并立即清理混凝土垫层, 空穴应马上用砂或砂土进行回填, 最后才能凿除混凝土刃脚定位支点处混凝土。下沉过程中, 当沉井里的空间比较小, 应采用人工利用风动工具破土方法, 再将井里的土运出;当沉井里空间较大时, 可采用机械设备进行挖土并在井边设置提升架, 利用卷扬机将井内土取出。对于沉井挖土有如下规定:要求分层、均匀、对称地进行挖土;下层过慢要采用助沉措施;下沉过快时, 要保留刃脚周边的土, 先挖中间的土层;按勤测勤纠的原则进行下沉施工。在进行沉井下沉时, 应有专业工作人员进行指挥, 使各项工作能够相互协调, 保持一致的进度。当沉井下沉到靠近沉井设计标高约1米处, 应控制下沉速度, 在下沉深度离设计标高约有50~200mm时应注意采用人工挖土进行修正, 当8h观测总沉降量小于等于10mm时, 可以进行封底施工。
4 常见问题及处理方法
在施工过程中, 会遇到各种各样的问题。施工的质量是施工过程中要严格控制的, 为保证沉井位置不会出现偏移, 就需要保证沉井在规范允许偏差范围内下沉, 不出现过大的偏斜。根据施工现场的条件和土质的不同, 遇到的问题也不尽相同, 这就要我们具体问题具体分析。如果发生倾斜是在入土较浅时, 那么只要在刃脚较高的一边加强挖土即可。如果在入土较深时, 那么井壁周围的土压力也会加大, 此时, 可采用高压射水管沿着井壁高的一边外侧插入土中, 以此来破坏土层, 这里的关键在于破坏土层。此外, 条件允许的话, 还可以采用沉井顶部加配压重的方法来纠正沉井的倾斜。下面对一些具体问题进行分析。
4.1 井壁摩阻力问题
4.1.1 摩阻力太小
沉井下沉到接近设计标高的位置时, 如果土层软弱摩阻力过小, 就会造成不稳定, 这时就会出现超沉的问题。此时, 解决问题的措施如下:可以用向井内注水的办法来增加对沉井的上浮力, 此法适用于不排水下沉法;若是采用排水法下沉的, 可以提前放置块石或混凝土块在沉井刃脚斜面设计标高处, 使沉井最后落在块石或混凝土块上;当然根据具体情况还有其他的阻沉法, 如在沉井内部设下横担梁, 在井壁外侧设挑翼搁在地面上, 增大刃脚的正面阻力等等。
4.1.2 摩阻力太大
沉井下沉过程中, 土的摩阻力一般会随着深度增加而增大, 那么沉井会在沉井自重小于井壁摩阻力的时候停止下沉。此时, 减小摩阻力或加大沉井重量是解决问题的办法。措施具体如下:若沉井是分节下沉的, 那么就可以接高沉井或顶部加配重。为减小正面阻力, 可以利用水枪机掏刃脚下的土层, 且挖空高度不宜过大。还可以用高压水冲射外壁, 或是在制作沉井时就将井壁抹光或涂油减少摩阻力。在不排水下沉时, 为减少浮力, 可以由井内抽水, 但流砂处不宜采用此法。
4.2 沉井出现裂缝
沉井施工中不允许有超过设计规范要求的裂缝出现。沉井主要出现裂缝的原因有:沉井施工的质量差, 下沉过程中沉井上部被卡住, 设计验算与实际情况不符、支承点太多, 有不对称的荷载存在沉井周围, 由于沉井倾斜产生的较大侧压力, 竖向配筋不符与沉井悬吊坑中的承载力时将沉井拉出裂缝等等。沉井出现裂缝的处理如下:若井壁出现宽度为O.5mm-1.Omm的裂缝时, 一般可以不做特殊处理 (设计另有规定除外) , 以环氧树脂将其缝封闭即可;若裂缝宽度达lmm以上, 则视具体情况而定, 一般可采用在井壁 (出现裂缝) 上钻孔安装牵钉的方法。
5 工程实例
集美新城集美大道220k V及110k V架空线路缆化工程共有七座工作井和接收井, 顶管长度约120米, 内径为3米, 采用C25商品砼进行浇筑。其中一个工作井与一个接收井位于集美大道与同集路交叉口两侧, 平面尺寸分别为10.4*11.4M和9.5*10.0M, 井壁厚度0.8米, 工井高度11米, 下沉深度分别为14.1M和13.6M, 井底标高为-8.036M和-7.15M。工作井位于集美大道与同集路交叉口南侧, 接收井位于集美大道与同集路交叉口北侧, 基槽开挖范围主要为素填土, 沉井地面标高位置+6.50m, 根据地勘报告, 地下稳定水位2.3m, 沉井位置自上而下所穿越的土层有: (2) 素填土 (6) 粉质粘土 (9) 残积砂质粘土, 井底位于残积砂质粘土层中, 但实际施工过程中有夹杂一些软弱土层 (如海泥等) 。
5.1 本工程施工方案
(1) 工程顶管工井为沉井结构, 沉井下沉施工方法为排水开挖下沉法, 工作井施工区域占地30m×30m=900m2, 接收井施工区域占地30m*15m=450m2。根据实际工作经验, 地勘报告与实际地质情况不符, 在施工过程中, 先开挖一个约3m深的基坑, 并在基坑的井位铺设砂垫层和素砼垫层, 之后进行沉井的制作。考虑到施工位置软硬土层, 故工井施工分为两次制作二次下沉, 首先是第一节井壁高度为7米 (包括刃脚) 的制作, 第二节井壁高度为7m的制。第一节井壁浇捣、养护且砼强度达到设计强度后开始下沉。进行第二节井壁的模板制作要在第一节井壁下沉至地面约0.5m且相对稳定后开始, 同样对第二节井壁进行养护且砼强度达到70%后开始下沉到到达设计标高, 等待下沉稳定后开始封底及顶板的施工。
(2) 本工程在沉井位置有夹杂软土层, 下沉过程应做好遇软土层进行换土的准备, 事先准备几车粗砂和枕木, 在沉井下沉过程中应注意监测、认真观察土层, 根据现场经验, 事先判断是否有软弱土层, 如发现软弱土层, 在软弱土层位置应及时进行换填或在刃脚处垫以枕木, 防止沉井出现较大歪斜后再进行纠偏。
5.2 施工过程监测
沉井下沉的过程, 常常会对周边的管线产生影响, 因此, 我们必须采用监测保护措施, 对沉井施工过程中的姿态监测的同时对沉井影响范围内的公用管线进行保护加固。
本工程监测措施如下:在沉井拆模后, 在三个仪器检测站的相对应处井壁上以200mm为间距弹出横纵的墨线, 引测三个基准点至基坑外侧并加以保护。然后, 为了方便进行分析对比, 要测量并记录下沉前的各项原始数据, 以作为今后监测中的原始依据。以此来控制沉井在下沉过程中井体的偏斜、扭转量。本工程在下沉过程中有出现偏斜, 高低偏差控制在200-300mm范围内。
主要监测两方面的内容:一是确保沉井的施工符合标准, 沉井下沉达到设计要求;二是确保在沉井施工过程中没有对周围的管线造成不良的影响。
6 结论与展望
沉井施工工艺的核心是能够将沉井顺利下沉到位。设计之初要充分考虑影响沉井下沉的多方面因素, 逐一克服, 确保沉井顺利下沉到位。一旦在这一环节上疏忽, 或出现问题不及时进行有效处理, 将产生更大的浪费和严重的后果。沉井下沉过程中要加强施工监测, 出现偏差时要分析原因及时调整。其中, 重率是沉井结构设计中一个至关重要的指标, 一定要结合沉井下沉遇到的不同地质条件精心设计。沉井助沉措施要预先设置, 以防万一, 不要到下沉困难时再想补救措施, 那样会极大地增加施工难度。
沉井施工技术是土建工程中地基与基础部分的一项补充, 经过不断实践、研究与应用, 将为设计、施工提供重要依据, 创造更多的社会价值。因此希望广大土木工程师们能多总结经验, 在工法创新方面推陈出新, 使沉井工程施工更加安全快捷、经济实用, 更加广泛地应用到工程建设。
摘要：沉井挖土下沉是沉井施工中的一道重要的工序, 也是施工中必须引起重视的重要环节。本论文结合工程实际, 简要说明了工程中施工方案, 分析了沉井在下沉过程遇到的问题及采取的措施。
关键词：沉井,施工要点,处理方法
参考文献
浅谈沉井土地压 篇8
若在竖井(垂直巷道)中,由于井帮发生破坏,使井筒(支架)受压,这种岩土压力和水压(有水时)所形成的压力,即为竖井地压。
1 竖井地压
1.1 竖井散体(松动)地压的计算
当竖井在表土层或竖井井帮岩石破碎时,井筒井壁周围将产生散体(松动)地压,对于该地压的计算公式有多个,目前“竖井设计中散体(松动)地压的计算广泛使用平面挡土墙公式和圆锥挡土墙计算法”[1]。平面挡土墙计算法的实质是把表土或破碎的围岩视作无凝聚力的松散体,将井壁视为平面挡土墙,作用在井筒井壁上的地压为主动土压力。圆锥挡土墙计算法中,竖井井壁是个圆柱面,当土体(或破碎岩体)向内滑移时,井壁周围岩土体形成空心圆锥体,按空间轴对称问题求得计算公式。
1.2 平面挡土墙计算法的由来
1.2.1 普氏计算法[6]
普洛托吉雅可洛夫(M.M.Протодьяконов)用坚固性系数f来代表岩石的性质,也即用似内摩擦系数tgϕ来代表。井壁压力就是极限平衡状态的侧压力,岩(土)体自重为γz(z为计算深度),井壁压力为P,但当井筒深入岩层,硬岩和软岩中井壁压力有明显差别时,从而产生了秦氏计算法。
1.2.2 秦氏计算法
秦巴列维奇(П.М.Цимбаревич)的基本观点与普氏相同,只是不用加权平均的坚固性系数,而是分层计算。秦氏提出计算竖井(垂直巷道)的地压公式是:“垂直巷道内的支架,即可看作一种承受着围岩方面的主动压力的挡土墙,这种假想并不是十分严格的,而只是一种可以提供近似结果的假设”。同时,视土为松散介质,而不考虑粘结力,“而且假定在岩层与支架材料之间没有摩擦才能有效”[2]。
由于秦氏计算式在设计计算中被广泛使用至今,因而,人们长期都认为竖井井壁(包括沉井)所受的力,就是这种“承受着围岩(土)方面的主动压力”的地压,而不存在其他力的作用。
2 土压力的种类
根据挡土墙位移的情况,产生三种不同的土压力:1)挡土墙固定不动,作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力P0。2)松散介质(土)对于挡土墙的推力而产生的主动土压力Pa。3)松散介质(土)受到挡土墙的抗力而产生的被动土压力Pp。
3 沉井受力简析
3.1 沉井法概况
沉井法是在不稳定含水表土层中开凿井筒的特殊施工方法之一。1839年法国沙龙尼(Saloney)煤田首次使用沉井法以来,在欧洲已使用于地下工程中有1 500多个[4]。1966年日本竣工的日铁有明3号立井,沉深达200.3 m为世界之最。我国煤炭工业使用沉井法已建成100多个井筒,其中山东单家村煤矿下沉到192.75 m的深度[5]。
3.2 沉井受力与下沉条件
沉井一般是靠井筒自重Q,克服土壤的正面阻力Rs,侧面阻力Tf,井筒水的浮力B而下沉。Q为沉井的主动力;Rs为土给刃脚斜面的反力,若及时出土,Rs即可消失;B等于井壁所排开同体积水重,若采用淹水沉井,虽有阻力作用,但它保持了井内外压力平衡,对沉井有利;Tf为井筒外壁所受土的阻力(包括井筒前端的刃脚),是下沉的一个重要因素。因此,加大自重Q,减少Tf是沉井的关键。由于自重是人为的可控因素,应着重研究的是侧面阻力Tf。
3.3 沉井侧面阻力的侧压力
1)我国学者(包括有关的高校教材)对沉井侧阻所提出的看法,主要论点可归结如下:a.下沉的沉井井壁与土壤直接发生摩擦,也有认为是沉井井壁与土壤间发生滑动。b.沉井井壁所受的侧压是竖井表土地压(散体地压)。
2)从沉井施工现场,可观察到以下现象:a.在马鞍山某项目沉井施工时,为了纠偏,进行壁外“大揭盖”,说明靠近井壁的土层被压密实了。b.马鞍山地区进行料石沉井壁后注浆时,都比较费劲,几乎每个沉井井壁外都要捣1 m～3 m的硬土层才能进行。c.在沉井壁中放置的放水管,经常放不出水。d.主井下沉到30多米时,下沉几乎停止,刃脚部分完全露出(即Rs=0,B=0)。伸手摸刃脚外壁,有一层200 mm～400 mm厚粘着紧密且含水少,很难■出的土层。e.在各种沉井正常下沉时,均可在井壁与土层间进行充填,如用炉渣、泥浆、压气等物充填;表明刃脚与井壁(内缩)形成的台阶(约0.3 m宽)空间,围绕井筒而存在。否则,壁后充填都将无法进行。
3.4 沉井刃脚下的应力分布
沉井刃脚下沉时,其周围土的受力情况较为复杂,通过实验和数学分析相结合的方法,分析如下[6]:
1)若在刃脚尖端作用下,土受垂直集中力P作用,可求得在集中力作用下的半平面体的应力。以集中力P的作用点为极坐标原点,应力与P,r,θ有关,通过推导得:
σr=2P/(πr)cosθ。
由τγθ=0,σγ=σ1,σθ=σ3=0,按有关公式可求任意方向应力,因此,X,Z方向的应力为:
σZ=2P/πcos3θ/r;
σX=2P/πsin2θcosθ/r;
τZX=2P/πsinθcos2θ/r。
因θ是无因次量,故应力分量σγ是1/γ的函数,又是θ的函数。r越大,应力σγ越小。集中力P作用线上应力最大,向两侧逐渐减小。
2)在刃脚下沉过程中,周围的土中应力变化,可按三角形荷载作用下半面体的应力计算:
根据公式可得出不同深度Z/b与不同位置X/b,在三角形荷载下的应力σZ/P值。
3.5 压密壳与土压力
沉井在正常下沉过程中,将不会受到地压(主动土压力)的作用(除了产生涌砂,突水,壁外充填被破坏;或沉井偏斜过大等不正常情况外);而只是在刃脚部分受到被动土压力的作用。
4 竖井表土地压与沉井地压
沉井井筒在表土层中下沉,不是静止的,井筒不断下沉,井筒前端的刃脚要压迫土体,挤压土体和受到土的被动土压力的作用;并形成“压密壳”体围绕井筒而立。在正常下沉情况下,沉井不会受到地压(主动土压力)的作用。我们知道:被动土压力和主动土压力(地压),两者无论在质和量上都是不相同的,两者有较大的差别:“在一般表土层中,被动土压力较地压(主动土压力)要大几倍,且其与深度的关系也较密切”[8]。为了区别,我们把沉井井筒(刃脚)所受的被动土压力称之为沉井地压。
5 结语
1)沉井地压是竖井表土地压现象中的一种特殊地压形式,它在作用方式以及性质和数量上都与竖井表土地压是不相同的,而且有很大差别。2)沉井井壁外“压密壳”的形成,为正常下沉时,实施炉渣、泥浆、压气等减阻措施提供了空间,并起到平衡地压的作用。只有在出现涌砂、突水、压密壳破坏等异常情况下,才可能产生地压(主动土压力)作用。3)沉井地压的提出,改变了有关沉井的认识和计算,有助于岩石力学地压理论的研究和探讨。4)沉井施工法,不仅在煤炭工业上得到应用,还应用于交通、桥梁、建筑、地铁等的施工中,因此,对沉井地压的研究,不仅有理论意义,还有施工的经济价值。
参考文献
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[7]王祥厚.静载沉井侧面阻力公式的探讨[D].贵阳:贵州工学院,1979:1-20.
沉井排水下沉施工方法 篇9
1.1 工程概况
XX大桥北锚碇为重力式锚碇, 基础采用沉井结构形式。沉井平面分20个井孔, 顶面高程+4.3m, 基底标高-48.5m, 置于密实卵砾石层。沉井顺桥向69.0m, 横桥向58.0m, 竖向分十一节, 除第一节为钢壳混凝土沉井外, 其余十节均为钢筋混凝土沉井。设计竖向高度划分为:第一节沉井高6m, 第二～十节沉井高均为5m, 第十一节1.8m。
1.2 地质条件
根据《XX大桥南、北锚碇抽水试验报告》中的试验结论, 北锚处含水层发育, 岩性主要为粉砂、细砂和圆砾, 厚度大, 分布均匀;地下水为潜水～微承压水, 试验期间静止水位标高为2.17m～2.19m。
2 本文研究内容
2.1 沉井下沉施工方法研究现状
《公路桥涵施工技术规范》对沉井下沉施工方法描述:“沉井不排水进行挖基, 是沉井下沉的基本方法, 故条文推荐首先采用。”“一般不应采取抽水除土下沉方案”。
2.2 XX大桥北锚碇沉井施工特点及难点:
本沉井基础的平面尺寸为国内陆地沉井之最, 下沉规模居世界前列;沉井处地质以砂层为主, 且粉砂和粉细砂层较厚易出现涌砂等不利状况;施工中沉井一旦出现偏斜, 纠偏困难;沉井下沉施工过程不可见, 下沉过程中降排水对长江大堤及附近构造物有不同程度影响, 必须采用先进的监控措施和施工控制手段。
由于《公路桥涵施工技术规范》对沉井下沉施工一直推荐不排水下沉方法, 以及XX大桥北锚碇沉井施工特点及难点, 本文研究方向为沉井排水下沉施工方法具有重大的意义和价值。
3 沉井及沉井排水下沉施工方法简介
沉井是修筑地下工程和深基础的一种构筑物, 在地面上用钢筋混凝土制成井筒形状作为基坑坑壁的支撑, 在井壁的保护下, 用机械和人工在井内挖土, 使其在自重作用下克服与土壁之间的摩阻力, 不断下沉而就位的一种地下构筑物。
沉井结构和沉井施工的特点是:结构截面尺寸和刚度大, 承载力高, 抗渗、耐久性好, 内部空间可利用, 可用于大深度 (可达50m) 地下工程的施工;施工不需复杂的机具设备;可用于各种复杂地形、地质和场地狭窄条件下的施工, 对邻近建筑物有一定影响;当沉井尺寸较大, 在制作和下沉时能机械化施工;比大开挖施工大大减少挖、运、回填土方量, 提高施工速度, 降低施工费用。
沉井下沉主要通过从井孔除土, 清除刃脚上正面阻力及沉井内壁阻力, 依靠沉井自重下沉。排水下沉施工方法:在沉井四周设置降水井, 通过抽水降低沉井下沉区域的地下水位, 消除或减少沉井下沉过程中所受浮力, 起助沉作用。
4 与不排水下沉施工方法的适用比较
排水下沉施工方法适用于稳定土层且渗水量小的情况 (即沉井底渗水量每平米<1m3/h, 排水不产生流砂) 。劳动条件好, 挖土准确, 容易控制和纠偏, 沉至设计标高后能直接检查基底, 可进行干封底。
不排水下沉施工方法适用于沉井内有大量涌水或大量翻砂, 土质结构不稳定, 不能排水或排水效率低的情况。
5 排水下沉施工方法在XX大桥北锚碇沉井施工中的运用
5.1 下沉系数计算
根据不同工况计算沉井下沉系数并确定接高、下沉组合, 计算公式如下:
K= (G+G′-F) / (R1+R2) , 式中:
G———已浇筑沉井的总重
G′———施工荷载, 按0.2t/m2进行计算
F———水的浮力
R1———刃脚及隔墙底面的正面反力, R1=S×Pu, S为与地面接触的沉井投影面积, Pu为地基的极限承载力。
R2———沉井的侧壁外摩阻力, R2=∑τi×Ai, τi为地基的极限摩阻力, Ai为沉井进入土体的侧壁外接触面积。
沉井下沉所需的起动下沉系数K≥1.05～1.25。计算中按沉井下沉到位时在全截面支承时下沉系数K<1在半刃脚支承时下沉系数K>起动下沉系数进行控制计算。通过对比, 沉井分四次接高下沉的下沉系数较好。综合考虑降排水施工能力、降排水对长江大堤的影响及沉井下沉计算分析, 前4节采用整体降排水下沉施工, 降排水下沉一次整体下沉前4节 (19m高) , 后7节分三次 (⑸+⑹、⑺+⑻、⑼+⑽+⑾) 采用不排水下沉施工。
5.2 地基处理
由于沉井规模大, 浅表地基承载能力差, 为确保下沉稳定, 需对标高-15.0m以上范围内地基进行加固。为防止接高时出现突沉和下沉时不均匀沉降, 经计算要求加固后的地基承载力≥350Kpa, 且在沉井基础内加固要相对均匀。同时应注意不对地基加固过强, 以免下沉初期对沉井隔墙底部土体过分开挖, 形成仅刃脚 (井壁) 支撑的不利工况。地基处理采用砂桩复合地基加固法, 加固后的地基承载力、加固深度和影响范围等需通过平板载荷试验确定。根据设计要求:地基加固后用级配较好的石屑和中粗砂换填地表软弱土层, 换土厚度为3.5m。
5.3 降水井布置
降水井在基坑外围布置2圈, 共布置32口降水井 (4口备用) 。考虑出水量较大, 降水时间较长可能对深井造成损坏, 降水井深度35m。考虑下沉过程中深井降水必须保证沉井周边地下水位低于沉井下沉开挖面1～2m, 降水井安装自动水位控制器。
5.4 场地布置
降排水下沉施工采用高压水流冲刷井内土体形成泥浆, 再用泥浆泵抽至井外, 经泥浆池、沉淀池沉淀后, 水流入蓄水池经高压水泵流入井内循环利用, 挖方在沉淀池沉积并弃运。场地布置主要包含泥浆池、沉淀池、蓄水池、弃土运送便道、井内吸泥下沉设备及各种管路布置。
5.5 吸泥设备布置
每个吸泥施工井孔内布置2支高压水枪和一台泥浆泵, 采用高压水流冲刷沉井底部土体形成泥浆, 用泥浆泵将泥浆排向井外。共配置24台高压水泵, 其中20台供10井孔吸泥机工作时高压水枪工作, 其余4台作为备用下沉设备。
5.6 人工开挖及抽垫
人工开挖及抽垫是沉井下沉工作的第一步, 抽垫时一定要对称均匀, 分段进行, 使沉井不均匀下沉量达到最小, 防止沉井产生较大的倾斜。刃脚及分区隔墙处垫块在钢壳拼装完成之后抽取出来, 此步骤只剩一般隔墙下的垫块, 由内向外分节段对称均匀进行抽取。
5.7 吸泥施工
冲吸泥下沉的总体顺序为先内再外。先用高压水枪冲刷沉井内中央井格, 形成大锅底, 然后扩大对称均匀冲吸其它四周的井格, 逐步让沉井刃脚下沉。
6 排水下沉施工结果
沉井首次排水下沉从5月18日开始至6月2日沉降到设计埋深, 累计沉降15.3m, 平均下沉速度约为0.96m/d。如果使用不排水下沉方法组织施工, 按平均下沉速度0.5m/d计算, 预计至少还要15天才能下沉到位。
沉井首次下沉到位后, 顺桥向倾斜度1/325, 横桥向倾斜度1/689, 沉井扭转角3′4″, 沉井顺桥向最大偏位60mm, 横桥向最大偏位91mm, 沉井几何姿态正常, 远远小于设计和规范的限值 (设计要求终沉验收沉井倾斜度≤1/100, 平面扭转角度≤30′, 沉井顶板中心与理论中心在任意方向偏差≤50cm) 。
结语
排水下沉施工进度大大提前, 节省大量施工经费, 劳动条件好, 挖土准确, 容易控制和纠偏, 但需密切注意控制地下水位, 防止大量涌水或大量翻砂。
沉井施工前, 应当结合地质详勘资料布置必要的地质钻孔, 详细掌握沉井区域地质情况, 结合初勘过程的抽水试验结果安排相应的抽水试验, 会同设计方对结构构造细节进行调整。根据所掌握的沉井区域地质和地层降水情况, 结合自身施工设备及施工经验预设合适的助沉措施。
沉井下沉前应沿井壁四周贴井壁堆放中粗砂, 下沉过程中应及时补充。
沉井排水下沉中取土应对称均匀进行, 下沉初期 (下沉深度<15m) 应保持沉井底部良好的支撑, 不可过分取土, 避免仅刃脚 (井壁) 支撑的工况出现。排水下沉过程中注意向仓内及时补水, 保证仓内水位始终高于地下水位1～2m, 防止翻砂。
应遵循"下沉即纠偏, 纠偏即下沉"的理念和原则, 提前做好应急预案, 施工应针对沉井当前状态适时调整, 做到稳定下沉, 和缓纠偏。
沉井下沉就位前应严格控制下沉速度, 严禁沉井底部大面积塌空。吸出泥砂不可排放或堆积于沉井周边, 以免产生偏载影响沉井下沉。
下沉缓慢或停止下沉时, 应采用适当助沉措施下沉, 不可完全掏空刃脚踏面下土体。沉井下沉至接近设计标高时, 应注意减少对沉井基础承载地层的扰动。在保持隔墙下踏空时, 不可继续对隔墙范围内土体进行吸泥下沉作业。
制定详细的施工监控实施细则, 并在沉井下沉过程中严格执行, 以指导下沉作业。
施工过程中应注意对监控设备、测点和基准点的保护, 确保数据的连续性和准确性。
摘要：本文对沉井排水下沉施工方法作了重点介绍, 结合工程实例进行浅析, 供从事沉井设计和施工技术人员参考, 期望对此沉井排水下沉施工方法浅析能对以后沉井的施工建设提供有益的参考。
关键词：沉井,排水下沉,施工方法,浅析
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