浅谈沉井施工中的常见问题及预防措施

2022-09-11

沉井施工是一种特殊施工方法, 一般用于深基础 (如桥梁和高大的构筑物等的支撑结构) 和地下构筑物工程 (如各类泵房或水池、顶管工作井、隧道、矿井等) , 适用于埋设较大的构筑物、地下水位较高易产生涌流或塌陷的不稳定土壤, 以及场地狭窄, 受其它因素限制不适宜采用大开挖施工的工程。在施工实践中, 由于诸多原因, 使沉井工程常出现一系列的质量通病。因此如何有效的预防和控制沉井的质量通病, 是值得认真研究的一个课题。

1 沉井的组成

(1) 井壁:是沉井的主要部分, 要有足够的强度, 满足下沉及使用时作用的荷载需要。同时还要求有足够的重量, 以便顺利下沉。 (2) 刃脚:位于井壁的最下端, 做成有利于切入土中的形状。 (3) 隔墙:其作用是加强沉井的刚度和使用的需要。 (4) 凹槽:位于刃脚的上方, 其作用使混凝土底板和井壁更好地连接。 (5) 封底:下沉到设计标高后, 在沉井底面用素混凝土封底, 作地下建筑物的基础, 再在凹槽处灌注混凝土底板。 (6) 顶盖:作为生产或生活的用地, 也是为了安全需要建筑的顶盖。

2 沉井下沉法的优点

(1) 沉井下沉中无需设置坑壁支撑或板桩围壁, 与明挖法相似, 简化了施工。 (2) 可就地制作, 不需要运输成品, 所需机械设备简单。 (3) 作为地下建筑使用, 其单体造价较低, 主体部分的混凝土在地面上浇筑, 质量易保证, 整体刚度亦较大, 防水可靠。 (4) 对邻近构筑物的影响较明挖法少, 比较安全。

3 沉井制作上的常见问题及预防措施

3.1 井筒裂缝

井筒制作完毕, 在沉井壁上出现纵向或水平裂缝, 有的出现在隔墙上或预留孔的四角: (1) 沉井支设在软硬不均的土层上, 未进行加固处理, 井筒浇筑混凝土后, 地基出现不均匀沉降造成井筒裂缝。遇软硬不均的地基应作砂垫层或垫褥处理, 使其受力均匀, 荷载应在地基允许承载力范围以内。 (2) 沉井支设垫木 (垫架) 位置不当, 或间距过大, 使沉井早期出现过大弯曲应力而造成裂缝。沉井刃脚处支设垫木 (垫架) 位置应适当, 并使地基受力均匀。垫木 (垫架) 间距应通过计算确定, 应使支点和跨中发生的拉应力彼此相等, 并应验算沉井壁在垂直均布荷载作用下的弯矩、剪力、扭矩 (对圆形沉井) , 使其不超过沉井壁的垂直抗拉强度。 (3) 拆模时垫木 (垫架) 未按对称均匀拆除, 或拆除过早, 强度不够, 使沉井局部产生过大拉应力, 而导致出现纵向裂缝。拆除刃脚垫木 (垫架) 应分区、分组、依次、对称、同步地进行, 先抽除一般垫木 (垫架) , 后拆除定位垫架。 (4) 矩形沉井外壁较厚, 刚度较大, 而内隔墙相对较薄、较弱, 因温度收缩, 内隔墙被外壁约束而出现温度收缩裂缝。

3.2 井筒歪斜

井筒浇筑混凝土后, 筒体出现歪斜现象, 影响沉井下沉的垂直度控制。 (1) 沉井制作场地土质软硬不均, 事前未进行地基处理, 筒体混凝土浇筑后产生不均匀下沉。沉井制作场地应先经清理平整夯 (压) 实, 如土质不良或软硬不均, 应全部或局部进行地基加固处理 (如设砂垫层、灰土垫层等) 。 (2) 沉井制作质量差, 刃脚不平, 井壁不垂直, 刃脚和井壁中心线不垂直, 使刃脚失去导向功能。严格控制模板、钢筋、混凝土质量, 使井壁外表面光滑, 井壁垂直。各部尺寸在规范允许偏差范围以内。 (3) 拆除刃脚垫架时, 没有采取分区, 依次、对称、同步地抽除承垫木。抽除后又未及时回填夯实, 或井外四周的回填土夯实不均, 致使沉井在拆垫架后出现偏斜。抽除沉井刃脚下的承垫木, 应分区, 分组、依次、对称、同步地进行。每次抽出垫木后, 刃脚下应立即回填砂砾或碎石, 并夯打密实, 井外回填土应夯实均匀;定位支点处的垫木, 应最后同时抽除。

4 沉井下沉中的常见问题及预防措施

4.1 下沉过快

沉井下沉速度超过挖土速度, 出现异常情况, 施工难以控制。 (1) 遇软弱土层, 土的承载力很低, 使下沉速度超过挖土速度。发现下沉过快, 可重新调整挖土, 在刃脚下不挖或部分不挖土。 (2) 长期抽水或因砂的流动, 使井壁与土的摩阻力下降。在沉井外壁间填粗糙材料, 或将井筒外的土夯实, 增大摩阻力。

4.2 下沉过慢

沉井下沉速度很慢, 甚至出现不下沉的现象。 (1) 沉井自重不够, 不能克服四周井壁与土的摩阻力和刃脚下土的正面阻力。使沉井有足够的下沉自重, 下沉前进行分阶段下沉系数X的计算 (X值应控制在大于1.10~1.25) , 或加大刃脚上部空隙。 (2) 井壁制作表面粗糙, 高洼不平, 与土的摩阻力加大。沉井制作应严格按设计要求和工艺标准施工, 保持尺寸准确, 表面平整光滑。 (3) 向刃脚方向削土深度不够, 正面阻力过大。 (4) 遇孤石或大块石等障碍物, 沉井局部被搁住, 或刃脚被砂砾挤实。 (5) 遇摩阻力大的土层, 未采取减阻措施, 或减阻措施遭到破坏, 侧面摩阻力增大。在井壁上预埋射水管, 遇下沉缓慢或停沉时, 进行射水以减少井壁与土层之间的摩阻力。 (6) 在软粘性土层中下沉, 因故中途停沉过久, 侧压力增大而使下沉过慢或停沉。在软粘性土层中, 对下沉系数不大的沉井, 采取连续挖土, 连续下沉, 中间停歇时间不要过长。

4.3 瞬间突沉

沉井在瞬时间内失去控制, 下沉量很大, 或很快, 出现突沉或急剧下沉, 严重时往往使沉井产生较大的倾斜或使周围地面塌陷。 (1) 在软粘土层中, 沉井侧面摩阻力很小, 当沉井内挖土较深, 或刃脚下土层掏空过多, 使沉井失去支撑, 常导致突然大量下沉, 或急剧下沉。在软土地层下沉的沉井可增大刃脚踏面宽度, 或增设底梁以提高正面支承力;挖土时, 在刃脚部位宜保留约50cm宽的土堤, 控制均匀削土, 使沉井挤土缓慢下沉。 (2) 当粘土层中挖土超过刃脚太深, 形成较深锅底, 或粘土层只局部挖除, 其下部存在的砂层被水力吸泥机吸空时, 刃脚下的粘土一旦被水浸泡而造成失稳, 会引起突然塌陷, 使沉井突沉。当采用不排水下沉, 施工中途采取排水迫沉时, 突沉情况尤为严重。在粘土层中严格控制挖土深度 (一般为40cm) 不能太多, 不使挖土超过刃脚, 可避免出现深的锅底将刃脚掏空。粘土层下有砂层时, 防止把砂层吸空。 (3) 沉井下遇有粉砂层, 由于动水压力的作用, 向井筒内大量涌砂, 产生流砂现象, 而造成急剧下沉。控制排水高差和深度, 减小动水压力, 使其不能产生流砂或隆起现象;或采取不排水下沉的方法施工。