浅析沉井施工工艺

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文发布时间：2012-10-27 09:26:15浏览：次

　　在深基础工程施工中，为了减少放坡大开挖的大量土方量，并保证陡坡开挖边坡的稳定性，人们创造了沉井基础。这是一种竖向的筒形结构物，通常用砖、素混凝土或钢筋混凝土材料制成。沉井施工时先在地面制作一个井筒形结构；然后从井筒内挖土，使井筒失去支承靠自重作用而下沉，沉至设计高程为止；最后封底，沉井的井筒，在施工期间作为支撑四周土体的护壁，竣工后即为永久性的深基础。
　　沉井基础主要适用于
　　1、上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其它深基础相比较，经济上较为合理时；
　　2、在山区河流中，土质虽好，但冲刷大或河中有较大卵石不便桩基础施工时；
　　3、岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰制作有困难时。
　　主题词：沉井分类施工方法注意事项
　　一、沉井基础的分类
　　1、按沉井形状分
　　(1)按平面形状分
　　①圆形沉井：形状对称、挖土容易，下沉不宜倾斜，但与墩、台截面形状适应性差
　　②矩形沉井：与墩、台截面形状适应性好，模板制作简单，但边角土不易挖除，下沉易产生倾斜
　　③圆端形沉井：适用于圆端形的墩身，立模不便，但控制下沉与受力状态较矩形好
　　(2)按立面形状分
　　①柱形：构造简单，挖土较均匀，井壁接长较简单，模板可重复使用
　　②阶梯形：除底节外，其他各节井壁与土的摩擦力较小，但施工较复杂，消耗模板多
　　2、按沉井的建筑材料分：
　　(1)混凝土沉井：下沉时易开裂
　　(2)钢筋混凝土沉井：常用
　　(3)钢沉井：多用于水中施工
　　二、沉井的用途
　　沉井在工程中应用较广泛，主要用做以下几种结构物。
　　1、重型结构物基础：沉井常用于平面尺寸紧凑的重型结构物，如烟囱、重型设备的基础，作为承重的深基础。
　　2、江河上的结构物：沉井的井筒不仅可以挡土，也可挡水，因此也适用于江河上的结构物。
　　3、取水结构物：当地面下不深处有含水的卵石层，常用沉井作为取水的水泵站。有时沉井装好抽水滤管井封底后，利用井简内的空间，作为水泵房。
　　4、地下工程：地下工程包括地下厂房、地下仓库、地下油库、地下车道和车站以及矿用竖井、地下水池等。
　　5、邻近建筑物的深基础：在原有建筑物附近，进行深基坑开挖时，将危及原有建筑物浅基础的稳定性，采用沉井，则可防原有浅基础地滑动。
　　三、沉井的结构
　　沉井的结构，包括：沉井是由刃脚、井筒、内隔墙等组成的呈圆形或矩形的筒状结构。刃脚、井筒、内隔墙、底梁、封底与顶盖等部分。
　　1、刃脚与踏面：刃脚位于沉井的最下端，形如刀刃，在沉井下沉过程中起切土下沉的作用。刃脚并非真正的尖刃，其最底部为一水平面，称为踏面，踏面的宽度通常不小于150mm，当土质坚硬时，刃脚踏面用钢板或角钢加以保护。刃脚内侧的倾斜面的水平倾角通常为40o~60o。
　　2、井筒：沉井的井筒为沉井的主体。在沉井下沉过程中，井筒是挡土的护壁，应有足够的强度，承受四周的土压力和水压力。同时井筒又需要有足够的自重，以克服井筒外壁与土的摩擦阻力和刃脚踏面底部土的阻力，使沉井能在自重作用下徐徐下沉。另一方面，井筒内部的空间，要容纳挖土工人或挖土机械在井内工作，以及潜水员排除障碍的需要，因此，井筒内径不宜小于0.9m。
　　3、内隔墙和底梁：大型沉井为了增加其整体刚度，在沉井内部设置内隔墙，可减小受弯时的净跨度，以增加沉井的刚度。同时，内隔墙把整个沉井分成若干井孔，各井孔分别挖土，便于控制沉降和纠倾处理。有时在内隔墙下部设底梁，或单独做底梁。内隔墙与底梁的底面高程，应高于刃脚踏面0.5~1.0m，以免妨碍沉井刃脚切土下沉。
　　4、封底与沉井底板：当沉井下沉至设计标高后，需用混凝土封底，以阻止地下水和地基土进入井筒。为使封底的现浇混凝土底板与井筒联结牢固，在刃脚上方井筒的内壁预先设置一圈凹槽。
　　5、顶盖：当沉井作为水泵站等地下结构的空心沉井时，在沉井顶部需做钢筋混凝土顶盖。必要时，在水泵站等空心沉井顶面建造一间房屋为工作室。
　　四、以钢筋混凝土沉井为例阐述沉井的施工
　　1、准备工作
　　(1)平整场地：沉井施工场地要仔细平整，平整范围要大于沉井外侧1~3m；
　　(2)放线定位：沉井的平面位置应仔细测量，把沉井的中轴线和外围轮廓线放好，定位要准确，并经验收合，格才能正式施工。
　　2、沉井制作
　　通常沉井在原位制作，可采用三种不同的方法。
　　(1)承垫木方法：承垫木方法为传统方法。在经过平整、放线定位的场地上铺一层砂垫层，厚0.5m左右。在砂垫层上，于沉井刃脚部位，对称，成对地安置适当的承垫木。再在各垫木之间填实砂土，然后按照设计的尺寸立模板、扎钢筋、浇筑第一节沉井。
　　(2)无垫木方法：在均匀土层上，可采用无垫木方法。浇筑一层与沉井井壁等厚的混凝土，代替承垫木和砂垫层。浇筑的混凝土为圆环状，位于沉井刃脚的下方。其目的在于保证沉井制作过程与沉井下沉开始时，处于竖直方向。如图(b)所示。
　　(3)土模法：如地基为均匀的粘性土，呈可塑或硬塑状态，则可采用土模法制作沉井。在定位放线的刃脚部位，按照设汁的尺寸，仔细开挖粘性土基槽。利用地基粘性土作为天然模板，以砂垫层、承垫木及人工制作刃脚木模。因而，这种方法可节省时间和费用。
　　应当注意：浇筑沉井混凝土时，要对称和均匀地进行，以防止沉井发生倾斜。当沉井采取分节制作时，第一节混凝土达到设计强度70％后，方可浇筑其上—节沉井的混凝土。沉井制作的总高度，不宜超过沉井的短边或直径的尺度，并不应超过12m。
　　3、沉井下沉
　　(1)材料强度要求：待沉井第一节的混凝土或砌筑的砂浆达到设计强度以后，且其余各节混凝土或砂浆达到设计强度的70％后，方可下沉．
　　(2)抽出承垫木的要求：沉井刃脚下的承垫木不能由一人顺次抽出，而必须由多人对称地、同步地抽出承垫木。在每次抽出承垫木以后，应立即用砂填实其空位．应严格防止由于抽承垫木不当，造成沉井倾斜。
　　(3)沉井下沉方法：通常沉井在天然地面下沉。如在水面下沉，还需预先填筑砂岛或搭支架下沉。沉井在地面下沉的方法可分为下列几种．
　　①人工挖土法：当场地无地下水，或地下水水量不大的小型沉井，可用人工挖土法。挖土应分层、均匀、对称地进行，使沉井均匀竖直下沉，避免发生倾斜．通常不应从沉井刃脚踏面下直接挖土，否则会造成局部沉井悬空。如土质较软，应先开挖沉井锅底中间部位，沿沉井刃脚周围保留土堤，使沉井挤土下沉。
　　②排水下沉法：先用高压水枪，把沉井底部的泥土冲散(水枪的水压力通常为2.5～3.OMPa)并稀释成泥浆，然后用水力吸泥机吸出井外。这种方法适用于地层土质稳定、不会产生流砂的情况。
　　③不排水下沉法：不排水下沉法要求将沉井内的水位始终保持高于井外水位1~2m，采用机械抓斗，水下出土。当地层土质不稳定、地下水涌水量较大时可用此法，以防止井内排水产生流砂。在大型多孔沉井挖土下沉时，要求各孔同步挖土，各井孔中的土面高差不应超过lm，以利于沉井均匀下沉。
　　(4)测量监控：为了保证沉井均匀下沉，测量监控十分重要。尤其对于平面尺寸大或深度大的沉井更为关键。通常，大中型沉井要求每班至少测量2次．若发现沉井倾斜，应立刻通报，并迅速采取相应措施，及时进行纠倾。
　　(5)沉井封底：当沉井下沉至设计标高时，应进行沉降观测．若8h内沉井的下沉量不大于l0mm，方可进行封底。这里主要介绍一下干封法：干封法适合于沉井底部无地下水的情况下浇筑底板混凝土，这种方法成本低、工期短、质量好。这是最常用的封底方法，具体做法如下所述，当沉井底部土层全部挖至设计标高后，清除虚土，并在底部挖一个深坑钩0.5~1.0m，作为集水井；用水泵在集水井中抽水，使地下水面下降至沉井底面以下；将集水井以外的全部底板一次浇筑混凝土，可以掺入早强剂，使底板混凝土尽快达到设计强度；最后快速封堵集水井。
　　五、沉井纠偏与处理
　　沉井倾斜是沉井下沉过程中经常发生的问题，需注意防止并及时纠正。沉井倾斜应以预防为主，加强测量监控，发现倾斜及时通报并迅速采取措施，如在下沉较小的一侧，加紧挖土，在沉井顶部加荷载等。
　　有时在沉井井内挖土后不下沉，甚至将刃脚底掏空还不下沉。遇到这类情况，应先调查分析其原因，再采取相应的措施。如因沉井外壁摩擦阻力太大，可采用在井筒外挖土、冲水或灌膨润土泥浆等方法，以减去其摩擦阻力。
　　六、安全环保注意事项及措施
　　1、在原有建筑物附近下沉沉井时，应经常对原有建筑物进行沉降观测，必要时应采取相应的安全措施。
　　2、在沉井、沉箱周围布置起重机、管路和其他重型设备时，应考虑地面的可能沉陷，并采取相应的技术措施。
　　3、沉井开始下沉至填筑作业室完毕，应用两根或两根以上输气管不断地向作业室供给压缩空气，供气管路应装有逆止阀，以保证安全和正常施工。
　　4、沉箱下沉时，作业室内应设置枕木垛或采取其他安全措施。在下沉过程中，作业室内土面距顶板的高度不得小于1.8米。
　　5、挖土应分层进行，防止挖得太深，或刃脚挖土太快沉井突沉伤人。再挖土时，刃脚处，隔墙下不准有人操作或穿行，以免刃脚处切土过快伤人。
　　6、井下操作人员应戴安全帽、穿胶鞋、防水衣裤；潜水泵应配装漏电保护器。
　　综上所述，沉井施工技术要求高，施工难度大，施工危险性高，希望以本文抛砖引玉同大家共同交流，互相学习。