沉井(湿沉)施工方法综述

钢筋混凝土沉井（不排水下沉）施工方法钢筋混凝土沉井（不排水下沉）施工方法编写人：孙磊张荣根沉井是修建深基础和地下深构筑物的主要基础类型，按平面形状可分为圆形、方形、矩形、多边形等，由于自身的一些特点，在实际工程中得到广泛的 应用。1、特点1.1 沉井结构截面刚度大，承载力高，抗渗和耐久性能好。1.2 施工工序较多，技术、质量要求高，但下沉机具设备简单。1.3 可用于各种复杂的地形和地质条件，特别适用于地下水丰富、渗透系数大、 排水有困难、地下有流沙等土质情况的施工。1.4 不需要开挖土方，可以加快施工进度，降低工程成本。2、适用范围适用于工业建筑的深坑、地下室、水泵房、设备深基础等工程及松软、不 稳定含水层、粘性土、沙土等地基中。3、工作原理在地面上按照施工图纸对钢筋混凝土筒身进行制作， 待筒身达到一定强度 后，在筒内用预先安设在沉井外壁的水枪借助高压水冲刷土层， 依靠筒身自重 克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉、就位，直至符合设计要求。4、施工程序平整场地> 测量放线开挖基坑与处理沉井制作 沉井下沉一> 沉井封底一浇筑底板混凝土验收5、平整场地按照设计图纸和施工方案的标高平整场地， 拆迁沉井施工涉及范围内的地 上障碍物，清除地面下3米以内的埋设物。6、测量放线依据建设单位提供的基准点及设计院设计定位图布设现场施工平面控制网；依据建设单位提供的水准基点控制沉井施工高程。7、开挖基坑采用挖土机开挖到设计标高以上 20cm处，余土用人工修整，然后一般采 用砂、砂砾、碎石、灰土垫层，用机械碾压或打夯机夯实。8、沉井制作8.1 刃脚制作根据沉井重量、施工荷载和地基等情况，刃脚可采用垫架法、半垫架法、 石专垫座或土底模制作。采用垫架（或半垫架）法，首先在刃脚处铺设砂垫层，再在上面铺设垫木 和垫架（垫架的数量根据设计计算确定），间距一般为0.5米一1米。垫架铺 设应对称，一般先设8组定位垫架，每组由23个垫架组成，矩形沉井常设 4组定位垫架，其位置在长边两端 0.15L （L为矩形长边长），在其中间支设一 般垫架，垫架应垂直井壁铺设（圆形沉井沿刃脚圆弧部分对准圆心铺设）。垫月456垫架施工1一刃脚 2一模板 3垫架 4一枕木垫架45、6半垫架施工5一夯实地基6一砂垫层7一半木施工时应保持其顶面在同一水平面上 （误差控制在10毫米以内），垫木中线 应与刃脚中心线相重合。沉井刃脚垫架（或半垫架）施工如下图。8.2 井壁制作一般有三种制作方式：A）在地下水位局和净空允许的情况下可采用在地 面上制作。B）人工筑制作。Q在地下水位低、净空不高的情况下可在基坑 中制作。施工中一般采用基坑中制作。基坑中制作沉井，基坑应比沉井宽2-3米，四周布设排水沟和集水井，并在地面上设挡水堤，如下图。1000-150014基坑中制作沉井1 挡水堤 2沉井 3排水沟 4一地下水位线沉井制作方式又可分为：A） 一次制作，一次下沉；B）分节制作，一次下 沉；C）分次制作，制作与下沉交替进行。当沉井筒身小于6米时可采用一次制作、一次下沉的施工方法；当沉井筒身大于 6米小于12米时可采用分节制 作、一次下沉的施工方法；当沉井筒身大于12米时可采用分次制作，制作与下沉交替进行的施工方法； 9、沉井下沉9.1下沉系数验算沉井下沉之前应对结构的外观进行全面的检查，主要检查混凝土的强度、抗渗等级、验算地基极限承载力、下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数。下沉 前混凝土的强度应达到设计强度的100%沉井下沉必须克服井壁与地基土间摩擦力、地层刃脚的反力和克服水的浮力。沉井制作到拟定的高度后，按下式验算下沉系数。计算简图如下图。K=（Q-B）/（T+R）=（Q-B）/兀 D （H-2.5） f+R式中：K一下沉安全系数，一般应大于1.15;11lllfSlIflTo-R沉井下沉受力平衡图沉井下沉摩擦力计算简图Q沉井自重及附加荷载（KN）;B一被井壁排开的水重（KN）;T沉井与地基土间的摩擦力（KN）;D沉井外径（m）;H 沉井下沉高度（m）;R一刃脚反力（KN）;f一井壁与地基土的摩擦系数（KN/m2）（按下表取用）。当下沉范围内土层由不 同土层构成时，取平均摩擦系数，其计算方法为：第#页共12页钢筋混凝土沉井(不排水下沉)施工方法f= (fini+f2n2+fnnn) /(ni+n2+nn)fi f2fn各层土与井壁的摩擦系数(KN/ m2);ni n2nn 各层土的厚度(m)。地基土与沉井外壁间的摩擦系数土的种类地基土与井壁的摩擦系数(KN/ m2)土的种类地基土与井壁的摩擦系数(KN/ m2)粘性土24.549.0砂卵石17.729.4软土9.811.8砂砾石14.719.6砂土11.824.5泥浆润滑套2.94.99.2下沉准备(1)清除井内散落的混凝土、脚手管、木板等杂物。(2)井壁上的对拉螺栓应割掉，并作抗渗处理，刃脚部位的预插筋加装 PVCB护套管，以防钩破潜水服等。(3)井内外均应设置钢梯，并加防护栏。设计好下沉排泥管路，确保排 泥畅通至指定排泥场地。(4)沉井四角短边设立下沉标尺，用水准仪控制沉井下沉量，用经纬仪 控制沉井四角位移，及时调整，保证其偏差在规范允许的范围内。9.3 垫架、排架的拆除沉井混凝土强度达到100%B垫架方可拆除，刃脚下的垫架的拆除应分区、 分组、对称、同步进行。拆除方法是：将垫木底部的土挖去，利用人工或机械 将垫木抽出，抽出时应进行下沉观测，注意下沉是否均匀。9.4 下沉速率控制目的：通过控制井内取土，使沉井下沉速率保持在一定的范围内， 从而保 证下沉偏差符合设计及规范要求。(1)初沉阶段：即下沉深度2.0米内，为使沉井形成稳定准确的正常轨 迹，此时应以慢为主，速率控制在 0.3米/天。第#页共12页钢筋混凝土沉井(不排水下沉)施工方法(2)中沉阶段：即距设计标高2.0米前，速率可加快，控制在0.50.8 米/天范围内。(3)终沉阶段：即距设计标高2.0米时，此时应减慢下沉速度，控制在 0.20.3米/天，以纠偏为主，做到有偏必纠，严格控制底梁、隔墙下取土， 锅底挖深应减小。沉井下沉离设计标高0.1米时应停止下沉施工，靠自重下沉 至设计标高，下沉达到设计标高，经24小时沉降观测，沉降量不大于10毫米 后进行封底施工。9.5 遇到问题的预防和处理措施在沉井下沉各阶段，应及时加强观测，若发生偏移应立即采取措施予以纠正。(1)沉井倾斜：即沉井垂直度出现偏差、歪斜。因此应加强观测资料的 校核和分析，在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少取土或不取土，待正位后 再均匀分层取土下层。(2)沉井偏移：即沉井轴线产生位移现象。首先加强测量资料的校核， 然后控制沉井不再向偏移方向倾斜，当几次倾斜纠正后即可恢复到正确位置。(3)沉井下沉过快：即沉井下沉速率超过挖土速度，出现异常情况，则 应控制底梁等处取土。及时将下沉方法改为注水下沉，增加浮力。(4)沉井下沉过慢：沉井下沉至一定深度后，井壁与土体摩阻力增加， 可能导致下沉缓慢。此时可以采用的方法是：在井壁四周压触变泥浆护壁、设 置空气幕降低井壁与土的摩阻力或在沉井顶部压铁块增加自重。9.6 沉井纠正措施沉井倾斜是沉井下沉过程中必然会出现的一种现象， 纠正自然也是必然的 一种手段，一般均将倾斜度控制在规范允许的范围内进行下沉， 碰到突发情况 则有可能则有可能致使沉井倾斜超过允许范围内，如遇到地下障碍物、地质分 布严重不均等(这些现象在事先的相关资料中均未反映而无法预知) ，一旦沉 井发生倾斜，均应采取措施进行纠正。(1)允许倾斜：倾斜程度在允许范围内，只需要按 9.5所述调整取土方第6页共12页钢筋混凝土沉井（不排水下沉）施工方法法即可解决。（2）超限倾斜：即倾斜程度超过规范允许范围，则应立即采取措施进行 沉井纠偏。1）沉井已倾斜，但倾斜不再快速扩大，则通过低的一侧停止取土，并在 其外侧加强回土，而高的一侧井内加强取土，甚至外侧要采用取土减阻方式以 利于高的一侧沉井下沉，直至倾斜度接近零时再进行正常下沉。2）沉井已倾斜且倾斜仍快速扩大：这种状况往往在遇突发情况时发生， 其处理方法则分两步：首先向井内快速增加注水，甚至将井内注满，以增加沉 井浮力而减少自重，使沉井停止下沉，然后再分析致斜原因而采取相应措施。 第一种情况是遇到障碍物，此时致使沉井一侧不动，另一侧继续下沉而导致倾 斜，采用的处理方法：通过潜水员配合采用取土掏物的办法将障碍物排除，然 后逐步降水、井内取土的方式纠偏，恢复沉井下沉。第二种情况是遇到不良地 质，在实际地质情况与地质报告严重不符， 且地质分布又不均匀等条件下易于 发生沉井超限倾斜，采用的处理方法：先加额注水稳定沉井。再通过调整井内 取土、调整井外回填来纠偏，而且高的一侧取土时可以将刃脚掏空，以达到纠偏效果，如果纠偏效果仍不明显，则可以采用一些加强措施，如低的一侧进行 压密注浆以加强地基承载力，或高的一侧井上加载辅助下沉，或高的一侧井壁 旁加注空气幕减阻加强下沉等。9.7 井壁孔洞处理沉井井壁中如有预留管道、地沟等孔洞时，在下沉前必须进行适当的处理。 对较大的孔洞采用预埋钢框、螺栓，用钢板、方木封闭，里面填塞与孔洞混凝 土重量相等的砂石或铁件配重，在沉井封闭后拆除。9.8 沉井下沉（水力机械冲土）工作原理用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和吸泥机， 利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层， 使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥 坑，然后用吸泥机将泥浆吸出，从排泥管排出井外。9.9 主要设备主要设备包括：吸泥器（水力吸泥机或空气吸泥机）、吸泥管、扬泥管、高压水管、离心式高压清水泵和空气压缩机（空气吸泥）等。9.10 技术参数吸泥器内部高压水喷嘴处的有效水压与扬泥所需的水压的比值平均约7.5。适宜的泥浆稠度：砂类土为1.081.18吨/立方米；粘性土为1.09 1.20 吨/立方米。吸入泥浆所需的高压水流量=泥浆量。吸入的泥浆与和高压水混合以后的稀释泥浆，在管内的流速不超过23米/小时，喷嘴处的高压水流速般约为30-50米/小时。一般的吸泥机的射水管与高压水喷嘴的截面比水力吸泥器冲土1沉井 2供水管 3水位 4一排泥管 5一冲刷管 6水力吸泥导管7一履带起重机约为410,吸泥管与喷嘴的截面比约15-20。水力吸泥机的有效作用约为高压水泵效率的0.10.2倍。吸泥器配备数量与沉井的规模及土质有关，一般为26套。用水力吸泥器示意如上图。9.11测量控制沉井施工的测量控制包括沉井的位置标高控制、 沉井垂直度的控制和沉井 下沉的控制。沉井的位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心控 制线和水准基点，用经纬仪和水准仪进行控制。沉井垂直度的控制是在沉井外 壁垂直控制线，用两台经纬仪进行垂直偏差的观测，当垂直偏差的角度达到 arcsin（50/H）（H 为沉井高度，单位毫米）时或四面标高不一致时，应立即进行 校正。沉井下沉的控制是在沉井外壁的四周弹出水平线或在外壁上用白铅油画 出标尺，用水准仪进行沉降观测。测量控制如下图。测量控制要求：沉井下沉中应加强位置、垂直度和沉降量的观测，每班至少测 量两次，接近设计标高时应加强观测，每 2小