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旋流井沉井结构施工工法************公司前 言旋流井广泛应用于冶金行业的铁皮回收及循环用水，属于中型沉井结构，随着冶金行业的快速发展，旋流井的应用越来越多，规模越来越大，对施工质量、安全和工期的要求越来越高为提高施工质量和效率，节省施工成本，近年我们通过总结旋流井的施工经验，优化施工方案，改进传统施工方法，开发出旋流井沉井施工工法，现以中普（邯郸）2#线3.5m中厚板轧机旋流井施工项目为例，阐述本工法1 工法特点1.1适于在干燥的条件施工，挖土方便，易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜容易纠正，而且封底的质量也可得到保证1.2与大开挖相比，可减少挖、运和回填土方量，工程成本较低1.3施工操作安全可靠，速度快，成本低2适用范围适用于冶金行业中型钢筋混凝土沉井结构整体施工3工艺原理旋流井沉井施工工法是将位于地下一定深度的构筑物，先在地面上制作，然后在井内不断挖土，借助井体自重逐步下沉至设计标高后，进行封底和井内结构施工4工艺流程及操作要点4.1 工艺流程 （见图4.1.1）4.2操作要点4.2.1沉井的测量控制（1）沉井位置与标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过经纬仪和水准仪的监视测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。

2）沉井垂直度的控制：在井筒内按4或8等分作出垂直轴线标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并采用两台经纬仪定期进行垂直偏差观测挖土时随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50mm或四周标高不一致时，及时采取纠偏措施3）沉井下沉控制：在井筒外壁周围测点弹出水平线，或在井筒外壁上的四个侧面用墨线弹出标尺，每20mm一格，用水准仪及时观测沉降值各项施工准备工程测量定位、放线基坑开挖至起沉标高沉井刃脚垫层和垫架第二节沉井制作第二次下沉砼养护及拆模坑外深井降水安装预埋预留配合第三节沉井制作井筒内挖土、排水砼养护及拆模第三次下沉井筒内挖土、排水安装预埋预留配合沉井封底沉井稳定观测井内结构施工与安装封底后质量检查沉井工程质量检验临时道路第一节沉井制作第一次下沉砼养护及拆模安装预埋预留配合井筒内挖土、排水图4.1.1 工艺流程（4）沉井过程中的测量控制：沉井下沉时应对其位置、垂直度及标高（沉降值）进行观测，每班至少测量两次（在班中和每次下沉后测量一次）沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2小时一次，以防超沉5）测量工作的管理：沉井的测量工作应由专人负责每次测量数据均需如实记录，并制表发送有关部门。

测量时如发现沉井有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况，立即通知值班技术负责人，由其指挥操作人员采取相应措施，使偏差控制在规范允许的范围以内4.2.2 降水沉井采用排水下沉和干封底施工技术采用该技术的前提条件是控制沉井内外的降水，确保沉井过程不受地下水的影响，特别要防止沉井穿越砂性土层时降水深度不够或井点失效，刃脚下面的砂性土在动水压力的作用下发生流沙从而引起沉井四周地面下沉和土体的水平位移施工时中，应对基坑周边环境影响、土体稳定性和地下水稳定性分别进行计算和核算通过下式验算基坑底部稳定性： Ks=ic/i （式4.2.1-1）其中:ic为坑底土体临界水力梯度，ic=(Gs-1)/(1-e);Gs为土粒比重，取2.7;e为坑底土体天然空隙比，取0.85;i为坑底土体渗流水力梯度，i=hω/L; （式4.2.2-2）hω为基坑内外土体的渗流水头(m);L为最短渗径流线总长度(m);Ks为抗管涌或抗渗流稳定性安全系数，根据《基坑工程设计规程》（DBJ08-61-97） 取1.5～2 基坑开挖面以下有承压水层时，应按下式式验算基坑底部土的抗承压水头的稳定性：公式：Ky=Pcz/Pwy （式4.2.2-3）式中：Pcz——基坑开挖面以下至承压水层顶板间覆盖土的自重压力(KPa)；      Pwy——承压水层的水头压力(KPa)；      Ky——抗承压水头的稳定性安全系数，取1.05。

降水采用井外深井降水与井内明排水结合的方法，具有排水量大、降水深及平面布置干扰小等优点4.2.3起沉面的确定一般情况下挖土深度能满足砂垫层的厚度即可，但还要考虑到施工操作方便和施工进度，通常深度在4米左右，也即挖掘机的有效深度，进度快，可以很快形成基坑，又减少了下沉高度，在下步模板、钢筋、混凝土工序施工时向下运料也比较省力方便，加快了施工进度4.2.4刃脚支设形式沉井的刃脚支设形式采用垫架法将上部沉井重量均匀传递给地基，使沉井制作过程中不会产生较大的不均匀沉降，防止刃脚和井身产生破坏性裂缝，并可使井身保持垂直首先在刃脚处铺设砂垫层，再在其上铺设垫木和垫架垫木采用400×300mm断面3m长的方木垫架的数量应根据第一节沉井的重量和砂垫层的容许承载力计算确定，间距一般为0.5～1.0m垫架应沿刃脚圆弧对准圆心铺设垫架形式见图4.2.4刃脚垫架垫木砂垫层 图4.2.4 沉井刃脚支设示意图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4.2.4-1计算： n = G/A·f （式4.2.4-1）式中：G——第一节沉井单位长度的重力（kN/m） A——每根垫木与砂垫层接触的底面积（m2） f——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，既能有效提高地基土的承载能力，又方便刃脚垫架和模板的拆除。

砂垫层的厚度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计算公式为：h = (G/f-L)/2tgθ （式4.2.4-2）式中：G——沉井第一节单位长度的重力（kN/m） f——砂垫层底部土层承载力设计值（kN/m2） L——垫木长度（m） θ——砂垫层的压力扩散角，一般取22.5°4.2.5挖土下沉（1）挖土下沉原理井体自重与附加物的总重大于刃脚部位支反力与旋流井外侧壁阻力总和才能平稳下沉根据下式验算：沉井下沉验算K=(Q-B)/(T+R) （式4.2.5-1）K：下沉安全系数，一般应大于1.15～1.25.Q：沉井自重及附加荷重（kN）B：被井壁排出的水量（kN），采取排水下沉时，则B=0T：沉井与土间的摩阻力（kN），T=3.14D（H-2.5）*f； （式4.2.5-2）D=沉井外径（m）；H：沉井全高（m）；h：刃脚高度（m）；R：刃脚反力（kN），如采取将刃脚底面及斜面的土挖空，则R=0F0：井壁与土的摩阻系数，粘性土一般为24.5～49.0 kN/m2。

一般按25kN/m2考虑验算得出是否下沉2）沉井下沉的主要方法：（见图4.2.5） 1）第一节沉井制作完成后，其混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫架拆除和下沉的准备工作2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀、对称地进行挖土要点：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.4～0.5m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每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5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压破裂时，沉井在自重的作用下挤土下沉3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移如确需在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方4）沉井下沉过程中，安排专人进行测量观察沉降观测每8小时至少4次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次当沉井每次下沉稳定后进行高差和中心位移测量每次观测数据如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理5）沉井时如发现异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。

6）在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂和塌陷对周围环境造成的不利影响7）为减少沉井下沉时的摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位3）井内挖土和土方吊运方法沉井内的分层挖土和土方吊运采用人工和机械相配合的方法在沉井上口边配备一台25吨履带吊车，负责开挖井内中间部分的土方并将井内土方吊运至地面装车外运井内靠周边的土方以人工开挖、扦铲为主，以此严格控制每层土的开挖厚度，防止超挖井内增配一台小型（0.4m3）液压反铲挖掘机进行开挖，达到减少劳动力和提高工效的目的挖土时沉井壁上搭设安全平台，以方便挖土指挥人员指挥操作4.2.6沉井封底（1）干封底当沉井下沉至距设计底标高10cm时停止井内挖土和排水，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经过2～3天的下沉稳定，或经观测在8天内累计下沉量不大于10mm时，即可进行沉井封底。

沉井干封底的施工要点：1）先对井底进行修整使其形成锅底形状，再从刃脚向中心挖出放射形的排水沟，内填卵石成为排水暗沟，并在中间部位设2～3个集水井（深1.5m），井间用盲沟相互连通，井内插入600～800mm四周带孔眼的钢管，四周填以卵石，使井底的水流汇集在井中，然后用潜水泵排出，以此保证沉井内的地下水位低于基底面0.5m400--500 I 1II 1 21000~1500说明：1——沉井刃脚 2——边壁留置土堤 IV 1III 1图4.2.5 沉井下沉开挖方法示意图2）根据设计要求，封底由两层组成：2700厚素混凝土以及2600厚钢筋混凝土底板封底材料在刃脚下必须填实，混凝土垫层应振捣密实，以保证沉井的最后稳定3）垫层混凝土达到50%设计强度后，可进行底板钢筋绑扎钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内，新老混凝土的接触面冲刷干净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30～50cm左右，并采用振动器振捣密实5）底板混凝土浇筑后及时进行自然养护在养护期内，应继续利用集水井排水待底板混凝土强度达到70%并经抗浮验算后，再对集水井进行封堵处理。

封堵方法是：将井内水抽干，在套管内迅速用干硬性的高强度混凝土进行堵塞并捣实，然后上法兰盘用螺栓拧紧，上部再用混凝土垫实捣平2）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。