沉井施工工艺

摘 要：沉井施工是一种历史悠久的基础施工型式之一,适用于地基浅层较差而深部较好的地层,既可以用作陆地基础,也可用作较深的水中基础,以其适应范围广、施工速度快、节约成本等优点,在民用建筑和工业建筑中得到推广和应用.邢钢精品钢炼钢工程漩流井施工采用沉井施工工艺,取得良好效果,现对其工艺进行了归纳和总结.

关 键 词：沉井施工；刃角；降水；流砂；纠偏；封底

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）08-0064-02

沉井有着广泛的工程应用范围,不仅大量用于铁路、公路桥梁中的基础工程以及市政工程中给、排水泵房,地下电厂,矿用竖井,地下贮水、贮油设施,而且也经常用于建筑工程中的基础或开挖防护工程,尤其适用于软土中地下建筑物的基础.

1沉井的基本概念

所谓沉井是桥梁工程中较常采用的一种基础型式,是用一个事先筑好的以后能充当桥梁墩台或结构物基础的井筒状结构物,一边井内挖土,一边靠它的自重克服井壁摩阻力后不断下沉到设计标高,经过混凝土封底并填塞井孔,浇筑沉井顶盖,沉井基础便告完成.

2沉井的类型、构造及设计

沉井的类型较多,按材料可分为砖、石、钢、混凝土、钢筋混凝土等多种,应用最多的是钢筋混凝土沉井.按形状可分为圆形、方形、矩形、多边形、中间为矩形两侧为圆形等.常用的钢筋混凝土沉井主要由刃脚、井壁、内隔墙、取土井、凹槽、封底、顶板等组成.

3沉井施工

3.1邢钢漩流井沉井施工工程概况及设计参数如下

该沉井为圆形沉井,与提升泵站相邻.施工时整体开挖至-7m,再进行沉井施工.外径10m,壁厚0.7m,内筒壁直径6m,壁厚0.5m；全高（加刃角）23m,下沉长度16m,分三节制作.第一、二、三节沉井高分别为7m、5m、4m.三节沉井均需配筋,井壁采用C30抗渗砼浇筑；封底采用300厚卵石,1.2m厚C15素砼；顶盖要求配筋,顶盖厚度为0.5m.刃脚采用钢筋砼刃脚,刃脚踏面宽0.2m,刃脚高1.5m.

3.2沉井施工的一般要求

沉井施工前,除了熟悉设计图纸外,还应对沉井入土地层及基底岩面等地质资料进行分析研究,制定切实可行的制作和下沉方案；对沉井附近的建筑物、铁路、公路、地下管网和施工设备等,要了解其地基形式、安全等级、使用要求等,制定并采取有效的防护措施；在沉井下沉过程中,还需经常进行沉降、位移观测分析,有问题应及时处理；应制定必要的措施,确保各方面的安全.

3.3沉井施工准备

沉井施工程序如下：平整场地→制作第一节沉井→拆模与抽垫木→挖土下沉→沉井接高→地基检验等处理→封底、填充井孔与封顶.

施工准备主要包括：

3.3.1制定施工方案.施工前,应根据工程地质结构及施工现场的具体情况、地质水文情况、施工设备性能、技术的可靠性来编制切实可行的施工方案或施工技术大纲,正确指导施工,保证工程的顺利进行.

3.3.2沉井地基处理.在松软地基上进行沉井制作,应先对地基进行处理,以防止由于不均匀沉降而引起并身偏斜或开裂.

3.3.3按沉井平面设置测量控制网,进行找平放线,并布置水准基点和沉降观测点,进行定期沉降观测.

3.4沉井下沉验算

3.4.1已知：-13～-19m为粉质粘土,-19～-23.5m为中砂,-23.5m～-26.3m为粉质粘土.

3.4.2土与沉井外壁间的单位面积摩阻力表（见《建筑施工简易计算》）,查表得：粉质粘土：f等于25kN/m2；中砂：f等于19kN/m2.

3.4.3沉井下沉验算：

（1）求出沉井每段砼量：第一段V1等于143.1m3；第二段V2等于116.6m3；第三段V3等于89.5m3；第四段V4等于65.6m3.

（2）求出土层的平均摩系数f0：

3.5深井井点降水计算

3.5.1已知漩流井半径X0等于5m,水位标高-15.000m.

3.5.2抽水影响半径：中砂抽水影响半径R为100～200m.施工现场取R等于150m.

3.5.3渗透系数K（m/d）（《建筑施工简易计算》）：中砂渗透系数为5～20m/d,6×10-3～2×10-2cm/s,取19m/d,0.00022m/s.

3.5.4抽水前水位高度：经查表可得：采用4个QY-15型水泵抽水,可以满足施工要求.本工程沉井基础采用井点降水,每个沉井四个降水井,人工挖土,在人工挖土过程中加设明沟排水.

3.6沉井接高

第一节（第二节）沉井顶面下沉至距地面还剩1～2m时,应停止挖土,接筑第二节（第三节）沉井.接筑前应使第一节（第二节）沉井位置正直,凿毛顶面,然后立模浇筑混凝土,待混凝土强度达到设计要求后再拆模继续挖土

下沉.

3.7沉井封底

当沉井沉到设计标高,经观测,8h内累计下沉量≤10mm,即可进行封底,本沉井采用排水封底（即干封底）.视降水效果而定,如果坑底有明水,挖土使井底成锅底形,并自刃脚向中心挖放射形排水沟,在中部设2～4个集水井,井内插Φ600～800有孔钢管,沟内及井内填满卵石,用水泵降水至井底面30～50cm,刃脚凿毛处刷干净,浇筑砼垫层,强度达30%后,绑钢筋,浇筑底板.

养护至70%设计强度期间,集水井中应不间断抽水至强度到10%时,对集水井逐个停止抽水,逐个进行封堵,抽除井筒水后,立即向滤水井管中灌入C30早强干硬性砼捣实,装上法兰,再在上面浇筑一层砼,使之与底板平,封底时因上部结构未施工,应验算沉井的抗浮稳定性.

3.8沉井下沉过程中遇到的问题及处理

本沉井在施工过程中发生了井内流砂,造成沉井倾斜,同时在有的地层出现了下沉困难的问题.

沉井下沉困难主要是由于沉井的自重克服不了井壁的阻力或刃脚下遇到大的障碍物所致.因此解决因阻力过大而使下沉困难的方法是从增加沉井自重和减小井壁阻力两个方面来考虑的；解决因刃脚遇障碍物而使沉井下沉受阻必须从如何消除障碍物上来考虑：

3.8.1增加沉井自重.可提前浇筑下一节沉井,以增加自重,或在沉井顶上压重物迫使沉井下沉；对不排水下沉的沉井,可以抽出井内的水增加沉井自重.

3.8.2减小沉井外壁摩阻力.减小井壁外侧摩阻力的方法是：可将沉井设计成阶梯状,或在施工中尽量使其外壁光滑；亦可利用高压水流冲松井壁附近的土,且水流沿井壁下渗而润滑井壁（本沉井基础主要采用此法来解决下沉困难问题）,使沉井摩阻力减小.

3.8.3消除刃脚下障碍物.可用旋挖、爆破、切割手段将刃脚下障碍物清除,解决下沉困难的问题.

近年来,对沉井下沉,为减少井壁摩阻力常采用泥浆润滑套或空气幕下沉等方法.

4结语

通过邢钢项目漩流井钢筋砼沉井施工实践,体会到沉井施工工艺在地下结构施工中入土深度可以很大,且刚度大、整体性强、稳定性好,有较大的承载面积,能承受较大的垂直力、水平力及挠曲力矩,工艺也不复杂；缺点是施工周期较长,如遇到饱和粉细砂层时,排水开挖会出现翻砂现象,往往会造成沉井歪斜.在沉井工艺施工前期,必须更加注意水文地质的勘察工作.对施工过程中易于产生的倾斜及下降困难等问题,应预先采取必要的技术防范措施和施工组织措施,并做好周围建筑物的沉降观测,这样才能保证沉井施工达到优质、高速、安全、经济的效果.

作者简介：马志虎（1981―）,男,内蒙古通辽人,中国二十二冶集团有限公司海外事业部工程师,研究方向：技术管理.

（责任编辑：周琼）