沉井技术在施工中的应用

【摘 要】沉井是修筑深基础和地下构筑物的一种施工工艺,在工程技术人员的不断总结和完善下,已经非常成熟了,目前在大大小小的工程中得到了广泛的运用.近年来,越来越多的工业建筑拔地而起,伴随着这些新建项目的施工,一些深坑、设备基础、水泵房、深地下室、取水口等工程大量运用到了沉井的施工技术,而很多设计院在进行设计时,也将此技术也灌输到其设计思想之中.沉井作为相对成熟的一种新的施工工艺,相对于常规的施工工艺,有着不可比拟的优势,通过不断的应用,从而达到了经济效益和安全施工的双赢.

【关 键 词】沉井技术；施工实例；重点与难点；应用

将事先在地面上用钢筋混凝土制成的井筒形状的结构作为基坑坑壁的支撑,在井壁的保护下,用机械和人工在井内挖土,并在其自重作用下沉入途中的结构物称为沉井.我国在解放之后,在沉井的施工技术方面也取得了很大的成就.沉井原先是用于桥梁墩台和重型厂房及各种工业构筑物的一种深基础,后来,沉井施工方法已逐渐发展成为埋入软土层内各种地下工业建筑和防空工程围护结构的一种形式.

1.沉井施工流程

1.1施工前的准备工作：首先需要探明地层,要有勘察单位提供的勘察报告,查明地质构造、土质层次、深度、特性和水文地质情况,以利于制定沉井的下沉方案,另外,需要了解地下障碍物的情况,是否存在老基础,以方便施工.结合图纸和要求编制专项方案.

1.2测量放线、基坑开挖：沉井施工前,根绝图纸提供的坐标,放出相应的控制轴线及标高控制点,作为沉井施工的依据,将场地清理好,即可开挖.沉井的开挖深度,视水文地质条件和施工机械设备以及第一节沉井要求的浇筑高度而定.在一般情况下,基坑的开挖深度和砂垫层的厚度、最大允许边坡坡度、地下水位有关,根据现场的情况而定.在开挖的后应做好排水沟及排水井,及时排水.

1.3铺设砂垫层及枕木：刀刃的支承面积很小,而通常来说,第一节沉井的重量较大,为了提高表面土层的地基承载力,通常在刃脚下铺设枕木加大支承面积.为了方便于整平、支模及下沉后抽除枕木的需要,则在枕木下铺设一层砂垫层.

1.4刃脚支设：因刃脚处井壁截面不规则,一般在刃脚的斜面与井壁内模板间设置砖垫座补齐截面,以保证模板连贯性、整体性和受力性能良好.具体如左图.

1.5沉井制作：沉井的制作,首先需要考虑的是沉井的分段高度,一般来说,分节高度,首先应保证沉井的稳定性,一般不大于沉井宽度或直径长度,并且应具有一定的自重,使其能顺利下沉,这时,地基承载力显得尤为突出,主要考虑的是地基承载力与分段沉井的自重的相对大小.在沉井制作之前,应编制详细的施工方案,一般深井制作方案有一次制作、一次下沉方案,分节制作、多次下沉方案及分节制作、一次下沉施工方案.此旋流池采取的是分节制作,多次下沉方案（三节制作、三次下沉）.

1.6沉井下沉：首先,需要考虑下沉方案,即根据地质条件和施工条件并结合制作分节情况,确定沉井下沉方案；其次,需要对下沉进行验算,验算的主要目的是为确定沉井在制作和下沉过程中是否安全、稳定、顺利进行可行性计算.制定方案之后,拆除模板、垫座、垫木,进行排水和挖土,挖土一般采取人工结合机械挖土.开挖时对称均匀地从中间开始逐渐挖向四周,最后沿井壁开挖,每2m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀削薄土层使沉井在自重的作用下均匀垂直挤土下沉.接着再挖中间的土,然后再挖周边的土,如此反复循环.下沉的速度控制在500mm/d左右,在沉井将沉至设计标高时,周边开挖深度要少于30cm,在离设计标高20cm时,停止挖土,以其自重下沉至设计标高.

1.7沉井下沉过程中的测量控制：沉井下沉过程中,必须对沉井的标高及中心线进行控制.沉井位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点.

1.8沉井封底、底板施工：按照图纸的要求,当沉井通过自重下沉底部达到设计标高时,即可进行沉井封底和底板的施工.

沉井工艺与常规方案施工（大开挖,从底板开始施工）相比,有如下的实际效果：（1）节约了基坑支护的成本.基坑支护的成本是非常高的,采取沉井施工,节约了一大笔费用.（2）节约了施工周转材料.由于沉井分三段,施工单位只需要准备一套直筒段的周转材料,即可达到施工要求.（3）提高了施工安全性.

2.沉井施工的重点和难点

通过对旋流池施工的大致介绍,可以知道,与传统施工相比,沉井施工的施工技术要求比较高,因此在实际操作中,需要注意以下几点：

2.1在沉井的设计与施工时,必须了解沉井施工区域内的土质情况以及地下水的情况,不同的土层,土的摩擦力及摩擦角不等,只有了解这些才能确定沉井的设计与施工方案.而沉井下沉时,沉井受力的主要为土层与井壁之间的侧膜阻力、自身重力、刃脚处土层的支撑力三种共同作用,了解土质的情况对于确定下沉方案非常重要.

2.2确定好沉井的分段,分节长度.沉井的分段、分节与沉井的自身重量能保、刃脚处的地基承载力、土层的侧膜阻力、施工的经济性有关.选择合适的分段,需要进行以下验算：（1）下沉过程中沉井结构的强度、刚度；（2）沉降安全性；（3）沉井稳定性.

对于第一个因素,设计部门已计算,在实际施工中,施工单位只需验算两个重要参数,即：沉降安全系数,是否在1.15～1.25以上；沉井稳定系数,是否小于1.只有以上两个参数都满足要求时,才能保障沉井的制作和下沉方案切实可行.如实际施工时出现井壁与土体间摩阻力较大,下沉困难的情况,我们考虑使用触变泥浆护壁辅助下沉.在沉井制作时事先预埋泥浆管穿墙套管,沿刃脚处井壁横向间隔1500mm设置.使用泥浆护壁时将泥浆管穿过套管伸至井壁外,用沥青麻丝填堵泥浆管与套管之间的缝隙,然后用泥浆泵将泥浆压入来减少沉井外壁的摩阻力,并在下沉时不断补浆.触变泥浆是以20%膨润土及5%石碱加水调制而成.待沉井下沉完毕后,再用沥青麻丝封堵井壁的管口并用钢板焊接封严.

2.3加强下沉过程中的测量控制.沉井的下沉,施工单位应随时观测沉降量和垂直度,以便及时纠正.如果出现不均匀沉降、沉降困难、沉降过快等异常现象应立即停止下沉并采取相应处理措施.

3.沉井施工的优缺点

3.1沉井施工的优点

①由于沉井依靠其自重下沉,沉井基础埋置深度可以很深,而且沉井的整体性强、稳定性好,能承受较大的垂直荷载和水平荷载,因此,很多大型的,埋深比较深的地下基础很多运用到了沉井的施工技术.②沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡水结构物,下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁,简化了施工,节约了施工成本和周转材料,有很多水下构筑物也采用沉井的施工工艺.③沉井施工时对邻近建筑物影响较小,方便现场的管理.

3.2沉井施工的缺点

①施工期较长.沉井是依靠其自重来下沉的,土方的开挖要贯穿于沉井的施工全过程,土方开挖是采用人工开挖或者小型机械开挖,开挖时间长,这样也导致沉井的施工周期长,另外,沉井采取分段浇筑,分段施工也间接的导致了沉井施工不可能像其他构筑物施工.②施工技术要求高,对施工作业体的要求比较高.③施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难,需要全方位的控制好各种因素的影响,并形成应急预案.

4.总结与结论

沉井施工在武钢冶炼项目中非常常见,而且产生了巨大的经济效益,沉井的施工方法前景也非常广阔,目前矿井的下沉深度已超过100米,很多水下构筑物也采用了沉井的施工工艺.