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沉井在施工期间是一个上无盖、下无底的筒状结构,通常用钢筋混凝土制成,在其井壁的挡土和防水的围护作用下,从井内取土,借其自重使之下沉至设计标高。沉井多用作桥梁墩台或重型工业建筑物的深基础,后来逐渐发展成为利用其内部空间供生产使用或其他用途的地下建筑物。如各种泵房、地下沉淀池、水池、储存槽、各种地下厂房或车间和仓库(包括地下热电站、地下油库)、地下人防工程以及地下铁道或水底隧道的通风井、盾构拼装和拆卸井等。沉井的类型是指它的平面和立面形式,而其形式又决定于使用要求。沉井组成 一般由井壁、刃脚、隔墙、凹槽、封底(包括底板)和顶盖等部分组成(图1)。井壁 沉井的外壁,是沉井的主要部分。它应有足够的强度,以便承受沉井下沉过程中及使用时作用的荷载;同时还要求有足够的重量,使沉井在自重作用下能顺利下沉。刃脚 位于井壁的最下端,多做成有利于切入土中的形状。此外,还要求有一定的强度,以免挠曲或损坏。刃脚下部的水平面称为踏面,其宽度视土质的软硬和井壁重量、厚度而定。隔墙 为了加强沉井的刚度,或由于使用需要设置隔墙。凹槽 位于刃脚的上方,使混凝土底板能和井壁更好地连接。封底 下沉到设计标高后,在沉井底面用素混凝土封底,作地下建筑物的基础,再在凹槽处灌筑钢筋混凝土底板。顶盖 作为地下建筑物,在修筑好满足内部使用要求的各种结构后,还要修筑顶盖。沉井法的施工 施工顺序 先在建筑地点平整地面或筑岛,分段(或一次)制作井筒;然后从井内不断取土,随着土体的挖深,沉井因自重作用克服井壁和土体之间的摩擦力和刃脚下土的阻力而逐渐下沉;达到设计标高后,用混凝土封底;并按使用要求修筑内部结构;最后修筑顶盖和出入口(图2)。施工方法 一般可分为制作和下沉两个过程。根据不同情况和条件(如沉井高度、地基承载力、施工机械设备等),沉井可采取一次制作(灌筑),一次下沉;分段制作、接高,一次下沉;或制作与下沉交替进行。也有在陆上制作,浮运至水中沉放地点后下沉和接高的浮式沉井施工。为了将沉井重量扩散到更大的面积上,避免沉井倾斜或不均匀沉降而产生裂缝,对于大型沉井,当表土地基承载力很低时,于制作第一段沉井前,应在地基表面铺设砂垫层,并沿井壁周边刃脚下铺设承垫木。在沉井下沉之前,应分区、依次、对称、同步地将承垫木抽除。沉井的下沉方法视沉井所穿过的土层和水文地质条件而定。一般分为排水下沉和不排水下沉两种。当土质透水性很小或涌水量不大时,可采用排水(或不灌水)下沉;在沉井穿过涌水量较大的亚砂土或砂层时,为了防止砂子涌入井中影响施工,则采用不排水(或灌水)下沉。下沉时常采用抓斗或水力机械等方法取土。沉井施工中的问题和防止措施 常遇到的问题有:突然下沉、涌砂、倾斜和偏移、沉不下去。①防止突然下沉的方法有:适当加大下沉系数;控制挖土深度,即锅底不要挖得太深;结构上合理分隔,设置一定数量的底梁;采用泥浆套法或壁后压气法(见沉井基础),以减小摩擦力等措施。②涌砂的处理方法是向井内灌水,使井内水位恒大于井外地下水位。③下沉时应均匀对称挖土,以防止沉井偏斜。若发生偏斜,可调整挖土先后次序和方法;采取偏心压重,部分壁外冲水等措施。④沉井设计和施工时通常用下沉系数(沉井施工阶段自重与阻止下沉的井壁四周土的摩擦力、刃脚踏面阻力等的比值)估算沉井能否顺利下沉,一般要求下沉系数为1.10~1.25。当下沉系数不满足时,要采取上述减小摩擦力的方法,以及增加重量等措施。如在下沉中发生重量不够时,也可采用壁外冲水和井内抽水、加压重、接高井壁等措施。沉井在施工和使用阶段,将受到土压力、水压力、浮力、摩擦力、底面反力、自重以及施工荷载等作用,沉井结构的设计计算应满足各阶段的受力要求,保证沉井结构有足够的强度和刚度以及防水能力。沉井法施工的特点 沉井下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁,与明挖法相比,简化了施工;可就地制作,所需机械设备简单;作为地下建筑使用,其单体造价较低;主体部分的混凝土在地面上灌筑,质量较易保证,整体刚度亦较大;防水可靠;且对邻近建筑物的影响较明挖法少。因此在一定场合下,沉井法是一种较好的方案。 2100433B
某矿表土段斜井沉井法施工
目前我国煤矿斜井施工通过较薄流沙层一般采用大揭盖、疏干、板桩法等方法,遇到中厚和厚的流沙层时,这些方法就难以通过。冻结法、帷幕法等在技术上是可行的,但工艺复杂,技术要求严格,需大型设备,工期长,成本高。因此,对于冲积层较浅且含有较厚的流沙层的斜井施工...
【学员问题】沉井法施工的施工要点?
【解答】1.测量准备
1.1布设测量控制网 按照设计图纸的平面位置要求设置测量控制网和水准点,进行定位放线,定出沉井中心轴线和基坑轮廓线,作为沉井制作和下沉定位的依据。
2.沉井制作
2.1首先做地基处理,用粗、中砂垫层做地基的传力层,使沉井第一次制作时的重量通过混凝土垫层扩散后的荷载值小于下卧层地基土的承载力特征值。 为防止由于地基不均匀下沉引起井身开裂,对粗、中砂垫层基底夯压密实。并在上铺设C10砼垫层一道。 2.1.1砂垫层设计尺寸计算方法如下: a.砂垫层厚度,根据沉井重量和地基土承载力确定 G/(ι+hs)≤fa 得hs≥G/fa-ι 式中:G——沉井的单位长度重量(KN/m) fa——地基承载力设计值(KN/㎡) hs——砂垫层的厚度(m) ι——刃脚垫层宽度 b.砂垫层宽度: B≥b+2ι 2.1.2砼垫层的厚度计算: h砼=(G/R1-b)/2 h——砼垫层厚度(m) G——沉井第一节单位长度重量(KN/m) R1——砂垫层的承载力设计值一般取(100KN/㎡) b——刃脚踏面宽度
2.2模板支设:根据设计图纸,在基底混凝土垫层上放线,刃脚内侧模采用MU10砖、MU7.5水泥砂浆砌筑,内抹1:3水泥砂浆找平压光。井壁模板采用加工订制木质多层板,一次支设至比施工缝略高100mm处,为保证砼浇筑外观效果,下一次支模板前,不允许拆前一次所支模板。待砼强度达到设计要求和施工要求后,再依次拆除。
2.3钢筋绑扎:池壁墙体钢筋净距控制采用钢筋排架,排架采用Ф14钢筋制作,架间距1000mm设置。钢筋交叉点均逐点绑扎,绑丝头一律扣向里侧,严防出现因保护层过薄而侵蚀钢筋的现象。钢筋连接宜采用直螺纹机械连接,用挂线法控制垂直度,用水平仪测量控制水平度,用木卡尺控制间距,用与结构同强度的细石混凝土垫块控制钢筋保护层厚度。在施工缝位置安装300mm宽钢板止水带。 2.4混凝土浇筑:沿沉井周围搭设脚手架,周围设布料管分布均匀下灰,每层厚500mm.注意对称均匀,防止造成地基不均匀下沉和倾斜。振捣时,振捣棒应插入下层混凝土50mm,保证层间结合紧密。混凝土养护采用浇水养护,两侧覆无纺布,养护14天。为防止出现冷缝,应具备足够的混凝土熟料供应能力。
3.沉井下沉
3.1准备与验算:检查混凝土强度和抗渗等级,刃脚、筒壁、底梁混凝土强度达到设计强度100%后方可进行第一次下沉。其余各节应达到设计强度的70%方可下沉,根据勘测报告验算下沉系数,当下沉系数较小时,应采取增加配重,或注入触变泥浆,减小下沉摩阻力等措施;当下沉系数较大时,可沿井壁外围回填土方,增大总摩擦力。采取不排水下沉时还需克服水的浮力。因此,为使沉井能够顺利下沉,应进行分阶段下沉系数的计算,作为确定下沉施工方法和采取技术措施的依据。 下沉系数按下式计算: K0=(G-B)/Tf 式中G-井体自重; B-下沉过程中地下水的浮力; Tf、-井壁总摩擦力; K0-下沉系数,宜为1.05-1.25,位于淤泥质土中的沉井取小值,位于其它土层中取大值。 当下沉系数较大,或在软弱土层中下沉,沉井有可能发生突沉时,除在挖土时采取措施外,宜在沉井中加设或利用已有的隔墙或横梁等作防止突沉措施,并按下式验算下沉稳定性: K0‘=(G-B)/(Tf+R) 式中R-沉井刃脚、隔墙和横梁下地基土反力之和;B-下沉过程中地下水的浮力; K0’-沉井下沉过程中的下沉稳定系数,取0.8-0.9 当下沉系数不能满足要求时,可在基坑中停止取土,减少下沉深度;或在井壁顶部堆放钢、铁、砂石等材料以增加附加荷重;或在井壁与土壁间注入触变泥浆,以减少下沉摩阻力等措施。
3.2下沉挖土:刃脚部位采用跳仓破土,使沉井均匀下称。由沉井中间开始逐渐向四周扩展,每层挖土厚度500mm,沿刃脚周围保留0.5~1.5m土堤,然后沿沉井壁,每2~3m一段向刃脚方向逐层、对称、均匀的削薄土层,每次50~100mm,当土层受刃脚挤压破裂后,沉井在自重作用下均匀垂直下沉,使不产生过大倾斜。
3.3按确保沉井稳定的需要掌握临界挖深。对沉井下沉过程中的基底隆起、管涌或承压水引起的不透水层穿破,下沉前要有预计,下沉时应严格掌握。
3.4按勤测勤纠偏的原则进行沉井下沉。在终沉阶段,刃脚的标高差和平面轴线偏差,要始终控制在规范容许的范围内。
3.5当沉井为多次制作多次下沉时,每次接高都须满足沉井的稳定要求;即传送至刃脚下土层的荷载,应小于该层土的极限承载力。必要时须在井周回填砂土或向井内灌水,保持刃脚下土层的稳定性。
4.沉井干封底
4.1封底条件:当沉井下沉距设计标高200mm时,停止挖土和抽水,使其靠自重下沉至设计标高,沉井达到终沉标高后8小时的累积下沉量≤1cm时,可进行混凝土干封底;
4.2干封底可采用分格浇筑方法,其浇筑顺序和每次浇筑格数,要根据下沉终止时的刃脚高差及井格内涌土情况而定;
4.3封底前将锅底整平,与封底混凝土接触的刃脚和井壁须凿毛并洗干净; 4.4设置集水井,其四周应设反滤层,并与排水沟相连;
4.5集水井在混凝土达到设计强度后方可封堵。
5.测量控制与观测
5.1沉井平面位置、标高的控制: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,以控制其平面位置和标高。
5.2沉井垂直度控制:在井筒内按8等分标出垂直轴线,各吊线锤对准下面的标板来控制,并定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测。挖土时,随时观测垂直度,当线锤偏离墨线50mm,或四周标高不一致时,应立即纠正。
5.3沉井下沉控制:在井壁周围弹水平线用水准仪来观测沉降。
5.4观测:沉井下沉过程中应加强位置、垂直度和标高(沉降值)的观测,每班测量两次(于班中和每次下沉后检测);接近设计标高时,每2h观测一次,严防超沉。由专人负责并做好记录,发现倾斜、位移或扭转,应及时纠正。
6.注意事项
6.1沉井开始下沉的5m以内,要特别注意保持平面位置和垂直度的正确,以免继续下沉,不易调整。
6.2为减少下沉的摩阻力和以后的清淤工作,在沉井的外壁采取随下沉随填砂的方法,以减轻下沉难度。
6.3在沉井开始下沉和接近设计标高时,周边开挖深度应小于300mm,避免发生倾斜。在离设计标高200mm左右停止取土,靠其自重下沉至设计标高。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。
【提问】什么是沉井法施工?
【解答】沉井法是地下深基础施工的一种方法。其特点是:将位于地下一定深度的建筑物,先在地面制作,形成一个井状结构,然后在井内不断挖土,借井体自重而逐步下沉,形成一个地下建筑物。多用于重型设备基础、桥墩、水泵站、取水结构,超高层建筑物基础、地下油库、地下电厂等。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。
对基坑进行测量放线。在对沉井的基坑进行开挖的过程中,实际的开挖深度应该要根据工程地质报告所提供的实际地质情况和沉井工程的施工设计图纸来进行。对于沉井刃脚外侧和基坑边的距离也应该要满足相关的规定和要求,基坑的边坡基本上都是采用 1:1 的比例。在对施工场地进行整平之后,再根据沉井的中心坐标确定出基坑的开挖边线、沉井的中心桩以及纵轴线控制桩、横轴线控制桩,在基坑测量放线结束之后需要经过监理人员的验收,在验收合格之后才能够开始基坑的开挖。
立井筒内模以及支架的施工。因为顶管沉井的高度一般都是 10m左右, 所以在振捣井身混凝土的时候基本上都是分节进行,在对内模进行安装的时候也需要分节来进行,井筒内模模板一般选择采用局部木模和组合钢模相结合的方式,这样内模的密封性才能够得到有效保证。对于刃脚踏脚部分的模板来说一般都是采用的砖砌结构,砖砌结构的宽度应该要和刃脚的宽度一样,在对井身内模的支架进行支撑的时候一般选择空心钢管,在架设空心钢管的过程中一定要保证稳固。钢筋的绑扎。在实际的施工过程中,使用钢筋的表面要比较干净,在使用之前应清理干净钢筋表面的鳞锈以及油渍等,钢筋应比较平直,没有局部弯曲的现象, 对于成盘的钢筋来说在使用之前应该先调直,那些预制构件当中的主筋主要是采用对焊的方式连接, 在焊接之后还需要根据相关的规定抽样检查,钢筋的接头应该要相互错开,同时要根据国家的相关标准要进行严格的验收,在对钢筋进行现场绑扎的时候,钢筋的交叉点一般都是采用 21 号铁丝来进行绑扎,然后再采用电焊焊接牢固。在对钢筋进行绑扎完之后, 需要在监理工作人员验收合格之后才能够进行下一步的施工流程。
立外模以及支架。在钢筋绑扎验收合格之后就可以进行立外模和支架的施工。井壁的内外模应采用对拉螺杆来进行加固,在中间还需要设置止水片。为了能够对井壁的厚度进行控制可以在两端设置尼龙帽或金属锥体。外模的支架应该要保证稳定和牢固,这样在对混凝土进行振捣的时候模板才不会出现跑模和变形的情况。
对混凝土进行浇筑、 振捣、 养护以及拆模。在外模和支架立好之后需要让监理人员进行验收,在验收合格之后才能够进行混凝土的浇筑和振捣。为了能够让施工的质量和效率得到有效保证,基本上都是选择泵送商品混凝土,采用这种混凝土主要的优势就是能够直接把输送管的软管放入到浇筑振捣段,混凝土不会出现离析的情况。在浇筑和振捣混凝土之前应对各种预留孔、预埋件以及预留管的位置和尺寸大小进行严格的检查,避免出现错放和漏放的情况。在对混凝土进行振捣的时候一般都是采用插入式振捣器进行振捣,振捣棒在实际的插入过程中不能够触碰钢筋,在振捣的过程中应该要避免出现振捣不均或者振捣过密而出现离析的现象,同时还需要对钢筋和模板的受力情况进行随时检查,避免出现跑模的情况。混凝土在浇筑完成之后应进行及时的养护,在对模板进行拆除的时候要注意到先后顺序和时间 。
对预留孔进行封砌以及布设井点、降水。在对各种预留孔进行设置和封砌的时候应该要严格按照相关的要求和标准来进行,在沉井下沉的过程当中要保证预留孔不能出现渗水的情况。为了能够让沉井在下沉的过程中能够更加的平稳,可以选择采用排水下沉法来进行施工, 地下水应该利用井点把它抽除。
拆除刃脚的垫层和挖土下沉施工。在混凝土的强度达到相关的要求之后,才能够进行沉井的下沉。在实际的下沉过程中,应该要先拆除刃脚的垫层。
观察沉降情况、碎石以及混凝土垫层的铺设施工。在沉井下沉的过程中要对沉井的标高进行随时测量,让沉井的下沉能够保证平稳,同时还应该要做好相关的记录。当井底没有翻浆、 流砂以及积水等现象的时候才能够进行碎石层的铺设,在实际的铺设过程中应该要保证没有坑塘。当铺设完碎石层之后,就可以在上面铺设混凝土垫层。
绑扎底板钢筋和浇筑振捣混凝土施工。在铺设完混凝土垫层之后就可以在上面绑扎底板钢筋,在绑扎钢筋的实际过程中,应该要注意底板钢筋和刃脚钢筋的连接以及上下层之间的距离。在绑扎完成之后就可以浇筑和振捣混凝土,同时还需要注意对混凝土的养护,避免混凝土出现裂缝从而影响施工质量的情况。