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建筑工程沉井施工技术的探讨

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2019-12-04 20:51

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　一、沉井的类型及概述

　　沉井是以现场浇筑、挖土下沉方式没入土中的深基础。由于其断面尺寸大、承载力高而多作为大、重型结构物的基础,在桥梁、水闸及港口等工程中应用广泛,同时以其施工方便、对邻近建筑物影响小且内部空间可被利用等特点,已成为工业建筑物尤其是软土中地下建筑物的主要基础类型之一。沉井的类型较多。按沉井所用材料不同可分为:砖石沉井、素混凝土沉井、钢筋混凝土沉井。按沉井的横截面形状分为:单孔沉井、单排孔沉井和多排孔沉井;按沉井竖直截面形状分为:柱形沉井:阶梯形沉共和锥形沉井。

　　沉井主要由刃脚、井壁、内隔墙或竖向框架、凹槽、底板及顶板组成。刃脚位于井壁的最下端,其形状似刀刃,刃脚的作用是在沉井下沉时,减少土的阻力,以便于切人士中,故要求刃脚应具备足够的强度,以免产生挠曲或被破坏。井壁即沉井的外壁,是沉井的主要部分,为使其能抵抗四周的土压力和水压力并在自重作用下顺利下沉,沉井要有足够的强度和重量。待沉井下沉到设计标高后,在其下端刃脚踏面以上至凹槽处浇筑混凝土,形成封底。封底可防止地下水涌入井内,因此通常称为干封底。当封底达到设计强度后;在凹槽处浇筑钢筋混凝土底板。若采用水下封底时,待水下混凝土达到强度时,抽于水后再浇注钢筋混凝土底板。

　　二、沉井施工技术与方法

　　沉井的施工方法主要取决于施工场地的工程地质及水文地质条件和所具备的技术力量、施工机具及设备。下面介绍一般沉井的施工工艺。

　　1、准备工作

　　(1)平整场地

　　沉井施工场地要仔细平整,平整范围宽于沉井外侧1—3m。天然地面土质较硬时,可只将地表杂物清除并整乎,否则应在基坑处铺填砂垫层,以免沉并在开始浇制时产生较大的不均匀沉降。砂垫层的厚度一般不小于0.5m,井应方便抽取垫木。

　　(2)放线定位

　　在制作沉井之前,对于沉井的平面位置应仔细测量,把沉井的中轴线和外轮廓线放好,定位要准确,经验收合格后方能施工。

　　2、沉井制作

　　通常沉井在原位制作,如果土层不均匀,应首先在经平整放线定位的场地上铺一层砂垫层,厚0.5m左右,然后在沉井刃脚处对称地安置适当的垫木,垫木的作用是支撑第一节沉井的重量,并按垫木定位支设模板和绑扎钢筋,垫木一般为枕木或方木,其数量、尺寸和间距由计算确定。垫木之间的空隙用砂土填实,以便于抽取垫木,使沉井下沉。若土层均匀,也可不放置垫木,直接铺筑一层与沉井井壁宽度相适应的混凝土,代替砂垫层和垫木。

　　当地基为可塑或硬塑状的均匀教性土时,可采用土模法制作沉井。在定位放线部位,按设计刃脚的尺寸仔细开挖熟性土基槽,以劲性土作为天然模板,代替砂垫层、垫木及人工制作刃脚木模。当沉井采取分节制作时,在第一节沉并的混凝土达到设计强度的70%后,方可浇筑其上一节沉井的混凝土。

　　3、沉并的下沉

　　当沉井第一节混凝土或砌筑砂浆达到设计强度以后,其余各节混凝土或砌筑砂浆达到设计强度的70%后,方可下沉。

　　(1)拆除垫木

　　拆除垫木应对称进行、力求平稳,以免造成沉井倾斜,垫木拆除的一般顺序是:对矩形沉井,先拆内隔墙下的,再拆短边井壁下的,最后拆长边下的;长边下垫木应隔根抽出,然后以四角处的定位垫木为中心由远及近对称抽出,最后抽定位垫木。在每次抽出垫木以后,刃角下空位应立即用砂填实。

　　(2)取土下沉

　　根据沉井所遇到土层的土质条件及透水性能,常见沉井下沉的方法有下列几种:

　　①人工挖土法

　　此法主要用于无地下水或地下水量不大的小型沉井。为能使沉井均匀竖直下沉,防止出现倾斜,应分层、均匀、对称地挖土,而且不安从沉井刃脚踏面下挖土,否则,容易形成局部沉井悬空,影响沉井正常下沉。对于软弱土质,挖土时应在沉井刃脚周围保留土堤,使沉井挤土下沉,有利于预防沉井倾斜。 [page]

　　②排水下沉法

　　当沉井所穿越的土层较稳定,不会因排水而产生大量流砂出现塌陷时,采用徘水挖土下沉施工,如图2.36所示。当土质为砂土或软茹土时,可先用高压水枪把沉并内泥土冲散(水枪水压一般为2.5—3.0MPa),稀释成泥浆,然后用水力吸泥机将泥浆吸出,排到井外空地;当遇到砂、卵石层或硬熟土层时则用抓土斗出土。

　　③不排水下沉法

　　当地层土质不稳定、地下水量很大时,为防止因井内排水而产生流砂,可采用不排水下沉法,采用此种方法要求沉井内的水位始终保持高于井外水位1—2m,采用机械抓斗水下出土,或用高压水枪破土,然后用空气吸泥机将泥水排出。

　　4)泥浆套下沉法

　　泥浆套下沉法是在沉井壁与土层之间设一层触变泥浆,依靠泥浆的润滑作用减小土体对沉井的阻力,使沉井平稳顺利下沉。另外,由于泥浆大大减少了土层对井壁的阻力,据此,在相同条件下可以减轻沉井自重。

　　(3)沉井接筑

　　当第一节沉井下沉到预定深度时,可停止挖土下沉,然后立模浇制,接长井壁及内隔墙,再沉再接。每次接筑的最大高度一般不宜超过5m,且应尽量对称、均匀地浇筑,以防倾斜。

　　(4)测量监控

　　为保证沉井均匀下沉,必须重视沉井下沉的测量监控,尤其对于平面尺寸大或深度大的沉井更为重要。通常大中型沉井每班至少测量两次,发现倾斜应立即采取相应措施,及时纠正。

　　(5)沉井封底

　　当沉井下沉至设计标高后,停止挖土并进行沉降观测,当8h内下沉量不超过10mm时,即可封底。通常沉井封底分为干封法和水下封底法。

　　①干封法

　　将沉并底部土面全部挖至设计标高,并在中间局部深挖以形成集水井。用水泵在集水井中连续抽水,使地下。水位面降至沉井底面以下,然后用掺有早强剂的混凝土将集水井以外的全部底板一次浇筑,待底板混凝土达到设计强度后,用掺有速凝剂的混凝土迅速将集水井封死。

　　②水下封底法

　　将基底土渣清除干净,如为软土应铺碎石垫层。安装水下浇筑混凝土的钢导管,导管管段的接头应密封良好。水下浇筑混凝土的强度等级应比设计强度提高10%—15%。水灰比不宜大于0.6,并有良好的和易性,初期坍落度宜为14—16cm,以后应为16—22cm。每立方米混凝土中水泥用量一般为300—400kg。浇筑混凝土时,导管插入混凝土的深度不小于1m。沉井全部底面的混凝土应连续挠筑、一次完成。由于干封法成本低、施工快,且易于保证质量,因而应优先采用,只有当抽取地下水可能遇到流砂无法采用干封法时,可选用水下封底法。

　　三、沉井施工纠偏的方法

　　由于施工场地的工程地质条件的复杂性和施工条件的多变性,即使在沉井施工之前做了必要的准备工作,但在施工过程中仍然可能遇到一些问题:

　　1、沉井难沉

　　沉井难沉指井内的土挖出后,井下沉过慢或不下沉,甚至将刃角下掏空还不下沉。遇到这类情况,应先调查分析其原因,并采取相应措施。如因沉井外壁摩擦力过大造成难沉,可采用在井壁外侧挖土、用水管射水冲刷或灌注膨润土等方法已减小其摩擦力,有时也可以来用施加荷重等办法迫使其下沉,如遇大块石等障碍物,必要时可用小型爆破清除,若水下无法清理障碍物,可由潜水员进行水下清理。

　　2、沉井突沉

　　在软土地基中沉并施工,常发生突然下沉现象。突沉容易使沉井产生倾斜或超沉,尤其是当下沉接近设计标高时,更应注意防止突沉,可以通过控制刃角下的挖土深度,对称均匀挖土,以及通过加大刃脚踏面宽度和设置底梁等措施予以防止。

　　3、沉井倾斜

　　沉并倾斜是沉井下沉过程中经常出现的问题,应当注意防止并及时纠正。沉井倾斜的方法是:对于下沉少的一侧加快挖土,或在沉井顶部施加荷载,以及用高压水冲刷刃脚底部等,而对于下沉多的一侧,则停止挖土,并用用钢缆套在沉井顶部向下沉少的一侧扳拉。 [page]

　　四、结束语

　　综上所述,沉井技术以其占地面积少,对周围建筑物影响小等特点,被广泛用到工程中,但实际施工时,必须严格按操作规程办事,科学管理、精心施下,特别是在沉井制作、下沉过程中,更应加强观测,严把工程质量关,多、快、好、省地完成所担负的工程任务。

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