圆形沉井施工工法

圆形沉井施工工法1前言沉井是修建深基础和地下深构筑物的主要基础类型和较广泛应用的方法之一，可在松软、不稳定、含水土层、人工填土、粘性土、砂土等地基中应用，并可减少对施工场地复杂、邻近有房屋、地下构筑物等障碍物的影响。沉井的类型很多，具体类型根据建(构)筑物的使用功能，结构形式，地下土质情况而定，使用沉井法施工减少了使用其他方法施工的费用及难度，我单位在南京城北污水处理系统工程中施工获得成功，从而积累了大口径沉井施工相关的经验。2特点2.1能适用于任何地层，不受持力层起伏和地下水位高低的限制。2.2转复杂的地下施工为地表施工，施工方便，安全系数大大提高。2.3施工机具、设备简单，操作方便，劳动强度低。2.4分节制作，一次下沉，质量控制可靠。2.5不足之处是用水量大，泥浆排放较多，对环境有一定的污染，要妥善处理泥浆排放问3适用范围本沉井法施工适用于深坑、地下室、水泵房、设备深基础、码头等工程，并可在松软、不稳定含水土层、人工填土、粘性土、砂土、砂卵石等地基中应用，一般在施工场地复杂，邻近有铁路、房屋、地下构筑物等障碍物，加固、拆迁有困难或大开挖施工会影响周围邻近建(物)筑物安全时，应用最为合理、经济。4材料性能4.1钢筋钢筋规格品种和质量必须符合设计和施工规范规定，钢筋出厂质保书、检测报告等资料齐全，制作符合相应验收规范规定。4.2混凝土抗渗混凝土强度一般比设计强度提高5MPa，水泥应采用32.5级或42.5级普通水泥或矿渣水泥，石子宜用卵石、碎石，其最大粒径不大于钢筋最小净距的1／4，且不大于20mm，砂宜用中粗砂，水灰比不大于0.6，单位水泥用量不大于370kg／m3，含砂率宜为40％～45％，坍落度为16±2cm，混凝土初凝应满足浇灌和接头施工工艺要求。4.3助沉用砂助沉用砂宜选用颗粒级配良好、质地坚硬的中粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，以形成良好的润滑助沉效果，并有良好的透水性。4.4泥浆制作用20％膨润土及5％石碱，加水调制而成。5工艺流程及操作方法先按照钢筋混凝土构筑物制作的要求，在地面分节浇筑大口径井，待最上面一节强度达到75％以上时，采用不排水吸泥法下沉。5.1工艺流程图基坑开挖→砂垫层、混凝土垫层→搭设脚手架→支设刃脚内模板→安装刃脚钢筋→支设刃脚外模板→浇筑刃脚混凝土→支设井壁内模板→安装井壁钢筋→支设井壁外模板→浇筑井壁混凝土→养护→拆除模板脚手架→下沉准备→沉井下沉→沉井水下封底→养护→浇筑底板。5.2基坑开挖、做垫层因井身较高，地下水位较低，故选用在基坑中制作方式。在松软地基上进行沉井制作，应先对地基进行处理，地基处理根据沉井一次下沉前自重，考虑相应的施工荷载，确定垫层的承载力，从而设计人工砂垫层厚度。(砂垫层最小厚度计算可参见式屉h=(N[f]-B)／2tgφ。式中h—砂石垫层(m)；N一每米范围沉井重量与施工荷载之和(kN／m)B—刃脚底宽度(m)；[f]—地基允许承载力kPa；φ一垫层应力扩散角；垫层底部宽B1=2tgφ+Bo)基坑挖至施工季节当地最高地下水位以上，在其上铺设砂垫层并强夯至密实，再在砂垫层上沿刃脚及井字梁底浇素垫层，以防止由于地基不均匀下沉，引起井身裂缝。5.3刃脚支设沉井制作，下部刃脚模的选择应视沉井重量、施工荷载和地基垫层承载力情况确定，使用砖胎模法能保证承载力且施工方便、易于控制刃脚边线。根据中心控制桩和沉井中心桩，在混凝土垫层上放出沉井外边线，然后根据图纸尺寸分别放好刃脚和井字粱两侧边线。砂浆强度等级、砖的强度应根据上部荷载大小，经计算设计确定。砖模和刃脚接触处刷沥青作隔离剂，考虑每隔3m设一条伸缩缝，便于拆除砖胎模，并在砖模内预埋PVC管，以便对拉螺栓穿出，加固井壁外模。5.4井壁制作5.4.1制作方式一般井壁高于12m，且总高不大于0.8D(D一沉井直径)时，采用分节制作一次下沉以节约工期，并能顺利下沉，从而缩短作业时间。1钢筋绑扎钢筋制作按设计要求，每节井壁竖筋，一次绑好，水平筋分段绑扎，上下节井壁连接处，按《给水排水构筑物施工及验收规范》(GBJl41—90)，伸出主筋接头错开1，4。钢筋接头采用搭接焊，焊缝厚度不得小于6mm，焊缝长度双面焊不小于5d,单面焊不小于10d,且焊缝须错开。在焊接长度范围内，受力钢筋接头截面积不得大于总面积的25％。2模板支设大口径圆形沉井模板工程选用定型组合钢模和木模配合，用海绵条嵌缝，采用对拉螺栓和筑厚度不大于500mm，避免一次浇筑过厚，不易振捣，而影响混凝土成形质量；套管四周要加强振捣。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣，振捣器操作做到快插慢拔30s；采用行列式或交错式的次序，插点要均匀，每点移动位置距离不大于30cm；振捣器在振捣上一层时，应插入下一层混凝土中50mm左右，以消除两层之问的接缝，混凝土自由下落高度超过2m时，必须使用串筒，确保混凝土浇筑过程中不发生离析。已完的混凝土要浇水养护，在每一节混凝土强度达到70％以上，可浇灌第二节。井壁分节接缝处设钢板止水带，并加强振捣，以满足抗渗要求。4套管和预埋件套管和预埋件制作成形的尺寸必须符合设计要求，同时确定套管在井上的位置、数量，确保套管和预埋件一次性安装到位，且不影响模板的安装。5.5沉井下沉根据地质资料及施工具体情况，不同土质采用不同的设备及方法进行取土下沉(城市施工，多采用不排水法下沉)。5.5.1下沉系数K下沉系数K可按：K=(G1—F)／f计算(G1一沉井自重与施工荷载之和；F--沉井下沉施工中所受的浮力；f-沉井下沉时R的摩擦力；通常，K1.15～1.25)。5.5.2下沉取土方法l地下水位以上土层及砂石垫层采用人工挖掘下沉。2沉井沉至地下水位后，井内注水采用空气吸泥带水下沉法，并用抓土机配合取土。用不排水法下沉时，应注意保持井内水位高出井外水位1~2m。5.5.3取土下沉l取土顺序，先取四周井格土，最后取中间井格土，每格内取土则应遵循先中央后四周的顺序。2井格中央土用抓斗水中抓取，沿刃脚、井字梁留出土台，然后用空气吸泥器分层对称冲挖，但不得冲挖刃脚下土层，使井格底部土层形成锅底状，一般当锅底土比刃脚低l~1.5m时，沉井即靠自重下沉，而将刃脚下土挤向锅底中央，再从井孔中央继续取土，沉井即可继续下沉。此时，应注意相邻井格内锅底土高差不大于lm。井内取土下沉示意图如下图：5.5.4沉井辅助下沉方法l沉井下沉过程中，出现因土质不均匀所产生不均匀下降，可采取灌砂助沉的方法平衡外壁摩擦阻力，并结合平衡取土及各种纠偏方法使沉井均匀、平稳下沉，砂子可采用中粗砂，施工过程中要保证灌砂的连续、均匀。2泥浆套减阻：为防止地下土质变化，造成下沉困难，预先准备泥浆护壁设备，在井下沉过程中，通过设置在井壁的注浆管向井筒外壁和土体之间注入触变泥浆，使其成为泥浆润滑套，减小沉井下沉过程中的摩擦力。触变泥浆用20％膨润土及5％石碱(碳酸钠)加水调制而成，采用触变泥浆法可大大减少井壁的下沉摩阻力；同时，还可起阻水作用，方便取土。使用时必须注意：沉井下到沉设计标高后，为使沉井稳定，用1：2水泥浆把触变泥浆置换出。5.5.5测量控制与观测在沉井外部地面及井壁顶部四周设置纵横十字中心控制线、水准点，以控制沉井位置和标高，并在井身内、外各平均分布绘出8根标尺，以观测沉井的下沉量及垂直度，定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测，每班至少测量两次，发现倾斜及时纠偏，使偏差控制在允许范围内。5.5.6沉井纠偏l造成沉井产生倾斜的常见原因：(1)沉井脚下土层软硬不均匀；(2)没有均匀取土下沉，使井孔内土面高低相差很多；(3)刃脚掏空过多，沉井局部突然下沉；(4)刃脚一侧被障碍物搁住，没有及时发现和处理；(5)由于井外弃土或其他原因造成对沉井井壁的偏压。2解决方法：(1)过量取土纠偏，即通过调整掘土的高差及调整沉井刃脚处保留土台的宽度进行纠偏。(2)局部增加荷载纠偏；(3)加速对较高侧井格内取土；(4)遇孤石或其他坚硬障碍物可将四周土掏空，后将障碍物取出；(5)如沉井外有影响井身下沉的弃土或堆物，应及时清除。5.6沉井封底5.6.1沉井下沉到距设计标高0.1m时，应停止井内取土，使其靠自重沉至设计标高或接近设计标高，再经2～3d下沉稳定，或者经观测一周累计下沉量不大于lOmm时，才可进行封底。5.6.2沉井封底前先进行抗浮验算，解决抗浮问题的方法有：(1)提高井内水位以满足抗浮要求；(2)适当降低地下水位来满足抗浮要求，(3)两者一并使用以满足抗浮要求。5.6.3沉井底坐落于较软弱土层，以防井底涌水量很大或出现流砂现象，应选用水下浇筑混凝土进行封底。待沉井基本稳定后，将井底浮泥清干净，新老混凝土面用高压水枪冲刷干净，并铺碎石垫层；水底封底混凝土采用提升导管法灌注，开导管方法采用球胆，开导管时，首灌混凝土量要经过计算确定，以保证完全排出导管内泥浆，并使导管出口埋深不小于0.8m的流态混凝土中，封底混凝土厚度，根据井封底时满足抗浮要求而定；封底混凝土厚度较厚，应分层连续浇灌；待水下封底混凝土达到所需强度，方可从沉井内抽水，检查封底情况进行检漏补修，然后再施工钢筋混凝土底板。6机具设备以南京某污水处理系统过程进水泵房下部沉井为例；机具配备见表6。7劳动力组织以南京城北污水处理厂进水泵房下部沉井工程为例，工作班组及劳动力配备计划见表7。主要施工机械设备表表6序号机械或设备名称型号规格数量序号机械或设备名称型号规格数量l挖掘机WY2001台13高压水枪10套Z自卸车5t5辆14BF重型潜水衣6套3交流电焊机30kw以下2台15103型潜水对讲机6台4气割设备2台lfi潜水员供气空压机0.6~0.9m3／min8台5风镐4台17排泥管400~600mm800m67空压机卷扬机V-6／8-l2t4台4台1819吸泥管道空气管道280m300m8吊车25t3台20活络扒杆4套9潜水泵Φ1006台21手拉葫芦12只10水泵Φ504台22水下封底管道、漏斗4套Ii吸砂泵NL100-1612套23水准仪2台12高压水泵IS65-40-315A10套24经纬仪2台工作班组及劳动力配备计划表7序号工种人数序号工种人数l木工15l电工22钢筋工122焊工43混凝土工i03潜水员154机务44专职指挥48质量标准及检验方法8.1质量控制措施8.1.1建立质量管理制度，成立专门的质量管理领导小组，提高施工人员管理水平；8.1.2组织施工人员进行技术交底，提高施工人员综合素质和施工水平；8.1.3加强原材料的检测，做到复试合格后方可使用；8.1.4对投入本工程的所有检测设备、测量仪器、计量器具等进行检验，确保符合工程精度要求；8.1.5加强质量检查，做到上道工序经验合格，才能进行下道工序；8.1.6验收标准提高一级，从严把关，从细部把关，提高各级人员的质量意识，从而保证工程优质高效地完成。8.2质量标准8.2.1沉井制作(1)沉井制作尺寸与设计尺寸允许偏差绝对值小于20ram；(2)井壁厚度偏差小于±15ram；(3)混凝土保护层偏差小于±5ram。8.2.2沉井下沉(1)底面中心位置偏移，当H10m时，小于／移100；(2)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差±100mm；(3)刃脚底面高差，L10m时，／J100且300。8.2.3质量通病及防冶措施l沉井下沉困难(1)产生原因：1)井壁与土壁间的摩阻力过大；2)沉井自重不够，下沉系数过小；3)遇有地下管道、树根等障碍物；4)遇流砂、管涌。(2)防治措施：1)继续浇灌混凝土增加重量，在井顶均匀加铁块或其他荷重；2)挖除刃脚下的土或在井内继续进行第二层碗形破土；用小型药包爆破震动，但刃脚下挖空宜小，药量不宜大于0.1kg，刃脚应用草垫等防护；3)不排水下沉改为排水下沉，以减少浮力；4)在井外壁装射水管冲刷井周围土，减少摩擦力，射水管亦可埋于井壁混凝土内，此法仅适用于砂及砂类土；5)在井壁与土间灌入触变泥浆或黄土，降低摩擦力，泥浆槽距刃脚高度不宜小于3m；6)清除障碍物；控制流沙、管涌。2沉井下沉过快(1)产生原因：1)遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度；2)长