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1、基坑工程沉井施工1.1原理和特点沉井是修筑地下结构和深基础的一种结构形式。施工时先在地面或基坑内制作一个井筒状的钢筋混凝土结构物，待其达到规定强度后，在井身内部分层挖土运出，随着挖土和土面的降低,沉井井身在其自重及上部荷载或在其他措施协助下克服与土壁间的摩阻力和刃脚反力，不断下沉，直至设计标高就位，然后进行封底。沉井施工工艺具有如下特点：沉井结构整体刚度大，整体性好，抗震性好；沉井施工法工艺成熟，与其他地下施工相比更优越；沉井施工地质适用范围广，对周围环境影响小，适用于对土体变形敏感的地区；沉井结构本身兼做围护结构，不需另加设支撑和防水措施。沉井由井壁、刃脚、内隔墙、井孔凹槽、底板、顶盖等组成
2、。井壁是井体的主要受力部位，必须具备一定的强度以承受井壁周围的水、土压力。刃脚的作用是切土下沉,故必须有足够的强度，以免破损。内墙为井内纵横设置的内隔墙，井壁与内墙，或者内墙和内墙间所夹的空间即为井孔。凹槽位于刃脚内侧上方，目的在于更好地将井壁与底板混凝土连接。通常底板为两层浇筑的混凝土，下层为素混凝土，上层为钢筋混凝土。顶盖即为沉井封底后根据实际需要，井体顶端设置的板，通常为钢筋混凝土或钢结构。1 .2沉井类型按沉井的横截面形状可分为：圆形、方形、矩形、椭圆形、端圆形、多边形及多孔井字形等，如图2所示。（a）圆形单孔沉井；（b）方形单孔沉井；（C）矩形单孔沉井；（d）矩形双孔沉井；（e）椭圆
3、形双孔沉井；（f）矩形多孔沉井沉井按竖向剖面形状分：有圆柱形、阶梯形及锥形等（a）圆柱形；（b）外壁单阶梯形；（C）外壁多阶梯形；（d）内壁多阶梯形按构成材料：可分为素混凝土沉井、钢筋混凝土沉井及钢沉井。13沉井施工技术1.沉井施工的准备工作应对施工场地进行勘察，查清和排除地面及以下3m内障碍物提供土层变化、地下水位、地下障碍物及有无承压水等情况,对各土层要提供详细的物理力学指标。应编制技术上先进、经济上合理的切实可行的施工方案,在方案中要重点解决沉井制作、下沉、封底等技术措施及保证质量的技术措施。事先要设置测量控制网和水准基点，作为定位放线、沉井制作和下沉的依据。2 .沉井刃脚垫层在松软地基
4、上制作沉井应对地基进行处理，以防由于地基不均匀下沉引起井身开裂。处理方法一般采用砂垫层和垫木。3 .沉井制作(1)沉井制作方式沉井的制作有一次制作和多节制作，地面制作及基坑制作等方案，如沉井高度不大时宜采用一次制作，可减少接高作业，加快施工进度；高度较大时可分节制作，但尽量减少分节节数。沉井制作可在修建构筑物的地面上进行，亦可在基坑中进行，如在水中施工还可在人工筑岛上进行。应用较多的是在基坑中制作。采取在基坑中制作，基坑应比沉井宽23m,四周设排水沟、集水井,使地下水位降至比基坑底面低0.5m,挖出的土方在周围筑堤挡水，要求护堤宽不少于2m,如图4所示。沉井过高,常常不够稳定,下沉时易倾斜,一
5、般高度大于12m时，宜分节制作；在沉井下沉过程中或在井筒下沉各个阶段间歇时间，继续加高井筒。(2)刃脚的支设沉井下部为刃脚，其支设方式取决于沉井重量、施工荷载和地基承载力。常用的方法有垫架法、砖砌垫座和土底模等。在软弱地基上浇筑较重的沉井，常用垫架法。沉井较小，直径或边长不超过8m且土质较好时可采用砖砌垫座。在土质较好时,重量轻的小型沉井，甚至可用土底模。(3)模板支设沉井模板与一般现浇混凝土结构的模板基本上相同，应具有足够的强度、刚度、整体稳定性和缝隙严密不漏浆。井壁模板采用钢组合式定型模板或木定型模板组装而成。采用木模时，外模朝混凝土的一面应刨光，内外模均采取竖向分节支设，每节高1.5s2
6、0m,用如216mm对拉螺栓拉槽钢圈固定,如图5所示。有抗渗要求的，在螺栓中间设止水板。第一节沉井筒壁应按设计尺寸周边加大IO15mm,第二节相应缩小一些，以减少下沉摩阻力。对高度大的大型沉井，亦可采用滑模方法制作。用滑动模板浇筑混凝土,可不必搭设脚手架，也可避免在高空进行模板安装及拆除工作。图5:沉井井壁钢模板支设(4)钢筋绑扎沉井钢筋可用吊车垂直吊装就位，用人工绑扎，或在沉井附近预先绑扎钢筋骨架或网片，用吊车进行大块安装。竖筋可一次绑好，按井壁竖向钢筋的50%接头配置。水平筋分段绑扎。在分不清是受拉区或受压区时，应按照受拉区的规定留出钢筋的搭接长度。与前一节井壁连接处伸出的插筋采用焊接连接
7、方法,接头错开l4o沉井内隔墙可采取与井壁同时浇筑或在井壁与内隔墙连接部位预留插筋，下沉完后，再施工隔墙。(5)混凝土浇筑和养护沉井混凝土浇筑，可根据沉井高度及下沉工艺的要求采用不同方法浇筑。高度在IOm以内的沉井可一次浇筑完成，浇筑混凝土时应分层对称地进行施工，且应在混凝土初凝时间内浇筑完一层，避免出现冷缝。沉井拆模时对混凝土强度有一定要求，当达到设计强度的25%以上时，可拆除不承受混凝土重量的侧模；当达到设计强度的70%或设计强度的90%以上时，可拆除刃脚斜面的支撑及模板。分节浇筑时，第一节混凝土的浇筑与单节式混凝土的浇筑相同，第一节混凝土强度达到设计强度的70%以上，可浇筑第二节沉井的混
8、凝土，混凝土接触面处须进行凿毛、吹洗等处理。混凝土浇筑完毕后12h内对混凝土表面覆盖和浇水养护，井壁侧模拆除后应悬挂草袋并浇水养护，每天浇水次数应能保持混凝土处于湿润状态。浇水养护时间，当混凝土采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥时不得少于7d,当混凝土内掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求时不得少于14do4 ,沉井下沉沉井下沉按其制作与下沉的顺序,有三种形式:一次制作，一次下沉。一般中小型沉井，高度不大，地基很好或者经过人工加固后获得较大的地基承载力时，最好采用一次制作，一次下沉方式；分节制作，多次下沉。将井墙沿高度分成几段，每段为一节，制作一节，下沉一节，循环进行；分节制作，一次下沉。
9、这种方式的优点是脚手架和模板可连续使用，下沉设备一次安装,有利于滑模。沉井下沉应具有一定的强度，第一节混凝土或砌体砂浆应达到设计强度的100%,其上各节达到70%以后，方可开始下沉。(1)凿除混凝土垫层沉井下沉之前，应先凿除素混凝土垫层，使沉井刃脚均匀地落入土层中，凿除混凝土垫层时，应分区域对称按顺序凿除。凿断线应与刃脚底板齐平，凿断之后的碎渣应及时清除，空隙处应立即采用砂或砂石回填，回填时采用分层洒水夯实，每层20s30cmo（2）下沉方法选择沉井下沉有排水下沉和不排水下沉两种方法。前者适用于渗水量不大（每平方米渗水不大于lm3min）,稳定的黏性土或在砂砾层中渗水量虽很大，但排水并不困难时
10、使用；后者适用于流砂严重的地层和渗水量大的砂砾地层，以及地下水无法排除或大量排水会影响附近建筑物的安全的情况。1）排水下沉挖土方法普通土层。从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚0.4-0.5m,在刃脚处留11.5m的台阶然后沿沉井壁每23m一段向刃脚方向逐层全面、对称、均匀开挖土层，每次挖去5IOCm,当土层经不住刃脚的挤压而破裂,沉井便在自重作用下均匀地破土下沉，如图6所示。当沉井下沉很少或不下沉时，可再从中间向下挖04O.5m,并继续按图6向四周均匀掏挖,使沉井平稳下沉。砂夹卵石或硬土层。可按图6所示方法挖土，当土珑挖至刃脚,沉井仍不下沉或下沉不平稳，则须按平面布置分段的次序逐段对称班各
11、刃脚下挖空,并挖出刃脚外壁约IoCm,每段挖完用小卵石填塞夯实，待全部挖空回填后，再分层去掉回填的小卵石，可使沉井均匀减少承压面而平衡下沉,如图6(b)所示。岩层。风化或软质岩层可用风镐或风铲等按图6(a)的次序开挖。较硬的岩层可按图6(C)所示的顺序进行，在刃口打炮孔，进行松动爆破，炮孔深L3m,以IXlm梅花形交错排列，使炮孔伸出刃脚口外1530cm,以便开挖宽度可超出刃口5IOcmo下沉时，顺刃脚分段顺序,每次挖Im宽即进行回填,如此逐段进行，至全部回填后，,再去除土堆，使沉井平稳下沉。图6沉井下沉挖土方法普通挖土；(b)砂夹卵石或硬土层；(C)岩石放炮2)不排水下沉挖土方法抓斗挖土。用
12、吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土，使沉井底形成锅底。在砂或砾石类土中，一般当锅底比刃脚低1.5m时，沉井即可靠自重下沉，而将刃脚下的土挤向中央锅底,再从井孔中继续抓土,沉井即可继续下沉。在黏质土或紧密土中,刃脚下的土不易向中央坍落,则应配以射水管松土,如图7所示。图7:水枪冲土、抓斗在水中抓土水力机械冲土。使用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆，汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机（或空气吸泥机）将泥浆吸出，从排泥管排出井外,如图8所示。图8:用水力吸泥机水中冲土3）沉井的辅助下沉方法射水下沉法用预先安设在沉井外
13、壁的水枪，借助高压水冲刷土层，使沉井下沉。射水所需水压在砂土中，冲刷深度在8m以下时，需要0.4-0.6MPa;在砂砾石层中，冲刷深度在IOS12m以下时，需要0.61.2MPa;在砂卵石层中，冲刷深度在IOSl2m时，需要820MPao冲刷管的出水口口径为IoSl2mm,每一管的喷水量不得小于0.2m3s,如图9所示。图9:沉井预埋冲刷管组触变泥浆护壁下沉法沉井外壁制成宽度为IOS20Cm的台阶作为泥浆槽。泥浆是用泥浆泵、砂浆泵或气压罐通过预埋在井壁体内或设在井内的垂直压浆管压入如图10所示,使外井壁泥浆槽内充满触变泥浆，其液面接近于自然地面。图10:触变泥浆护壁下沉方法抽水下沉法不排水下沉
14、的沉井，抽水降低井内水位，减少浮力，可使沉井下沉。井外挖土下沉法若上层土中有砂砾或卵石层，井外挖土下沉就很有效。压重下沉法可利用灌水、铁块，或用草袋装砂土以及接高混凝土筒壁等加压配重，使沉井下沉。炮震下沉法当沉井内的土已经挖出掏空而沉井不下沉时，可在井中央的泥土面上放药起爆，一般用药量为O.l0.2kgo同一沉井,同一地层不宜多于4次。(3)降水措施基坑底部四周应挖出一定坡度的排水沟与基坑四周的集水井相通。集水井比排水沟低500mm以上,将汇集的地面水和地下水及时用潜水泵、离心泵等抽除。基坑中应防止雨水积聚，保持排水通畅。基坑面积较小，坑底为渗透系数较大的砂质含水土层时可布置土井降水。土井一般
15、布置在基坑周围，其间距根据土质而定。一般用800-900mm直径的渗水混凝土管,四周布置外大内小的孔眼，孔眼一般直径为40mm,用木塞塞住，混凝土管下沉就位后由内向外敲去木塞，用旧麻袋布填塞。在井内填150200mm厚的石料和100-150mm厚的砾石砂,使抽吸时细砂不被带走。1)明沟集水井排水在沉井周围距离其刃脚23m处挖一圈排水明沟，设置34个集水井,深度比地下水深lL5m,在井内或井壁上设水泵，将水抽出井外排走。为了不影响井内挖土操作和避免经常搬动水泵，采取在井壁上预埋铁件，焊接钢结构操作平台安设水泵，或设木吊架安设水泵，用草垫或橡皮承垫，避免震动，如图11所示,水泵抽吸高度控制在不大于5mo图11明沟直接排水法(a)钢支架上设水泵排水：(b)吊架上设水泵排水2)井点排水在沉井周围设置轻型井点、电渗井点或喷射井点以降低地下水位,如图12所示。图12:井点系统降水3)井点与明沟排水相结合的方法在沉井上部周围设置井点降水，下部挖明沟集水井设泵排水,如图13所示。图13:井点与明沟相结合的方法(4)空气幕措施沉井下沉深度越深，其侧壁摩阻力越大,采用空气幕措施可减少井壁与土层之间的摩阻力，使沉井顺利下沉到设计标高。该法是在沉井井壁内预设一定数量的管路，管路上预留小孔，之后向管内压入一定压力的压缩空气，通过小孔内向沉井井壁外喷射,形成一层空气帷幕，从而降低井壁与土层之间的摩阻力。
