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1、55 米沉井下沉施工方案编辑单位:江苏锦峰水下技术工程有限公司 编辑人联系:I39 2I8 I4666沉井基础上下敞口带刃脚的空心井筒状结构下沉水中到设计标高处,以井筒作为结构外壳而建筑成的基础。以沉井作为基础结构,将上部荷载传至地基的一种深基础。沉井是一个无底无盖的井筒,一般由刃脚、井壁、隔墙等部分组成。在沉井内挖土使其下沉,达到设计标高后,进行混凝土封底、填心、修建顶盖,构成沉井基础。埋深较大,整体性好,稳定性好,具有较大的承载面积,能承受较大的垂直和水平荷载。此外,沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡水围堰结构物,其施工工艺简便,技术稳妥可靠,无需特殊专业设备,并可做成补偿性基础,避免过大
2、沉降,在深基础或地下结构中应用较为广泛,如桥梁墩台基础、地下泵房、水池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等。但沉静基础施工工期较长,对粉砂、细砂类土在井内抽水时易发生流砂现象,造成沉井倾斜;沉井下沉过程中遇到的大孤石、树干或井底岩层表面倾斜过大,也将给施工带来一定的困难。沉井按其截面轮廓分,有圆形、矩形和圆端形等三类。圆形沉井水流阻力小,在同等面积下,同其他类型相比,周长最小、摩阻力相应减小,便于下沉;井壁只受轴向压力,且无绕轴线偏移问题。矩形沉井和等面积的圆形沉井相比,其惯性矩及核心半径均较大,对基底受力有利;在侧压力作用下,沉井外壁受较大的挠曲应力。圆端形沉井对支撑建
3、筑物的适应性较好,也可充分利用基础的圬工,井壁受力也较矩形有所改善,但施工较复杂。沉井一般常用于桥梁墩(台)深基础,可以承载较大的负荷。沉井用于水闸工程的下游防冲已在较多水闸中取得成功经验。在海漫和防冲槽之间设置钢筋砼防冲大沉井,起“锁墙”作用,保护海漫下游端不被下泄洪水和潮水冲刷破坏。1、工程概况 1.1 工程特点 曹娥江大闸枢纽工程位于绍兴市,钱塘江下游右岸主要支流曹娥江河口,距绍兴市区约 30 公里,为等工程,主要建筑物挡潮泄洪闸、堵坝、岸墙、翼墙为级建筑物;次要建筑物上游导流堤等为 3 级建筑物;临时建筑物施工围堰等为 4 级建筑物。大闸枢纽主要由挡潮泄洪闸、堵坝、导流堤、鱼道、上游河
4、道护脚、上下游堤防加高加固以及 2 号闸老围堰处理等建筑物组成。在灌砌石海漫下游端设防冲大沉井, 防冲大沉井总长 685m,共计 55 只。由于沉井下沉过程中不可避免有倾斜现象,根据相关工程经验,在相邻井间预留 0.9m 的宽缝,在预留缝的上下游两端采用高压旋喷桩进行缝堵,高压旋喷桩深 15m,桩径不小于 1.5m。单个防冲大沉井,顺水流向长 8m,垂直水流向长 12m,深 13m,外壁厚 0.7m,中间设分隔墙厚0.4m,顶板厚 0.8m,下端开口,中间为空箱,刃脚底面宽度 0.3m。沉井沉放完毕后,在空箱内回填砂质粉土。设计沉井底标高为-15.5m ,顶标高为-2.5m 。 1.2 工程地
5、质 沉井场址在勘探深度内土层出露较简单,分布较均匀。自上而下分述如下: 砂质粉土(al-mQ4)组成,顶板标高-17.2-1.31 米; 淤泥质粘土粉土夹层(al-mQ4) ,顶板标高-19.2-12.31 米; 淤泥质粉质粘土夹粉土(al-mQ4) ,顶板标高-24.4-21.4 米; 粉质砂土、粉土互层(al-mQ4) ,顶板标高-44.9-33.1 米; 粉砂(al-mQ3)等组成,顶板标高-60.8-50.22 米。 地基土砂性强,抗剪抗压性能良好,陶晓斌 砂性土抗冲能力差,易受水的影响。施工区域内建设单位已建有施工围堰,堰高平均高程约为 10m,围堰区内场地比较平坦,场地标高为-2-
6、2.5m。 2、沉井下沉方案的确定 2.1 沉井制作 沉井制作采用就地浇筑的方式,每只沉井分二节制作,一次下沉。第一节制作高度 8.5m,分三次浇筑砼,即 1.0m、3.7m、3.8m。为方便施工第一次沉井制作时的地面标高(刃脚位置)为-7.0m。第一节制作的沉井下沉到 -15.5m ,然后再进行上部的接高,进行第二节 3.9m 的制作。 1. 接高沉井时必须停止除土作业,在沉井偏斜情况下严禁接高沉井。 2. 高处作业必须支搭作业平台,作业平台的脚手板必须铺满、铺稳;上下作业平台必须设安全梯、斜道等攀登设施;作业平台临边必须设防护栏杆;使用前应经检查、验收,确认合格并形成文件,使用中应随时检查
7、,确认安全。 3. 拆除支垫应符合下列要求:混凝土强度应满足设计规定的抽垫要求;抽出垫木后应用砂性土回填、捣实;抽垫时应采取防止沉井偏斜的措施;抽垫时应由作业组长指挥,分区域,按规定顺序进行; 定位支垫处的垫木应按设计规定程序最后抽出,且不得遗留。 4. 沉井侧模应在混凝土强度达到 25时方可拆除,刃脚模板应在混凝土强度达到 75时方可拆除;沉井分节预制时,分节预制高度应依其下沉过程中的稳定性和摩阻状况,由设计或施工设计确定。底节沉井的最小高度应满足拆除垫木后的竖向挠曲强度要求。 5. 沉井制作场地应符合下列要求: (1) 岛标高应高出施工期间可能出现的最高水位 70cm 以上。 (2) 筑岛
8、应能承受水流对岛体的冲刷,确保岛体稳定。 (3) 筑岛的平面尺寸应满足沉井制作和抽垫等施工要求,沉井周围应有 2m以上的护道。 (4) 筑岛材料应为透水性好、易于压实和开挖的无大块颗粒的砂土或碎石土等。 (5) 在浅水区域或可能淹没的旱地、浅滩应筑岛制作沉井。 6. 制作沉井时应同步完成直爬梯或梯道预埋件的安设;直爬梯和梯道应符合下列要求: (1) 梯道宽度不宜小于 70cm;坡度不宜陡于 50;梯道宜使用钢材焊制,钢材不得腐蚀、断裂、变形; 每步高度不宜大于 25cm,严禁用钢筋做踏板;梯道临边侧必须设防护栏杆。 (2) 采用斜道 (马道)时,脚手架必须置于坚固的地基上,斜道宽度不得小于1m
9、,纵坡不得陡于 13,支搭必须牢固。 (3) 采用固定式直爬梯时,爬梯应用金属材料制成;梯宽且为 50cm,埋设与焊接必须牢固。梯子顶端应设 1.0m1.5m 高的扶手;攀登高度超过 7m 以上部分宜加设护笼;超过 13m 时,必须设梯间平台。 (4) 人员上下梯子时,必须面向梯子,双手扶梯;梯子上有人时,他人不宜上梯。 (5) 采购的安全梯应符合现行国家标准;现场自制安全梯应符合下列要求: 1) 攀登高度不宜超过 8m;梯子踏板间距宜为 30cm,不得缺档;梯子净宽宜为 40cm 50cm;梯子工作角度宜为 755。 2) 梯子需接长使用时,必须有可靠的连接措施,且接头不得超过一处。连接后的
10、梯梁强度、刚度,不得低于单梯梯梁的强度、刚度。 3) 梯脚应置于坚实基面上,放置牢固,不得垫高使用;梯子上端应有固定措施。 4) 梯子结构必须坚固,梯梁与踏板的连接必须牢固;梯子结构应根据材料性能进行受力验算,经计算确定。 (6) 基坑施工现场可根据环境状况修筑人行土坡道供施工人员使用,人行土坡道应符合下列要求: 1) 施工中应采取防扬尘措施,并经常维护,保持完好。 2) 两侧应设边坡,沟槽( 基坑)侧无条件设边坡时,应根据现场情况设防护栏杆。 3) 坡道土体应稳定、坚实,宜设阶梯,表层宜硬化处理,无障碍物。 4) 宽度不宜小于 1m,纵坡不宜陡于 13。 7. 临边作业必须设防护栏杆,并应符
11、合下列要求: (1) 木质栏杆上杆梢径不得小于 7cm,下杆梢径不得小于 6cm,栏杆柱梢径不得小于 7.5 cm,并以不小于 12 号的镀锌钢丝绑扎牢固,绑丝头应顺平向下;钢筋横杆上直径不得小于 16mm,下杆直径不得小于 14mm,栏杆柱直径不得小于 18mm,采用焊接或镀锌钢丝绑扎牢固,绑丝头应顺平向下;钢管横杆、栏杆柱均应采用直径 48mm(2.753.5)mm 的管材,以扣件固定或焊接牢固。 (2) 防护栏杆应由上、下两道栏杆和栏杆柱组成,上杆离地高度应为1.2m,下杆离地高度应为 50cm60cm。栏杆柱间距应经计算确定,且不得大于 2m。 (3) 栏杆柱在基坑四周固定时,可采用钢
12、管并锤击沉入地下不小于 50cm 深。钢管离基坑边沿的距离,不得小于 50cm;栏杆柱在混凝土结构上固定,采用钢质材料时可用预埋件与钢管或钢筋焊牢;采用木栏杆时可在预埋件上焊接 30cm长的 505 角钢,其上、下各设一孔,以直径 10mm 螺栓与木杆件拴牢;栏杆柱在砌体上固定时,可预先砌入规格相适应的设预埋件的预制块,并固定。 (4) 防护栏杆的底部必须设置牢固的、高度不低于 18cm 的挡脚板;挡脚板下的空隙不得大于 1cm;挡脚板上有孔眼时,孔径不得大于 2.5cm。 (5) 栏杆的整体构造和栏杆柱的固定,应使防护栏杆在任何处能承受任何方向的 1000N 外力。 (6) 高处临街的防护栏
13、杆应加挂安全网,或采取其他全封闭措施。 首先,根据土方堆放场地,对沉井部分的表土进行清除,清除的表土直接打至土方堆放处进行场地平整。场地平整完成后,将第一、二组土方冲排入钱塘江中,以后各组的土方或回填或进行堆放。 在井点正式作用二天后开始土方冲挖,每一作业段计划安排 3 天时间进行冲挖,根据泥浆泵的工作效率,一个作业段配 10 套冲挖设备,其中 8 套工作,2 套备用。 土方冲挖后,井点已工作 5 天,开挖后的基坑能满足上部作业的需要。 4.2 沉井下沉 沉井砼浇筑时,在沉井内离井底约 4m 左右的位置四周设置若干小牛腿,以便设置下沿工作平台,同时在该位置内隔墙上设置进人孔,使沉井内各格间形成
14、通道,便于操作人员相互沟通。在井壁内侧设置插筋,以便搭设爬梯,形成垂直通道。 本工程沉井高度较高,为保证平稳下沉,第一次制作待砼强度达到设计要求后即进行沉井的下沉,下沉时一次沉放到位。下沉考虑每小组四只同时沉放,完成一小组再沉放另一小组,两作业组同时作业,但存在时间差,主要采用排水法施工。 沉井下沉施工工艺图 4.2.1 排水下沉 首先将沉井四周与下沉无关的机具、设备(包括钢管、钢模板)均搬离施工现场,清除杂物; 在沉井四角设立指针,并埋设高程点和水平位移标志,架设测量仪器进行首次测量; 检查维护降水井点并确保其运转正常; 搭设井内作业平台及上下作业爬梯;并在沉井面上搭设操作平台、栏杆。泥浆泵
15、、水枪配备到位(每格内配泥浆泵一台、水枪一支) ; 井内取土的原则是:从中间往周围,尽量使土体成漏斗状,让刃脚周围的土体自然下挤。控制各隔仓内土体高差不大于 0.5m。正常情况下,距刃脚 50cm 范围内严禁取土,除非因沉井刃脚土体问题出现沉井不沉或沉井纠偏的需要。 由于每次将四只沉井同时下沉,原则上同时同步取土。特殊时按先 1#、3#后2#、4#沉井,沉井之间的高差不大于 1m。 准备二台 4 吋水泵,以备非常情况下(井内出现大量流砂、沉井突沉等) ,对井内进行灌水。 4.2.2 不排水下沉 在距下沉底标高 23m 时,在正常情况下仍可采用排水下沉,如需采用不排水下沉,具体如下: 利用距井底
16、 4m 的小牛腿搭设工作平台,泥浆泵用葫芦挂在工作平台作业面,在泥浆泵吸泥口下方设置一根长约 2m 的硬管,增加泥浆泵的吸程,水枪枪口采用 2m 钢管或毛竹杆接长直接进行冲沉,工作人员直接在工作平台上作业,其他机械设备及工序同排水下沉。 4.3 设备及人员配置 在每一沉井的四个分隔仓内,每仓配备水枪 1 支,泥浆泵 1 台。泥浆泵采用葫芦悬挂便于移动取土,由于取土较深,泥浆泵需要进行接送。故每一沉井内配水枪 4 支,泥浆泵 8 台。每支水枪配 1 人,每只井配 4 人进行泥浆泵管理,每组另配 4 人管理泥浆泵、4 人管理高压泵。共计 72 人,泥浆泵 64 台,高压清水泵 16 台。 4.4 沉井的接高 沉井制作:经过下沉后的沉井此时处于暂时稳定状态,如上部接高,相当于对沉井进行加载,沉井将有可能自然下沉。为保证安全对沉井外围及井内进行土方回填。 上部沉井砼高 3.9m,自重 3.93425=3315KN。此部份荷载需由土体摩阻