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1、一、理论知识 沉井的应用己有很长的历史,它是由古老的掘井作业 发展而成的一种施工方法,用沉井法修筑的基础叫做沉井 基础,参见图示。 图 沉井基础示意 a) 沉井下沉; b) 沉井基础 沉井的概念: 是井筒状的结构物。它是以井内挖土,依靠自身重力 克服井壁摩阻力后下沉到设计标高,然后经过混凝土封底 并填塞井孔,使其成为桥梁墩台或其它结构物的基础。 沉井的优点: 埋置深度可以很大,整体性强、稳定性好,有较大的 承载面积,能承受较大的垂直荷载和水平荷载; 沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡土围堰结构物 ,施工工艺并不复杂。 沉井施工时对邻近建筑物尤其是软土中地下建筑物的 基础影响小。 沉井的缺点:
2、施工期较长; 对粉细砂类土在井内抽水易发生流砂现象, 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,均会给施工带来一定困难 。 沉井 5-1 概述 第五章 沉井基础及地下连续墙 沉井的分类 按沉井的施工方法分类 一般沉井 浮运沉井 按沉井的建筑材料分类 混凝土沉井 钢筋混凝土沉井 竹筋混凝土沉井 按沉井形状分类 圆形 圆端形 矩形 沉井的平面形状 沉井的立面形状 柱形 阶梯形 锥形 图5-3 沉井的平面形状 a) 单孔沉井;b) 双孔沉井;c) 多孔沉井 沉井剖面图 a)直壁柱型; b)外壁单阶型; c)外壁多阶型; d) 内壁多阶型 沉井的一般构造 一般沉井构造上
3、主要由 井壁、刃脚、隔墙、井孔 、凹槽、射水管、封底和 盖板等组成。 沉井构造图 沉井基础施工一般可分为旱地施工、水中筑岛施工及浮 运沉井施工三种。 1.旱地施工 桥梁墩台位于旱地时,沉井可就地制造、挖土 下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板。 a)制作第一节沉井; b)抽垫木、挖土下沉; c)沉井接高下沉; d)封底 图14-1 沉井施工顺序示意 (1)清整场地 如天然地面土质较好,只需将地面杂物 清掉整平地面,就可在其上制造沉井,如为 了减小沉井的下沉深度也可在基础位置处挖 一浅坑,在坑底制造沉井下沉,坑底应高出 地下水位0.51.0m 。如土质松软,应整平 夯实或换土夯实。在一般情况下,应在
4、整平 场地上铺上不小于0.5m厚的砂或砂砾层。 制造沉井前,应先在刃脚处对称铺满垫 木(图14-2),以支承第一节沉井的重量 ,并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。然后 在刃脚位置处放上刃脚角钢,竖立内模( 图14-2b),绑扎钢筋,再立外模浇筑第一 节沉井。 (2)制作第一节沉井 图 14-2 垫木布置实例 图14-2b 沉井刃脚立模 1-内模;2-外模;3-立柱; 4-角钢; 5-垫木;6-砂垫层 3.拆模及抽垫 当沉井混凝土强度达设计强度70时可拆除模板 ,达设计强度后方可抽撤垫木。抽撤垫木应分区、依 次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为:先内壁 下,再短边,再长边,最后定位垫木。长边下垫木
5、隔 一根抽一根,以固定垫木为中心,由远而近对称地抽 ,最后抽除固定垫木,并随抽随用砂土回填捣实,以 免沉井开裂、移动或偏斜。 原则:分区、依次、对称、同步。 4.除土下沉 沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。 排水下沉:当沉井穿过的土层较稳定,不会因排水而 产生大量流砂时,可采用排水下沉。它适用于土层渗水量 不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况;人工挖土可使 沉井均匀下沉和清除井下障碍物,但应保证施工安全。排 水下沉时,有时也用机械除土。 不排水下沉:一般都采用机械除土,挖土工具可以是 抓土斗或水力吸泥机,如土质较硬,水力吸泥机需配以水 枪射水将土冲松。由于吸泥机是将水和土一起吸出井外,
6、故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水位12m, 以免发生涌土或流砂现象。 5.接高沉井 第一节沉井顶面下沉至距地面还剩1m2m时,应停止 挖土,接筑第二节沉井。接筑前应使第一节沉井位置正直, 凿毛顶面,然后立模浇筑混凝土。待混凝土强度达设计要求 后,再拆模继续挖土下沉。 6.设置井顶防水围堰 如沉井顶面低于地面或水面,应在沉井上接筑围堰, 围堰的平面尺寸略小于沉井,其下端与井顶上预埋锚杆相 连。围堰是临时性的,待墩台身出水后可拆除。 7.基底检验和处理 基底检验: 检验内容是地基土质是否和设计相符,是否平整, 并对地基进行必要的处理。 基底处理: 砂性土或粘性土地基,一般可在井底铺一层砾石
7、或 碎石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基,应凿除 风化岩层,若岩层倾斜,还应凿成阶梯形。要确保井底 地基尽量平整,浮土、软土清除干净,以保证封底混凝 土、沉井与地基结合紧密。 8.封底 地基经检验及处理合乎要求后,应立即进行封底。如封 底是在不排水情况下进行,则可用导管法灌注水下混凝土(见 钻孔灌注桩施工),若灌注面积大,可用多根导管,以先周围 后中间,先低后高的次序进行灌注。 待混凝土达设计强度后,再抽干井孔中的水,填筑井内圬土 。如井孔中不填料或仅填以砾石,则井顶面应浇筑钢筋混凝 土顶盖,以支承墩台,然后砌筑墩身,墩身出土(或水面)后 可拆除临时性的井顶围堰。 9.井孔充填及顶板浇
8、筑 2.水中筑岛 当水深小于3m,流速1.5m/s时,可采用砂或砾石在水中 筑岛(图14-4 a),周围用草袋围护;若水深或流速加大,可 采用围堤防护筑岛图14-4b);当水深较大(通常15m) 或流速较大时,宜采用钢板桩围堰筑岛(图14-4c)。 图 14-4 水中筑岛下沉沉井 a) 无围堰防护土岛; b) 有围堰防护土岛; c) 围堰筑岛 水深较大,如超过10m时,筑岛法很不经济,且施工也困 难,可改用浮运法施工。沉井在岸边做成,利用在岸边铺成 的滑道滑入水中,然后用绳索引到设计墩位。 3.浮运沉井 图 14-5 浮运沉井下水示意 (1)用泥浆套下沉沉井 泥浆润滑套是借助泥浆泵和输送管道将
9、特制的泥浆压入 沉井外壁与土层之间,在沉井外围形成有一定厚度的泥浆层 。主要利用泥浆的润滑减阻,降低沉井下沉中的摩擦阻力。 图 14-6 射口挡板与压浆管构造 a) 射口挡板; b) 外管法压浆管构造 4.沉井下沉的辅助措施 (2)用空气幕壁下沉沉井 它是通过对沿井壁内周围预埋的气管中喷射高压气流, 气流沿喷气孔射出,再沿沉井外壁上升,形成一圈压气层(又 称空气幕),使井壁周围土松动,减少井壁摩阻力,促使沉井 顺利下沉。 与泥浆润滑套相比的优点: 壁后压气沉井法在停气后即可恢复土对井壁的摩阻力, 下沉量易于控制,且所需施工设备简单,可以水下施工,经 济效果好。 在一般条件下较泥浆润滑套更为方便
10、,它适用于细、粉 砂类土和粘性土中。但设计方法和施工措施尚待积累更多的 资料。 5.沉井下沉过程中遇到的问题及处理 (1)偏斜 偏斜原因 : 土岛表面松软,河底土质软硬不匀; 井壁与刃脚中线不重合 ; 抽垫方法欠妥,回填不及时 ; 除土不均匀对称 ; 刃脚遇障碍物顶住而未及时发现; 排土堆放不合理,或单侧受水流冲击淘空等导致沉井承受不 对称外力作用 。 发生倾斜的纠正方法: 在沉井高的一侧集中挖土,在低的一侧回填砂石; 在沉井高的一侧加重物或用高压射水冲松土层; 在沉井顶面施加水平力扶正。 (2)难沉 原因: 开挖面深度不够,正面阻力大; 偏斜,或刃脚下遇到障碍物、坚硬岩层和土层; 井壁摩阻力
11、大于沉井自重; 井壁无减阻措施或泥浆套、空气幕等减阻构件遭到破坏。 解决下沉困难的措施主要是增加压重和减少井壁摩阻力 , 增加压重的方法 : 提前接筑下节沉井; 在井顶加压砂袋、钢轨等重物; 不排水下沉时,可井内抽水。 减小井壁摩阻力的方法: 井壁内埋设高压射水管组,射水辅助下沉; 利用泥浆套或空气幕辅助下沉; 增大开挖范围和深度; 必要时还可采用0.10.2kg炸药起爆助沉。 (3)突沉 原因: 井壁摩阻力较小,当刃脚下土被挖除时,沉井支承削弱; 排水过多; 挖土太深; 出现塑流。 防止突沉的措施: 控制均匀挖土,减小刃脚处挖土深度; 在设计时可采用增大刃脚踏面宽度或增设底梁的措施提高刃 脚阻力。 (4)流砂 原因: 土中动水压力的水头梯度大于临界值。 防止流砂的措施 : 排水下沉时发生流砂,可采取向井内灌水; 不排水除土下沉时,减小水头梯度; 采用井点,或深井和深井泵降水。 二、任务实施(另布置)