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1、13 米高大沉井下沉施工控制技术 - 水利施工 简介： 大沉井用于水闸下游海漫防冲，保护海漫下游端不被下泄洪 水和潮水冲刷破坏，起到了良好的效果。文中介绍了 13m 高防冲大 沉井的制作、下沉和沉放过程中的施工控制技术。关键字：大沉井 制作 下沉 控制 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
2、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
3、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-mQ
4、3）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，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-2-2.5m。 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。 2.2 下沉方案 2.2.1 沉井
5、群划分 根据本工程的施工特点及现场实际情况，具体施工 按以下原则进行组织： 将共 55 只沉井分为 7 组，每组又分为两 个小组，除 3-2 为 3 只外，其余每小组均为 4 只，分组顺序编号见 下图。每组沉井进行编号，按第 1 组第 2 组第 3 组第 7 组的顺序进行施工，具体从东到西，即从 0-5.8 桩号开始进行第 1 组 编号，实行连续流水作业。第七组（7-1）4 只沉井第三组（3-1 ）4 只沉井第六组（6-1）4 只沉井第二组（2-1 ）4 只沉井第五组（5-1） 4 只沉井第一组（1-1）4 只沉井第四组（4-1 ）4 只沉井第一组（1-2）4 只沉井第五组（5-2）4 只沉井
6、第二组（2-2 ）4 只沉井第六组 （6-2）4 只沉井第三组（3-2）4 只沉井第七组（7-2）4 只沉井第四 组（4-2）3 只沉井 大沉井分组顺序编号图 2.2.2 资源配置 每组沉井群计划设置两个钢筋模板作业班组，一个砼浇筑作业班组， 进行三班制流水作业。在每只沉井具备浇筑条件后即进行砼浇筑， 沉放时，同时沉放一个小组的四只沉井，时间大概为两天，待沉放 稳定后，再同时沉放另一小组的四只沉井。资源均按此进行配置。 2.2.3 沉井下沉方法 本次沉井群采用排水下沉和不排水下沉相结 合的方法。我们考虑先采用排水下沉，最后视具体情况采用排水或 不排水下沉。预计不排水下沉深度 23m。 沉井采用
7、水力冲土， 泥浆泵排土。 同组的每小组四只沉井同时进行下沉。由于沉井 群井间距仅 90cm ，每个沉井下沉时相互间存在一定的影响，为了避 免下沉过程相互干扰， 4 只（最后一小组为 3 只沉井）沉井下沉时 基本同步，相邻间沉井下沉时高差按不超过 1.0m 进行控制。 具 体的施工顺序为：施工准备打设第一级井点挖基坑打设第二 级井点制作第一节沉井拆除模板、挖土下沉部分回填土第 二级井点拆除沉井接高回填土顶板施工旋喷施工工程完 工清场 3 下沉稳定性计算 计算沉井的下沉稳定系数（按制 高 8.5m ，下沉 8.3m，且排水下沉进行计算） 3.1 计算沉井侧面 摩阻力的下沉系数 k1=Q/Rf。 其
8、中 Q 为沉井自重，按 8.5m 高计算，为 7160KN Rf 为井壁总摩阻力，按 Rf=U （H-2.5）fc 计算。 fc 为单位面积的摩阻力，钱塘江边的粉砂土经验值取20kpa 故 Rf=40（8.3-2.5） 20=4640KN，k1=7160/4640=1.541.15 （如按部分不排水，地 下水作用 23m ，沉井的浮力为 1360 KN，此时 k1=（7160-1360） /4640=1.251.15） 3.2 计入侧面摩阻力、刃脚及隔墙下土体的支 承反力时的下沉系数 k2=G/ （Rf+R ） 其中 R 为刃脚及隔墙 下的土体的支承反力。 计算得 k2=7160/（4800+
9、3800+1277） =0.721，说明沉井能够下沉，k2 1，说明沉井在下沉过程中，只要将 隔墙土、刃脚钭面掏空，沉井能开始下沉。所以在此种地质条件下 下沉沉井具有可行性。 4 沉井下沉施工 4.1 施工准备 4.1.1 井点布设 采用井点降低地下水位，井点布设按二级考虑。 轴线定位后立即进行井点布设。采用标准轻型井点，每套配置 4050 根花管，花管长为 6m ，其中 1m 长为滤管。井点按封闭布置。 一个作业段（4 个沉井）配置 5 套井点。 为满足二级井点布设 和挖机行走的需要，一级井点花管中心线及二级井点花管中心线距 沉井中心线距离在有效范围内。同样，二级井点也布置成封闭型， 一组共
10、 5 套。井点管采用水力冲沉，管周围回填中粗砂。 4.1.2 表土清除 为方便沉井制作，减少沉井下沉工作量，第一节沉井 刃脚制作布置在-7.2m 高程。-2.5-7.2 高程之间的土方（其中-2.5-6.5 高程间土方量为：51368m3，-6.5-7.2 高程间土方量为： 770m3， 每组为 3790m3）需要先行挖除。在-2.5-6.2m 范围内土方采用水力 冲挖，将近高程时采用机械配人工进行开挖。 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
11、 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
12、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、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
13、 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 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
14、，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
15、部沉井砼高 3.9m，自重 3.93425=3315KN。 此部份荷载需由土体摩阻力来平衡。此时需要回填土高 3315/（105.620 ）=1.57m。为方便施工，计划将井内外的土方均回 填后进行接高施工。 二级井点待井内土方回填后方予以拆除。 接高沉井高 3.9m ，砼计划一次立模浇筑。其他工作同第一节沉井施 工。此时沉井内为水土混合状态，井内上部接高施工时，采取一定 的安全措施保证安全。 5 下沉施工监测要点 5.1 施工过程的 控制 沉井下沉过程的控制主要包括三个方面： 刃脚高差 控制； 下沉速度控制； 平面位移控制。 其中平面 位移控制是通过刃脚高差控制和下沉速度控制来实现的。 5.
16、1.1 刃脚高差控制 排水下沉时，由于不带水作业，故刃脚高差锅底 的形成和移动都比较直观，根据高差的大小可以有效地改变锅底的 大小、深浅和平面位置，以此来达到对刃脚高差的控制。 5.1.2 沉井下沉速度控制 沉井下沉速度控制也是一个重要方面，一般 来讲对沉井下沉速度没有严格的限制，需根据施工经验和沉井下沉 的具体情况而定，本工程施工中主要按以下原则进行： 在沉 井刃脚高差不大时(在水平间距的 0.5% 以内)，沉井的下沉速度越快 越好； 沉井下沉速度均匀为宜； 沉井在粉砂土等易 引起涌砂的土层中下沉时，应加快下沉速度。 5.1.3 沉井平面位 移控制 对沉井平面位移的控制主要是通过控制沉井刃脚高差来 实现，如果沉井刃脚高差不大，则沉井平面位移较易得到控制，它 们之间的关系并无定
