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1、沉井与沉管的施工第一节 沉井法施工 一、要求 1、沉井的定义、施工工艺、分类 、构造 2、沉井的施工工艺分类、下沉方法 3、沉井下沉中的三类问题处理,一、沉井的类型和构造1、定义：沉井是一个上无盖下无底的井筒状构筑物，属于深基础的一种型式。挖基坑铺垫层沉井井筒取土沉井下沉浇注底板、内部结构和顶盖。称为沉井法施工。,挖基坑,铺垫层,沉井制作,挖土下沉,封底,取垫木,2、用途、1）桥梁墩台、重型厂房和各种工业构筑物的基础；工作井(拼装井)和接收井、通风井和排水泵房井等，但更多的是作为市政工程的排水泵房、自来水厂的取水口等。2）地下工厂、车间、地下车库、地下娱乐场所等。3）大型浮运沉井可用来建造海上
2、石油开采平台。,3、分类 1）材料：钢沉井、砖砌沉井、钢筋混凝土沉井 2）平面形状：单孔圆沉井、单孔方形沉井、多孔方形沉井、多孔椭圆形沉井、多排多孔沉井等,具有良好的受力性能，故不管直径大小，通常都作为单孔的，单孔圆沉井直径最大可达80m,只有平面尺寸较小时才做成单孔的，边长一般小于20m,边长大于20m的单孔沉井整体刚度不足，必要时可在中间加内隔墙或框架，形成单排孔沉井。,多排孔沉井：在沉井内设置几道纵横交叉的内隔墙，使沉井成为刚度较好的空间结构，每个井孔内可设置底梁或不设底梁。该类沉井挖土和下沉工作可以较均衡地进行，有利于均匀下沉，适用于平面尺寸大而重量大的地下建筑物。,4、沉井的基本构造
3、： 由刃脚、井壁、隔墙、取土孔、底框架、 顶板、底板等组成,1）井壁,沉井的主要组成部分，应有足够的强度、刚度、重量。井壁厚度主要取决于沉井大小、下沉深度以及地层的力学指标。一般为0.4-1.2m 可达1.5-1.8m。,上下等厚的直墙形井壁和阶梯形井壁两种,适用：当土质松软、摩擦力不大、下沉深度不深时可采用直墙形 优点： 1）较好地约束井壁，易于控制垂直下沉 2）接长井筒亦简单，模板能多次重复使用 3）对周围土的扰动影响范围较小，特别适用于建筑物密集的市区中。,适用：土质松软，下沉深度较深 优点：减少沉井的截面尺寸，节省材料,内阶梯形,外阶梯形,适用：土层密实，且下沉深度很大 规定：台阶设在
4、每节沉井接缝处，宽度一般为10- 20cm。最下面一 级阶梯宜设在 (1413)H高度处或1.2-2.2m处。施工时一般在阶梯面所形成的槽孔中灌填黄沙或触变泥浆,2）刃脚,主要功能：引导 沉井下沉，并阻止井外土体 涌入井内。 构造：刃脚底部为踏面，通常宽度1020cm；刃脚内侧为一 倾面，通常倾角为450500,3）内隔墙,并井非专为施工而设置。可以下沉就位以后浇注，也可以在下沉之前做成。下沉之前浇注的隔增减少了井壁跨度，增加了沉井的整体刚度，同时将沉井分隔成几个取土井，便于均衡取土，均匀下沉。,构造：底面一般应比刃脚踏面高出0.5-1.0m，为了防止“突沉”，也可以将内墙底面与刃脚踏面齐平
5、；隔墙厚度由设计计算确定，通常为0.5m左右。,4）封底及顶盖,定义：往开挖井孔内填入相应厚度的素混凝土，以混凝土的自重和强度抵消井孔内土体的隆起，以混凝土与井壁间的密实联接克服地下水的渗入，为浇注钢筋混凝土底板创造条件。,分类：湿封底、干封底。湿封底是水下混凝土封底，干封底是为了减少水压力对封底混凝土的作用，需设置集水井排水减压。为了使封底混凝土和底板、井壁间有更可靠的联结，以传递地基反力，使沉井成为空间受力结构，通常在刃脚上方的井壁上预留一凹槽 ，下边线距刃脚踏面应在2.5m以上。槽高约1.0m，近于封底混凝土的厚度，以保证封底工作顺利进行。凹入深度约为0.15-0.25m。,5）底梁和框
6、架,目的：在不便设置内隔墙时，为了增加沉井下沉过程中的整体刚度；在松软地层中下沉的沉井，底梁及其框架的设置还有防止沉井“突沉”的功能，并便于纠偏。,二、沉井施工工艺 沉井制作阶段和沉井下沉阶段。 分节灌筑、多次下沉：工序交插多、工期长，容易发生井身倾斜和沉降不均匀等现象 分节灌筑、一次下沉：制作总高度不宜超过沉井短边或直径的长度亦不应超过12m,一次灌筑、一次下沉：一般中小型沉井，其井身不高且地基较好时，可采用此法。 原则：根据沉井的规模（形状、尺寸、深度）、环境（水文地质、环境条件）、施工能力（设备及施工 单位的经验和习惯）确定。,1、挖基坑及基础处理,平面尺寸略大于沉井平面的基坑；砂垫层一
7、般选用级配较好的中、粗砂或砂夹卵石，砂垫层密实度的质量标准用砂的干容重控制 ；,抽除垫木应按一定顺序分区、依次、对称、同步地进行，对矩形沉井，先内隔墙，再短边，最后长边；长边的垫木应隔根抽出，然后以四角处的定位垫木为中心由远及近地对称抽除，最后抽定位垫木。,垫木布置图,1) 井壁外侧应做到光滑； 2) 沉井制作高度应保证稳定性、有足够的下沉系数 3) 第一节沉井的灌筑高度为1.5-2.0m，地面以上沉井的高度不超过6-7m，沉井顶面露出地面尚有0.8-2m时，停止下沉，并在强度达70后方可灌筑第二节； 4)沉井的实际尺寸与设计尺寸的偏差，不得超过国家标准地基和基础工程施工及验收规范(GBJ 1
8、202)中的规定数值。,2、沉井制作,3、沉井下沉,下沉系数 ：(1.151.25）式中： 沉井重量 沉井下沉时水的浮托力 刃脚的地基反力 土对井壁的摩阻力,分类： 1)排水挖土下沉：在土质的透水性很低或渗水量不大的稳定土层，排水不会产生流砂。优点：是挖土方法简单，容易控制，下沉较均衡且易纠偏，达设计标高后又能直接检验基底土的平衡，并可采用干封底，以加快工程进度，保证质量，节省材料，所以应优先采用。,水力机械排水下沉,人工挖土 小型机械吊运,抓斗挖土汽车运输,劳动强度大，机械化程度低，工作效率差，且 施工速度慢,机械化程度很高，劳动强度低，施工速度比较快,2)不排水(或灌水)挖土下沉：当沉井穿
9、过有较厚的砂性土或粉砂层，且含水量很大(含水量w3040) 在动水压力作用下产生流砂。,3)中心岛式下沉：为了减少内外应力差值，可采用“中心岛式”开挖方式。先沿井壁内侧挖槽，槽内充满泥浆，随着槽的挖深，沉井在槽内下沉，而中心部位的土体暂不挖除形成“中心岛”；当沉井到设计标高后，将槽内的泥浆置换固化，再在井底部位压密注浆封闭，最后挖除“中心岛”部分的土体。该类开挖方式适用于面积较大的圆形沉井，需用两台设备对称均衡挖土。,中心岛式下沉,挖土一般先挖成“锅底”状，然后再挖靠近刃脚旁的泥土，挖土设备要均匀布置，使上面保持在同一水平上。当沉井下部有梁时，应先将梁下土方超前开挖一部分，以免沉井下沉时土将梁
10、顶坏。沉井下沉时，每次不得超过50cm即须进行清土校正，然后再继续开挖。 沉井下沉完毕后，一般应有3-5cm至5-10cm的下沉预留量。,泥浆的作用：降低井壁与土之间的摩擦阻力,4、沉井基础处理及封底,当沉井沉到设计标高且稳定后(沉降速率20mmd即认为稳定)，先将超挖部分用煤渣填充夯实，再在刃脚四周填以毛石，有时尚须铺设10-30cm厚的砂垫层，然后用素混凝土封底,干封底：能保证混凝土的准确厚度及表面平整，且节省材料，保证质量；同时设备简单，进度快， 省去后续的清理及抽水工作，所以应优先采用。 湿封底：水下混凝土封底，是利用井内灌水的重量克服流砂的涌入，封底混凝土在水下进行灌注， 水下灌注混
11、凝土采用竖管灌注法，使用时应进行水密性及拉拔力的检验。,三、浮式沉井 浮式沉井的底节都是采用空腔薄壁井壁，其优点是重力轻、吊装下水方便。在深水河流中采用浮式沉井可以避免围堰筑岛等困难，且缩短工期、降低造价。现在国内已较多采用。,(一)浮式沉井的结构型式 1、钢丝网水泥薄壁沉井井壁是用刃脚角钢竖向骨架角钢与内外两侧钢筋网焊接成整体骨架后，再在钢筋网上铺设多层钢丝网(一般为46层)，然后涂抹水泥砂浆构成空腔而成。 2、钢筋混凝土薄壁沉井混凝上强度等级不宜低于C25。,3、装配式钢筋混凝土薄壁沉井用预制的钢筋混凝土井壁、支撑梁和拼装用的梯状导杆组成。在拼装船上拼装底层井壁后，浮运至墩位起吊、下沉、就
12、位。 4、 带临时井底沉井在沉井内刃脚特设凹槽处安装临时性的底板(底板结构要便于拆除)，然后浮运至墩位，接高井壁或在沉井内灌水使之下沉至接近河床面。,5、带气筒沉井 在自浮水中时装上钢气筒。,（二)陆上制作浮式沉井下水1、岸边制作滑道下水,滑道工程量大，且施工后的清理工作量也较大。但可利用有利地形，减少其他工作量。,2、岸上制作索道下水,在地形有利于布置架空索道、两岸地形较高时，可架设缆索起重机，以便将岸上制作的浮式沉井，由索道吊运至墩位入水下沉。,3、岸边制作浮船坞下水,（三)水中制作浮式沉井下水1、浮船搭架装置,浮式沉井制作,起吊抽除垫木,沉井接高,沉井下水,四、沉井下沉中的问题处理 1、
13、井壁摩阻力过大或过小 阻力过大：考虑采用增加沉井重量或降低摩阻力的方法解决。 阻力过小：可向井内注水，以增加对沉井的上浮力。,2、流砂的产生和防治 主要是地下水的动水压力的水头梯度达到或超过一临界值 ，为临界水头梯度，其值为(H1-H2)/L。为土的天然重度，为土的浮重度，,防治流砂有两种途径：其一为减少水头梯度，即减少井内的水头差或增加动水流径，即加大H2，加长L，具体作法是改排水下沉为不排水下沉。另外的方法是在沉井外面降水，改变动水压力方向，使土体稳定，如沉井外布置各种井点降水设备。,3、沉井突沉 防止突沉的措施有：适当加大下沉系数；控制挖土，锅底不可挖得太深；合理分格下框架或设置定数量的下框架梁分担部分土反力；采用泥浆润滑套等减少摩阻力的措施，避免冲间 “卡住”。,4、沉井纠偏 原则：调整沉井的轴线垂直度，保证上下节在同一轴线上接高。5、常用助沉措施：1）高压射水2）炮振下沉3）抽水下沉4）压重助沉,
