沉井怎么施工?

夏日润雨 2025-01-27 04:54:53

(1)施工前的准备工作

沉井的施工程序和方法要根据沉井的形状、尺寸大小、现场情况、施工设备及地质条件和施工单位经验等条件来确定。

井所通过的地层,应事先委托勘察单位进行详细的钻探,根据钻探结果,査明地质构造、土质层次、深度、特性和水文地质情况,以利于制定沉井的下沉方案。

孔数,孔位及深度,应能完全探明地层情况。每个沉井或墩位(桥梁基础)至少应有两个以上钻孔。孔位应在拟筑墩台基础范围以外的3~4m处。对于大跨径和重要的桥梁基础,每个墩台的钻孔数不得少于4个,如沉井下沉至岩层,至少应在沉井四角及中间各钻一孔。如岩层面倾斜很大时,应事先制作符合岩层面倾斜情况的高低刃脚的沉井。钻孔深度应在沉井预定下沉深度以下15~25m。

水文气象资料对于桥梁墩台基础的施工或在岸边、江心修建泵房时都是非常重要的,特别是对于浮运式沉井的基础施工尤为重要。因此,施工前必须对下列资料进行核对和补充。

气象水文情况如雨量的大小、风力强度、(潮)水位涨落变化、洪峰历时、河道变化、洪水季节、流量流速、漂流物的情况等。

河道上游的自然面貌如气象、植被、地貌以及桥位施工区段的河道地形及上游有无水库、人工调节设施等。

河道情况如航道级别、通航情况、航道疏通情况,码头、上游伐木场、贮木场及竹、木材放流情况等。

根据设计图纸,测量人员在施工前,首先将沉井的中心及轴线位置和基坑轮廓尺寸等放样到地面上,作为沉井施工清理范围的依据。

通过测量放样,在沉井位置上进行地基清理、平整并夯实场地。对软硬不均的地表应予以换土或加固,避免产生不均匀沉降。特别对土质松软或地下水位较高的地段,沉井易失去稳定平衡,难以控制。为此,宜采用轻型并点降水或注浆加固地基,以及将刃脚面适当加 宽等措施。以免浇筑好的沉井产生较大的倾斜或突沉,造成重大质量事故。

沉井制作时所需的机具、设备、材料及混凝土等均需通过运输道路运至现场。应根据工程的大小、设备情况及现有的运输条件,运输道路可以为手推车、板车、汽车运输便道,也可用作轻便轨道。岸滩和陆地上的运输便道,可就地挖填铺筑。如在水中修筑沉井,可视水深及流速情况,用土、草袋装土堆填或修筑栈桥,或搭浮桥;或用船只水上运输,不论陆上或水中修筑沉井,其运输路线的布置均应和混凝土拌和物、起吊设备密切衔接配合。

当采用空气吸泥机除土时,应设立压缩空气站及风管路;若采用水力吸泥及高压射水冲土,需设立高压水泵站及水管路;当冬季施工,混凝土采用蒸气养护时,还需设置锅炉房及蒸气管路。对于同时有几个施工现场,宜选择一适当位置,设立空气压缩机站、髙压水泵站,蒸气供应站,经由各管路输送至各个施工现场。

根据沉井使用混凝土数量及各施工现场供应情况,供水、供电线路可埋设地下和架空电线,可选择一适当位置,设立混凝土 拌和场,通过运输路线分送至各施工点。

根据沉井的大小和下沉深度,可选择适当的起重运输设备便于沉井施工中使用。在大城市中修筑雨污水泵站下部沉井构筑物时,除采用上述水力机械冲土或空气吸泥机外,一般还采用机械挖土,人工配合的方法。

(2)基坑开挖及砂垫层厚度的确定

陆地沉井施工前,根据设计图纸提供的坐标。放出沉井纵横两个方向的中心轴线和沉井的轮廓线,以及水准标高等,作为沉井施工的依据。由于场地已经清理好,即可进行基坑开挖。

基坑开挖的深度,视水文地质条件和施工机械设备以及第一节沉井要求的浇注高度而定。在一般情况下,基坑开挖深度即等于要铺筑的砂垫层厚度。有时为减少沉井下沉深度,还可加深基坑的开挖深度,但若挖出表土硬壳层后,坑底土质为软弱淤泥层时,则不宜挖除表面硬土。所以基坑合理的开挖深度,应通过综合比较决定。同时还应注意基坑开挖深度除了满足最大允许边坡坡度外,还必须确保坑底高出施工期间可能出现的最髙地下水位0.5m以上。必要时也可应用井点降低地下水位后来加深基坑的开挖。

基坑底部的平面尺寸,一般比沉井设计的平面尺寸要大些,即在沉井四周各加宽一根承垫木长度以上。一方面考虑保证承垫木能向外抽出。同时,也是考虑了沉井施工时外周围支模、施工作业的需要。

由于基坑面积大,如坑底为渗透系数较大的砂质含水土层时,基坑四周可采用土井作为集水井,其数目应根据土质情况和沉井面积的大小而定,一般不少于四只。

基坑内排水,又称为表面排水,它是利用设置在基坑内的明沟、集水井和抽水设备把地下水从集水井中不断地抽走,保持基坑的干燥,以便沉井在干地上制作砂垫层、混凝土垫层及支模浇筑混凝土。沉井制作时,为何要在地面上开挖基坑呢?主要的原因是挖土方便,又能减少沉井下沉的深度,能降低成本,且管理方便,对沉井制作和下沉均为有利,所以在广泛采用。

当基坑挖到接近地下水位时,沿坑底四周挖明沟,并在坑内明沟上的适当部位或边角处设置多个集水井。渗入坑内的地下水,也包括雨水和地而水,经明沟汇集于集水井内,用水泵抽出坑外,排入附近下水道内或河道中。然后继续开挖基坑,直至达到施工组织设计的深度。

明沟和集水井应设置在沉井基础轮廓线以外,并距垫层基础边应有一定的距离,明沟边缘应离坡脚不小于0.3m,沟的断面尺寸和纵向坡度主要取决于排水井的多 ,其底宽一般不小于0.3m,纵坡为0.001~0.005。明沟可以用砖砌。当排水时间较长(要等沉井第一节混凝土浇筑完毕)而土质又较差时,为防止基坑土坡塌陷,影响排水,坡面可用C20细石混凝土护面或用其他材料护面均可。但要保证边坡在沉井浇筑过程中的稳定。

基坑渗水置可用抽水试验或参考现有经验公式计算,公式计算虽很简单,但不如抽水试验可靠,在计算中的主要数据为土的渗透系数,它是计算渗水量准确性的关键。

如分节制作的大型沉井,地下水水位又较高,为减少沉井下沉深度,基坑较深,采取土井加明沟降水不能达到目的。此时,可采用轻型井点来降低地下水位。轻型井点的井管距离井壁的距离一般为2.0~2.5m,便于基坑内施工,这只能解决沉井在制作时的降水问题。当沉井下沉时,如果采用排水下沉,还要根据沉井人土深度(设计刃脚底面标高)和周围环境再决定用何种方法来降低地下水位,这要在施工组织设计中,制定出详细的降水方案来,以便沉井能安全顺利地下沉到位,同时要保证沉井干封底。

制作沉井前,还需检査以前地质钻探时留下的钻孔是否已用粘土或其他材料填塞,如未堵塞应及时用粘土堵塞密实,以防沉井下沉至粘土层时,地下水由钻孔穿出,使井点降水失去效果,而影响沉井的下沉。

沉井基坑开挖到标高后,需铺砂垫层。通常第一节制作的沉井重量较大,而刃脚支承面积又小,当表面土层地基承载力不够时,常沿井壁周边刃脚下铺设承垫木(俗称道木)以加大支承面积。当采用承垫木施工时,为便于整平、支模及下沉后抽除承垫木的需要,故在承垫木下铺设一层砂垫层。将沉井重量扩散到更大的面积上,使表面土层的强度足以支持第一节沉井的重量。保证沉井第一节混凝土在浇筑过程中的稳定性,并使沉井的下沉量减少到允许范围之内。

当沉井采用无承垫木施工时,此时沉井第一节高度通常为5~6m,当荷载小于地基土的允 许承载力时,砂垫层厚度可以减薄,作为找平层使用。

砂垫层厚度主要是解决土质较差与第一节沉井混凝土重量较大之间的矛盾,防止第一节混凝土浇筑后产生过最的沉降,影响混凝土质量。砂垫层的厚度应根据沉并的重量和地基土的性质确定。

砂垫层应采用级配良好的中、粗砂。在缺少砂源的地区,如用石屑、煤渣或其他工业废料代替砂子时,须经试验合格,在不妨碍施工条件下,也可作为垫层材料,但应特别注意压实。如因砂料供应不足,必须采用几种不同砂料作垫层时,应分层使用,但不得用不同砂料分段使用。

当沉井开始下沉就采用水力吸泥机挖土时,砂垫层材料不应采用砾石砂和煤渣等大粒径的材料作垫层,以免影响水力机械的工作效率。

在沉井基坑开挖后,应及时按前述方法做好基坑内和基坑外周围地面的排水工作,并应防止暴雨冲刷基坑边坡和淹没基坑。一般在基坑开挖修坡后,在坡面上铺筑一层水泥砂浆或细石混凝土,来保护基坑边坡不受雨水冲刷的损坏。砂垫层基槽挖好后,随即可进行砂垫层的铺填工作。冋时,集水井和排水明沟均要做好,集水井的深度应低于砂垫层底部50cm以上,以防坑(槽)底的土层被水浸泡而降低其承载力。

在软土地区砂垫层厚度一般不小于60cm,如采沉井自重较大,通过计算有时也达到1.5m以上。所以,铺筑砂垫层时,应分层铺筑,分层压实,每层铺筑厚度一般不得超过25cm,为了控制砂层的最佳含水率,用浇水来控制,同时在集水坑内及时不断排除积水。

砂垫层的压实,应视不同条件,可选用振捣法(平板式或插人式振捣器)、水撼法(灌水后用钢叉摇撼捣实,这在南方沿海不大采用)、夯实法、碾压法(压路机或推土机,适用于满堂摊铺的砂垫层)等。

可用环刀法取样做试验,来测定其干容重。以不小于通过实验室所确定的该砂在中密状态时的干容重数值为合格。

还可用贯人测定法来测定,如用贯人仪、钢叉或钢筋等工具,以贯人度的大小来测定砂垫层的质量。检查时,以不大于通过试验所确定的贯人度数值为合格。

(3)有承垫木和无承垫木的施工

以前浇筑沉井,必须在砂垫层上沿着沉井刃脚下均匀地铺设承垫木。在目前情况下,一般的中、小沉井,完全可以不用承垫木,但为了架立模板等的方便,可在刃脚踏面及隔墙、底梁下面和砂垫层的上面之间浇一层素混凝土板,使刃脚踏面及隔墙、底梁直接支承在素混凝土板上。但是,当沉井井壁很厚,自重很大,而且地基土壤的质量很差,或者是施工场地内地基土壤分布很不均匀时,才需要适当考虑铺设承垫木,用以减少沉井对砂垫层表面的压力,使沉井混凝土浇注后在未达到一定强度时,不考虑会产生不均匀沉降而使沉井产生倾斜或结构断裂。

对于承垫木的施工,当沉井制作高度较大时,结构自重也很重。而且土质又较差,或因沉井位置范围内土层分布很不均匀,为了将沉井的自重扩散到砂垫层和地基土壤上,可考虑使用承垫木,以减少沉井对砂垫层和地基土壤单位面积上的压力,同时,还可达到减薄砂垫层厚度的目的。从而使沉井第一节混凝上浇筑后,在混凝土未达到一定强度之前,不致因过大的沉降而使沉井结构破坏。

沉井使用的承垫木,常用铁路上的标准枕木来代替,故称枕木。承垫木的根数由第一次下沉前沉并重量及砂垫层的允许承载力而定,当沉井为分节制作一次下沉时,则在沉并第二节以上各节浇筑混凝土时,因沉井结构自重荷载的加大,在允许沉井产生沉降的条件下,砂垫层的承载力可以提高,但不应超过承垫木的木材强度。

铺设承垫木时,应用水准仪测量水平,使刃脚踏面处在同一水平面上,平面布置要对称均匀,每根承垫木的长度中心应与刃脚踏面中心线相重合,以便把第一节沉井的重量能较均匀地传至砂垫层。承垫木如有高低不平现象时,可将较高的承垫木在砂垫层上来回推动以达到降低其标高,承垫木可以单根或几根编成一组铺设,每组之间至少要留出20~30cm的空隙,便于工具能伸进间隙面中把承垫木抽出来。

隔墙和底梁下的承垫木除刃脚下设置承垫木外,沉井中的隔墙和底梁下一般可以设置承垫木或排架,也可不设承垫木而筑砂堤,并用草袋装砂包作护坡。也有用砖砌承重基础。在抽除刃脚下的承垫木之前,一般应先将隔墙或底梁下的砂堤、草袋或砖墙拆除掏空,以免隔墙或底梁受力过大而产生裂缝,这在沉井下沉时要特别注意。如果因沉井自重较大,而隔墙或底梁的跨度又较大,沉井下沉需让其分担一部分沉井重量时,应通过计算复核。

对于无承垫木的施工,应采用其他垫层措施。由于沉井自重较大,承垫木的枕木的木材强度往往不能满足需要,因此,可以采用无承垫木施工,可在刃脚踏面及框架底梁(包括隔墙)下面现浇一层薄的素混凝土板(称混凝上垫层),使其直接坐在砂垫层上。这样,既 能节约木材,又能加快施工进度,是目前沉井施工中广为使用的一种方法,过去只在中小型沉井中使用,现在一般大型沉井施工也经常采用。

混凝土垫层代替了承垫木,扩大了沉井刃脚的支承面积,减轻对砂垫层和地基土的压力,省去刃脚下的底模,也便于沉井下沉。做法是在砂垫层上或地基上(小型沉井重量不大)铺设—层素混凝土垫层,其厚度为10~25cm,混凝土垫层太薄则容易被刃脚压碎,太厚则敲碎混凝土板时比较费力,对沉并下沉不利。为固定沉并刃脚侧面钢(木)模,可在混凝土垫层内预埋小方木条,长度可根据井壁厚度和两边侧模几何尺寸制定。

无承垫木施工,可以节约大量的木材(承垫木),对较大的沉井来说效果尤为显著。

沉井如使用承垫木,在沉井下沉前,对称抽除承垫木时,还必须留有几组定位垫木最后抽除。此时,沉井的全部重量均支搁在定位垫木上,如不考虑已回填至刃脚踏面以下的砂子的作用(抽除一根枕木后,随即在刃脚踏面下回填砂子扩大其支承面积),故沉井井壁应按刚性支承点来计算。如无承垫木时,则可按弹性地基梁来计算。因此,可以改善沉井井壁的纵向受力情况。

目前工业与民用建筑工程中,使用的沉井平面尺寸不但增大,而且高度也不断增高, 对于大型沉并来说,由于受到承垫木木材强度的限制,一般都是采用分节制作,分节下沉,交叉作业来进行施工的。这样工序比较麻烦,而且施工进度也比较慢。但采用无承垫木施工后,因不受承垫木强度的限制,沉井尽可能地分节制作到全髙后,一次下沉到位(但高度应小丁沉井的宽度或直径)。这样既避免了工序交替的频繁,同时也节约人力和物力。

沉井采用承垫木后,在沉井下沉抽除承垫木时,虽有计划、有组织地按施工顺序迸行, 但抽除枕木后,由于刃脚踏面下回填的黄砂不够密实,随着刃脚的逐渐下沉,所填黄砂就有先填先压实,后填的黄砂就可能压不实。特别对于大型沉井,由于面积大、重量也很大,往往因下沉时受力不均匀而墙体产生裂缝。但采用无承垫木后,由于地基比较均匀密实(施工时先经过处理〉对沉井的受力状况也有所改善。

采用承垫木施工时,如前所述是分节制作、分节下沉,在接高前必须在沉井内回填黄砂(土),保证在沉井接高过程中不致发生突沉和倾斜。如采用无承垫木施工,沉井制作高度的增加,可采用分节制作到顶,一次下沉到位(高度仍应小于沉井宽度和直径),避免了向井内回填黄砂(土)等地基加间工作。

采用无承垫木有下列缺点:

因不受承垫木强度的限制,多采用分节制作,一次下沉方案,由于沉井制作高度较高 (沉井面积小,高度大的沉井),其重心不稳,以及沉井自重较重,下沉系数过大。在开始下沉时,沉井重心尚未进入土中之前,很容易产生下沉过快和下沉过大的情况。这样会容易产生严重的倾斜或沉井轴线位移等的不良后果。因此,在开始下沉时,要均匀对称地敲除沉井刃脚下的混凝土垫层,并采用一些有效的止沉措施,特别要提髙警惕,确保井内人员的安全。

采用无承垫木施工,由于沉井下刃脚踏面较狭,沉井第一节的高度不高,故增加了沉井接高的次数。但计算沉井第一节混凝土的砂垫层和地基土壤的强度时,仍应按其允许承载 力来进行计算。

在沉井制作高度较大或自重较重,而且地基土壤较差或分布不均匀,但又不考虑地基进行加固时,为了使沉井在制作过程中,不产生较大的下沉和不均匀沉降,这时仍然要考虑沉井制作时使用承蛰木施工,用以减少沉井对地基土的表面压力,从而保证沉井在制作施工中的安全。

无承垫木施工,以往多在中小型沉井制作中采用,对大型沉并来说仍有很多顾虑,但通过一些工程实践,近些年来,无承垫木的施工,已逐渐在大型沉井施工中得到广泛使用,也节约了大量的木材,同时也取得良好的效果。

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