隨著城市建設(shè)的發(fā)展以及工程施工技術(shù)水平的提高，沉井施工已廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑的深坑、地下室、設(shè)備深基礎(chǔ)、橋墩、碼頭、鑿井等工程；在施工場(chǎng)地復(fù)雜，鄰近有鐵路、房屋、地下構(gòu)筑物等障礙物，加固、拆遷有困難或大開(kāi)口施工會(huì)影響周?chē)徑?構(gòu))筑物安全時(shí)，應(yīng)用沉井施工方法最為合理、經(jīng)濟(jì)。本文就沉井的施工作簡(jiǎn)述。
某工程6座頂管井均采用鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)形式，J3工作井規(guī)格為方形13.6m×9.6m，下沉深度為13.9m；J4臨時(shí)頂管接收井規(guī)格為圓形φ10.6m，下沉深度為15.78m；J5臨時(shí)頂管工作井規(guī)格為圓形φ13.8m，下沉深度為14.69m；J6頂管接收井規(guī)格為方形7m×6.5m，下沉深度為12.92m；J7頂管工作井規(guī)格為圓形φ13.8m，下沉深度約為13.51m，J7’頂管工作井規(guī)格為圓形φ13.8m，下沉深度約為13.51m。采用商品混凝土等級(jí)為：井體、底板為C30、S6；沉井封底采用地下水混凝土C20。每次下沉高度為1～2m。下沉采用不排水法下沉施工，下沉挖土采用履帶吊和抓鏟取土，封底采用水下混凝土封底。沉井封底后，澆筑底板，進(jìn)行頂管施工。由于沉井施工時(shí)低于地面，沉井頂應(yīng)高出地面300mm，當(dāng)下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)注意，切不可超沉。沉井四周設(shè)施工道路，寬度為4m。沿沉井的邊側(cè)搭設(shè)鋼筋、模板拼裝場(chǎng)地及堆場(chǎng)等，在工作井外設(shè)置泥漿沉淀池，泥漿沉淀后，棄土應(yīng)及時(shí)外運(yùn)。
沉井是修建深基礎(chǔ)和地下構(gòu)筑物的主要施工方法之一。它是在地面上或地坑中，先制作鋼筋混凝土井身，達(dá)到一定強(qiáng)度后，在井筒內(nèi)分層挖土，隨著井內(nèi)土面逐漸降低，使筒身借自重克服其土壁之間的摩擦阻力，不斷下沉就位的一種地下構(gòu)筑物或地下工程施工工藝。沉井的施工程序包括平整場(chǎng)地、開(kāi)挖基坑、沉井制作、沉井下沉、沉井封底、封頂?shù)戎饕┕すば颉?/div>
3沉井制作
3.1準(zhǔn)備工作
平整場(chǎng)地，平整范圍要大于沉井外側(cè)面1～3m，場(chǎng)地整平后進(jìn)行放線定位，定位要準(zhǔn)確，并經(jīng)驗(yàn)收合格后才能正式施工。
3.2沉井下沉計(jì)算
(1)下沉系數(shù)
為了保證沉井能順利下沉，沉井下沉系數(shù)Kst應(yīng)滿足下式條件：
Kst=(G1k+Ffw·k)/Ffk≥1.05
其中，Kst為下沉系數(shù)；G1K為井體自重標(biāo)準(zhǔn)值(包括必要時(shí)加助沉重量的標(biāo)準(zhǔn)值)(kN)，鋼筋混凝土井壁自重為25kN/m3；Ffw·k為下沉過(guò)程中水的浮力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；Ffk為井壁總摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)，根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，取15kN/m2。
根據(jù)計(jì)算，每個(gè)井的前兩節(jié)沉井時(shí)因?yàn)樽灾靥p，不能靠自重下沉，所以須采取側(cè)壁減阻措施幫助其下沉，其它部分都能依靠自重完成沉井，最后幾節(jié)沉井時(shí)下沉系數(shù)大于1.5，所以要進(jìn)行下沉穩(wěn)定性驗(yàn)算。
(2)下沉穩(wěn)定系數(shù)
下沉穩(wěn)定性計(jì)算如下：
Kst·s=(G1k-F′fw.k)/(F′fk+Rb)
其中，kst，為下沉穩(wěn)定系數(shù)，可取0.8-0.9；F′fw.k為驗(yàn)算狀態(tài)下水的浮力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；F′fk為驗(yàn)算狀態(tài)下井壁總摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值(kN)；Rb為沉井刃腳、隔墻和橫梁下地基土極限承載力之和(kN)。根據(jù)地質(zhì)資料顯示Rb可取200KPa，經(jīng)計(jì)算得kst，s=0.905，所以滿足下沉穩(wěn)定性要求。
3.3沉井抗浮驗(yàn)算
沉井抗浮驗(yàn)算公式及過(guò)程如下：
其中：Gk1為井重(KN)；Gk2為封底砼重量(kN)；F為浮力(kN)。
當(dāng)k≥1.0(不計(jì)側(cè)壁摩阻力)，當(dāng)計(jì)入側(cè)壁摩阻力時(shí)，k≥1.25能滿足要求。根據(jù)計(jì)算當(dāng)計(jì)入側(cè)阻力時(shí)，4個(gè)工作井、2個(gè)接收井都滿足抗浮的要求。
3.4沉井結(jié)構(gòu)制作
根據(jù)沉井的實(shí)際情況，沉井結(jié)構(gòu)在制作及下沉階段，選用一臺(tái)25t汽車(chē)吊作為起重設(shè)備。在沉井制作期間，由于沉井可能出現(xiàn)不同程度的沉降，為安全起見(jiàn)，內(nèi)、外腳手架與井壁應(yīng)脫離，距離約30cm。
3.4.1模板施工
模板采用組合式定型鋼模，由U型卡連接。在預(yù)留洞、井壁底板位置等特殊部位采用木模，在沉井插筋部位用2英寸木板間隔拼裝，拼裝的木模其表面應(yīng)進(jìn)行刨光，拼縫嚴(yán)密平整不漏漿，所有模板表面平整后符合規(guī)范要求。圍檁立筋采用Φ50鋼管或8#槽鋼，拉桿螺栓采用Φ16mm圓鋼，中間設(shè)置50mm×50mm、δ=3mm的止水片，周邊焊，拉桿螺絲設(shè)置水平間距75cm，垂直間距60cm。為防止?jié)岔艜r(shí)爆模板應(yīng)加強(qiáng)支撐及模板接縫處檢查，所有拼縫及模板接縫處要逐個(gè)檢查嵌實(shí)，防止漏漿，模板架立好后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收。
3.4.2鋼筋綁扎
制作成型鋼筋，按其規(guī)格，綁扎先后，分別掛牌堆放，對(duì)直徑Ф16mm以上鋼筋均采用閃光對(duì)焊或電弧焊接。鋼筋的骨架都要以定位墊塊或座子穩(wěn)定在設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的位置上，所有交叉的鋼筋處應(yīng)用軟鐵絲綁扎牢固，綁扎好的鋼筋骨架要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。鋼筋在入模前在底部位加好砼墊塊，在側(cè)部綁好砼墊塊。受力鋼筋的箍筋疊合處要錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。采用C30混凝土的受力鋼筋的搭接長(zhǎng)度：Ⅰ級(jí)鋼筋為35d，Ⅱ?yàn)?0d。鋼筋混凝土保護(hù)層厚度：30mm。
3.4.3混凝土澆筑
工程井體砼采用C30商品砼，由攪拌車(chē)送至施工點(diǎn)，泵送到位的方法。每井由一臺(tái)汽車(chē)泵輸送。砼澆筑時(shí)澆筑的自由高度不得大于2m，如超過(guò)2m需加串筒澆筑。砼澆筑時(shí)需對(duì)稱(chēng)平衡進(jìn)行。在澆筑過(guò)程中，加強(qiáng)沉井平面高差、下沉量的觀測(cè)，確保沉井施工安全。在沉井上、下節(jié)井壁間設(shè)置施工縫，施工縫表面砼鑿除松散部分，并用水沖清，充分濕潤(rùn)，但不得有積水，在井壁寬度內(nèi)設(shè)置凸槽作為施工縫，寬度約為井壁厚度的1/3寬。沉井接高前，施工縫進(jìn)行鑿毛沖洗干凈，使骨料外露。1：2水泥砂漿或水泥漿，厚10mm。新混凝土要在砂漿初凝前澆注。施工縫不允許使用砂漿摻合料。
3.5沉井下沉
3.5.1下沉施工
下沉?xí)r沉井強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70％。下沉前先鑿除刃腳素砼墊層和磚胎模，墊層拆除先內(nèi)后外對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，并用吊車(chē)抓斗將井內(nèi)碎磚清理干凈。在沉井四周井壁上畫(huà)出測(cè)量標(biāo)尺寸、并設(shè)立水平指示尺。
在沉井混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，首先用吊機(jī)抓斗進(jìn)行挖土下沉1m，井壁周?chē)鶆虻厝∪|層混凝土塊。由于地下水位高，防止沉井上浮，同時(shí)也考慮到挖土過(guò)程中出現(xiàn)塌方流砂，采用不排水下沉施工，首先往井內(nèi)注入清水，水面線不超過(guò)井外地面。利用吊車(chē)吊住抓斗挖掘井底中央部分的土，使沉井形成鍋底。在砂或礫石類(lèi)土中，一般當(dāng)鍋底比刃腳低1～1.5m時(shí)，沉井即可靠自重下沉，而將刃腳下的土擠向中央鍋底，再?gòu)木字欣^續(xù)抓土，沉井即可繼續(xù)下沉。在粘質(zhì)土或緊密土中，刃腳下的土不易向中央塌落，則配以射水管松土，或者利用水工在水下用高壓水槍和鐵鏟將土挖松，用空氣吸泥機(jī)吸泥并抽出，通過(guò)沉砂池沉淀過(guò)濾排入下水道。在下沉過(guò)程測(cè)量人員用水準(zhǔn)儀保持觀察，隨時(shí)指導(dǎo)沉井下沉，及時(shí)糾偏，保證均勻下沉。
3.5.2下沉糾偏
施工中，在沉井壁上設(shè)4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每天定時(shí)測(cè)量，一般不少于四次。測(cè)量結(jié)果的整理是以4個(gè)點(diǎn)下沉量的平均值作為沉井每次的下沉量，以下沉量最大的一點(diǎn)為基準(zhǔn)與其他各點(diǎn)的下沉量相減作為各點(diǎn)的高差，來(lái)指導(dǎo)糾偏下沉施工。在沉井下沉過(guò)程做到，井面標(biāo)高每班至少測(cè)量二次，軸線位移每天測(cè)一次，當(dāng)沉井每次下沉穩(wěn)定后進(jìn)行高差和中心位移測(cè)量。沉井初沉階段每小時(shí)至少測(cè)量一次，必要時(shí)連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)糾偏，終沉階段每小時(shí)至少測(cè)量一次，當(dāng)沉井下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)增加觀測(cè)密度。沉井開(kāi)始時(shí)的下沉系數(shù)較大時(shí)，必須慎重控制好初沉，盡量在深度不深的情況下糾偏，符合要求后方可繼續(xù)下沉。下沉初始階段是沉井易發(fā)生偏差的時(shí)候，同時(shí)也較易糾正，這時(shí)要以糾偏為主，次數(shù)可增多，以使沉井形成一個(gè)良好的下沉軌道。
下沉過(guò)程中，要做到均勻?qū)ΨQ(chēng)抓土，嚴(yán)格控制泥面高差，當(dāng)出現(xiàn)平面位置和四角高差出現(xiàn)偏差時(shí)要及時(shí)糾正，糾偏時(shí)不可大起大落，避免沉井偏離軸線，同時(shí)要注意糾偏幅度不宜過(guò)大，頻率不宜過(guò)高。沉井在終沉階段要以糾偏為主，要在沉井下沉至距設(shè)計(jì)標(biāo)高1m以上時(shí)基本糾正好，糾正后要謹(jǐn)慎下沉，在沉井刃腳接近設(shè)計(jì)標(biāo)高30cm以?xún)?nèi)時(shí)，必須不再有超出容許范圍的位置及方向偏差，否則難以糾正。
沉井在下沉過(guò)程中發(fā)生傾斜偏轉(zhuǎn)時(shí)，要根據(jù)沉井產(chǎn)生傾斜偏轉(zhuǎn)的原因，可用以下一種或幾種方法來(lái)進(jìn)行糾偏。確保沉井的偏差在容許的范圍內(nèi)。
①偏除土糾偏：沉井在入土較淺時(shí)，容易產(chǎn)生傾斜，但也比較容易糾正。糾正傾斜時(shí)，一般靠近刃腳高的一側(cè)抓土。隨著沉井的下沉，在沉井高的一側(cè)減少刃腳下正面阻力，在沉井低的一側(cè)增加刃腳下的正面阻力，使沉井的偏差在下沉過(guò)程逐漸糾正，這種方法簡(jiǎn)單，效果較好。糾偏位移時(shí)，可以預(yù)先使沉井向偏位方向傾斜。然后沿傾斜方向下沉，直至沉井底面中軸線與設(shè)計(jì)中軸線的位置相重合或接近時(shí)，再將傾斜糾正或糾至稍微向相反方向傾斜一些，最后調(diào)正至使傾斜和位移都在容許范圍以?xún)?nèi)為止。
?、诰馍渌⒕畠?nèi)偏除土糾偏：當(dāng)沉井入土深度逐漸增大，沉井四周土層對(duì)井壁的約束力亦相應(yīng)增加，這樣給沉井糾偏工作帶來(lái)很大的困難。因此，當(dāng)沉井下沉深度較大時(shí)，若糾正沉井的偏斜，關(guān)鍵在于破壞土層的被動(dòng)土壓力。高壓射水管沿沉井高的一側(cè)井壁外面插入土中，破壞土層結(jié)構(gòu)，使土層的被動(dòng)土壓力大為降低。這時(shí)再采用上述的偏除土方法，可使沉井的傾斜逐步得到糾正。在有條件時(shí)，還可以在沉井頂部加偏壓重的方法來(lái)糾正沉井的傾斜。
?、蹓褐丶m偏：在沉井高的一側(cè)壓重，最好使用鋼錠或生鐵塊，這時(shí)沉井高的一側(cè)刃腳下土的應(yīng)力大于低的一側(cè)刃腳下土的應(yīng)力，使沉井高的一側(cè)下沉量大些，亦可起到糾正沉井傾斜的作用。這種糾偏方法可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件進(jìn)行選用。
?、艹辆恢门まD(zhuǎn)時(shí)的糾正：沉井位置如發(fā)生扭轉(zhuǎn)，可在沉井偏位的二角偏吸土，另外二角偏填土，借助于刃腳下不相等的土壓力所形成的扭矩，使下沉過(guò)程中逐步糾正其位置。
3.6沉井封底、底板施工
3.6.1沉井封底
沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高經(jīng)過(guò)觀測(cè)在8h內(nèi)累計(jì)下沉量不大于10mm或沉降率在允許范圍內(nèi)時(shí)，沉井下沉已經(jīng)穩(wěn)定時(shí)，可進(jìn)行沉井封底。沉井封底采用1500～2100mm厚C20水下混凝土。要求將井底浮泥清除干凈，新老混凝土接觸面用水沖刷干凈，并鋪碎石墊層。封底混凝土用導(dǎo)管法灌注。待水下封底混凝土達(dá)到所需要的強(qiáng)度后，即一般養(yǎng)護(hù)為7～10d，方可從沉井中抽水，按干封底法施工上部鋼筋混凝土底板。
3.6.2底板施工
封底砼達(dá)到一定強(qiáng)度后，可從沉井中抽水，進(jìn)行底板施工。在澆筑鋼筋砼底板前，應(yīng)將新舊混凝土接觸面鑿毛，并洗刷干凈，鋼筋砼底板鋼筋與井壁予留鋼筋宜采用電焊接頭，沉井底板應(yīng)對(duì)稱(chēng)一次澆筑完成。底板厚度為600～1000mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30?；炷翝仓?4小時(shí)內(nèi)對(duì)墊層進(jìn)行灑水濕潤(rùn)，采用“一個(gè)坡度、分層澆筑、循序推進(jìn)、一次到頂”的斜面分層法澆筑?；炷翝仓B續(xù)，一氣呵成，不留任何施工冷縫。
為了控制板面標(biāo)高及平整度，在內(nèi)襯壁的預(yù)留鋼筋上要做好板面標(biāo)高標(biāo)記，并焊上十字筋。振搗密實(shí)后用刮尺修平，初凝后為了防止板面出現(xiàn)收縮裂縫，再用灰匙壓抹表面。
4結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)沉井施工工藝的整體論述，介紹了沉井的制作和沉井下沉的靜態(tài)模型，從而為該施工方法的應(yīng)用推廣提供了可靠的技術(shù)支持。
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