沉井在软土地基上的沉降施工技术.pdf

科技信息 。建筑与工程0 s c i e n c et e c h n o l o g yi n f o r ma t i o n 2 0 0 9 年第 1 5 期 沉井在软土地基上的沉降施工技术 苏 光海 ( 中冶京塘建设有限公司 河北唐山0 6 3 0 0 0) 【 摘要】 沉井在软土地基上 的沉降技术与在一般地基土上 的沉降技术有很大不同， 本 文作者根据在天津江天重工工程 中旋流井 实际施工 经历 总结 了沉井在软土地基 上的沉 降施工技术 ， 具有很 强的指 导意义 。 【 关键词】 沉井； 软土 ； 沉降； 施 工技 术 0 工 程概 况 天津江天重工 1 0 0吨 电炉炼钢工程的旋流井 ， 位于连铸车间主厂 房 1 5 1 6轴线和 b c列线区域 内 ， 深度为 1 8 2 m、 外筒壁直径为 1 2 m、 外筒壁厚度 l o 0 0 mm、底 板厚度 为 1 2 0 0 ra m、封底厚度 为 1 5 0 0 ram； 简 壁 、 底板 、 冲渣 沟混凝 土 均采 用 c 2 5 ， 抗 渗等级 s 6 ， 封 底混 凝 土采用 c2 0 。 平面图及剖面图详见下图： 地质情况 ： 表层 为 3米厚 的素填土 ， 以下 为呈 软塑状态的粉质粘 土 ， 地下水位一 2 5米 ， 针对现场地下水位较高及地下土质太软 的特点 ， 并且四周厂房柱基础 已施工完毕 不能采取大开挖 的施 工方法 因此 只能采取沉井沉降施工技术。 1 施 工 准备 1 1 技术准 备 ： 认真研讨沉井施工技术 难点 ， 掌握关键施 工技术 。 并 向所有施工人员认真进行技术交底。 1 2组织准备： 项 目部成立旋流井施 工专题 小组 ， 负责旋流井的整 个施工组织 ， 并明确成员 的职责分工。 1 3物质准备 ： 按施工方案要求 准备所需机械 、 机具及相关物质 。 2 施 工 顺序 沉井采取 4节制作下沉， 详见后面外筒分段说 明。 沉井 施工顺序为 ： 基坑 降水一 挖基坑一铺设垫层 、 砌筑砖胎膜一 制作第一节沉井一 制作第二节沉井一拆 除胎膜 、 模板 、 脚手架一 挖土 下沉一 制作接长第三节沉井一拆除模板、 脚手架一 挖土下沉到设计 深 度一沉井 封底 、 浇筑底板砼一内部结构施 工及施 工第 四节沉井一土方 回填 + 收尾验收 3 主 要 施 工方 法 3 1 控制与观测 3 1 1根 据主厂 房控 制网建 立沉井 自身 的控制 十字 线和水 准基 点 ， 控制点设在远离沉井 的地方 ， 保证施工阶段不受干扰 ， 详见沉井控 制点平面布置图。 l说 井 控 制 平 面 布 置目1 - 1 3 1 2沉井制作过程中的控制 第一 节沉井 采取在井中心点搭设九立杆钢管井架 ， 上铺 8 = 2 0 ra m 厚 钢板作 为观测 台进行 中心点线控制 ， 立杆间距 1 5 m， 水平杆纵横间 距 为 1 5 m、 竖 向间距 为 1 2 m， 四侧 面均设上下 连续的剪刀撑 ， 顶部钢 板平 台下设置抛撑。 其余各节采取利用井外侧控制点 ， 将纵横 中心点投设在井壁外侧 模板上 ， 采用下图所示 工具校正井壁位置及弧度。 3 1 3下沉控制线的设置 ： 标高 ： 下 沉前 ， 在井壁上设 十字控制线 ， 并在 四侧 设水平点 ， 于壁 外侧用红铅油画出标 尺， 以观测沉降量。 轴线 ： 将十字轴线投设至井壁上 口， 并在 内侧弹 出铅垂线 ， 同时在 此 吊垂球一个 。 对准标志板来控制 ， 并定时用两 台经 纬仪进 行垂直偏 差观测。详见 下图。 挖土时随时观测垂直度 ， 当垂球 离墨线 边达 5 0 ram或四面标高不 一 致 时， 即应纠正 。沉井下沉过程 中， 每班 至少观测两次 ， 并应在 每次 下沉后进行检查 ， 做好记录。 当发现倾斜 、 位移 、 扭转时 ， 应及时通 知施 工人员 ， 进行纠正 ， 使沉降控制在允许偏差范围以内。当沉至设计标 高 科技信息 0建筑 与工程 o s c i e nc et e c h no l og y i n f o r ma t i o n 2 0 0 9年第 1 5期 以上 2 m时 ， 对下沉与挖土情况应加强观测 ， 以防超 沉。 3 2降水 因本工程的地下水位较高 ， 地下水量较 大 ， 采取深井降水方法 。 在距沉井 基坑边坡坡 顶 0 5 m处设 8口深 3 0 m直 径为 5 0 0 mm 的 深井 ， 深井沿圆周等间距分布 ， 井壁为无砂 管， 以过 滤泥沙 ， 防止堵塞 。 每 口井 内设扬 程为 5 0 m的 q 1 0 0泥浆泵往外抽水 ， 以达 到降低地 下水位的 目的 。 降水过程 中要设专人看管水井 ， 保证连续 降水 ， 使沉井施 工期间 ， 井面水位一直低于一 2 0米 。 3 3沉井基坑土方开挖 3 3 1在地下水 位降到一 8 0米 以下 时 ， 开始 挖土 ， 将 基坑 开挖至 一 8 0米 然后在基坑内 回填碎石屑至一 4 0米 ， 采 取此措施 的 目的是提高 地基的承载能力 ， 防止在 制作第一节 沉井 时， 沉井 因地 基较软 出现下 沉或倾 斜。 第一节沉井在基坑 内制作 ， 可 以减少下 沉深度 ， 降低施工作 业面。 3 3 2基 坑放坡 系数的确定 ： 基 坑放坡 系数 为 1 ： 1 ， 工作 面宽 2 0 m。填 完碎 石屑 后 ， 将 基底 夯 实 ， 抄平放 线验线。基坑土方开挖详见下图 。 2 0 3 4制作高度 的确定 根据 以往 经验 ， 高度大于 1 2 m 的沉井 一般浇筑 困难 ， 下 沉时容 易 引起倾斜 。本工程沉井高达 1 8 2 m， 采用分节制作 ， 为保证沉井顺利下 沉 其下沉系数 k应大 于 1 0 5 。可按 下式计 算 ： k =( q b) i r d( h一 2 5 ) f l+ r 式 中： k 一 沉井安全系数 ， 一般大于 1 o 5 o 一沉井 自重及 附加荷 载( k g ) b 一被井 自重排出水重 ( k g ) d一沉井外径 ( m) h一沉井下沉高度 ( m) r一刃脚反力 ( k g ) ， 如采取将刃脚底面及斜面 的土方挖空 ， r = 0 f _ _ 。 井壁与土壤摩擦系数 ， 取 f = 2 5 kn 3 4 1沉井 采取 分 4节制 作 ，其 中一 1 8 2 m一一 1 1 5 m 为第一 节 ， 一 1 1 5 m一一 6 5 m为 第二节 ， 一 6 5 m一一 1 5 m为 第三节 ， 一 1 5 m一 o 0 0 m 为 第 四节 。 分两次下沉 。 待第二次下沉至设计标 高稳定后 ， 随内部结构 的 施工进展 再施工第 四节 。高度分别 为 6 7 m、 5 m、 5 m、 1 5 m其 混凝土量 分别 为 2 3 1 4 1 8 m 、 1 7 2 7 m 、 1 7 2 7 m3 , 5 1 8 l m 。b = 0 ， r = 0 。 f _ 2 5 kn ， 则 k1=( 2 3 1 4 1 8 + 1 7 2 7 ) x 2 4 1 2 x 3 1 4 1 2 ( 0 5 x 2 5 ) x 5 + 2 5 x ( 1 1 7 - 5 - 0 5 ) = 1 38 k 2 = ( 2 3 1 4 1 8 +1 7 2 7 + 1 7 2 7 ) x 2 4 1 2 x 3 1 4 x 1 2 ( o 5 2 5 ) x 5 + 2 5 ( 1 6 7 5 ) _ 1 1 3 k值均 大于 1 0 5 ， 可满足 下沉要 求。浇筑程序 ： 第一节混凝土强度 达到设计值 的 2 5 后方可继续浇筑第二节沉井砼 ， 待其 达到设计强度 的 1 0 0 后 ， 方可下沉 ， 第一节沉完后 ， 施工第三节沉井砼 ， 待其达到设 计强度的 1 0 0 后 ， 进行第二次下沉 ， 沉到设计标高 。封 底后随 内筒及 各层平台施工 ， 最后浇筑第 四节沉井砼 。 沉井制 作时 ，上下 沉井 内外 采取在井 壁上或脚手 架上安装 直爬 梯 ， 进行人 员通行 ； 每 节沉井 制作完成 ， 挖土下沉过 程中 ， 采取 在井壁 上焊接直爬梯供施工人员通行 。 1 2 t t - $ 3 o o 刃脚支| 殳 圉 3 4 2刃脚 支设 根据公 式 ： g f = ( 2 3 1 4 1 8 + 1 7 2 7x 2 4 0 8 叮 r( d - d ) = ( 4 0 4 1 1 8 2 4 ) 0 8 x 3 1 4 f 1 2 l o 8 7 7 5 kn m 1 6 0 k n m 固小 于粉质 黏土层 的地基 承载力 ， 故刃脚下 采用砖砌胎模能够满 足要求 。 本工程 采用砖 砌胎模 mu 1 0粘土砖 m5水泥砂浆砌 筑。 详见右 图。刃脚下 4 0 0厚 c 2 5砼 宽度 1 7 m。 砖模 内在对拉 片处 预先预埋对拉片 。 以保证刃脚截面尺寸 。 3 5模板支设要点 沉井 外筒 内外 模均采用组 合钢模 板拼装 ，筒 芯内外模采 用宽度 3 0 0 2 0 0 m m 组合 钢模 板拼装 ； 在井壁 和梁板连接部 位( 预 留插 筋处 ) 均 采用非标准 木模 板 ；井壁 与底板 连接处的 凹槽采用 6 ram钢板焊制成 型 ， 以保证其尺 寸、 位置 正确。考虑浇筑速度快 ， 对 模板产生很大 的侧 压力 用 中2 0钢圈和 1 2 mm对拉 片固定 ， 对拉 片上下 间距 3 0 0 m m， 径 向间距 6 0 0 m m( 按外圈计算1 中部设 8 0 x 8 0 x 3 m m 钢板止水片 。 中2 0钢 圈 5 0 0一道 紧箍外 圈模 板 中2 o钢圈按井壁 曲率制作 用 倒链拉紧后焊 接牢 固， 并用适 当支撑支顶在外脚 手架上保 持模 板稳定 。 对于井 壁上预 留孔 为不 防碍井壁 下沉 施工 中采取在洞 口内外 预埋钢框 ， 用钢板封 闭， 中间填 与孔 中重 量相 同的石块 配重。 沉井预 留 孔临时封闭时 ， 在孔洞 四周 预埋宽度 1 5 0 ra m 的环形 埋件 ， 埋件采用 t = 1 0 ra m 的钢板 制成 ： 预 留孔洞处 采用 t = 1 2 mm 的钢板封堵 待沉井施工 23 7 科技信息 0建筑与工程0 s c i e n c e&t e c h n o l o g y i n f o r m a t i o n 2 0 0 9年第 1 5 期 完毕后再用气焊割除封堵的钢板 。 外筒第一节 、 第二节施工 时 在筒外搭设双排钢管脚手架 ， 筒 内搭 设满堂脚 手架 ， 在第二节砼达到拆 模强度后 ， 即可拆 除模板及脚手系 统 ， 在第二节砼强度 达 1 0 0 设计强度后 ， 即可开始挖土下沉。在第一 节沉完后 ， 在筒外和筒 内重新搭设脚手架 ， 施工第三节砼 ， 在第三节砼 达到拆模强度后 ， 即可拆除模板及脚手架 在第三节砼达 1 0 0 设计 强 度后 ， 即可开始挖土进行第二次下沉 ， 将沉井下沉至设计标高。 封底后 施工 内筒及各层平 台时再重新搭设脚手系统 ， 完成全部结构施工 。 3 6钢筋施工要点 在施 工沉井外筒时 ， 将与外筒相连 的内筒及各层平 台的钢筋在 正 确位置预 留， 预 留筋的长度符合规范规定。 3 7砼 防水工程 沉井井壁及底板设计砼均采用 c 2 5、 抗渗等级 s 6 。采用普通水泥 配制防水砼 。 并掺加一定量的膨胀剂和防水剂 。砼浇筑时要做好振捣 工作 ， 提高砼密实度。由于施工期间正值冬季施工 ， 为保证施工质量 ， 缩 短砼养护时间 ， 把沉井井壁及底板砼由原设计 c 2 5 s 6改为 c 3 0 s 6 ， 并加入早强防冻剂。浇筑后采用草帘覆盖养护 。 井 壁 水平 臆 工缝 示 意 图 jj-_-_rf1_-_ 3 8 施工缝作法 为使接缝严密 ， 两节砼的接缝处埋设厚度 4 ra m 的钢板止水带 ( 宽 度为 6 0 0 mm、 沿井壁周圈连续设置) ， 上节钢筋绑扎前对施工缝 表面应 进行凿 毛处理 ， 清除浮粒 。 在继续浇灌砼前用水冲洗并保持湿润 ， 砼浇 筑前先浇筑一层 2 0 2 5 ra m厚的水泥砂浆 ，其材料和灰砂 比应与砼相 同 ，捣压密实后再继续浇灌砼 。待上节模板拆除后 ，将施工 缝上下 5 0 0 mm范围内清理干净并刷 沥青两道 ， 以增加施工缝处 的抗渗能力。 3 9刃脚砖模拆 除 沉井侧模板在混凝土强度达到设计强度 的 2 5 即可拆 除 ， 刃脚 砖 模在第二节混凝土达到 1 0 0 设计强度方可拆除并开始破土下沉。拆 除时要加强观测 ， 注意下沉是否均匀， 如发现倾斜 ， 应及时处理 。 3 1 o挖 土下 沉 沉井每层挖土量较大 ， 挖 土采用机械与人工配合进行 。根据土方 情况 ， 采用碗形挖土 自重破土方式 。 采用 l 台 0 4 m 液压覆带反铲挖掘 机 在井 内挖掘 ， 从 中间开始 向四周 均衡对称的进行 ， 使其 能均匀地削 薄土层 ， 每人负责 2 3 m一段 。方法是顺序分层逐渐往刃脚方 向削薄 土层 ， 每 次削 5 1 5 c m 当土垅 挡不住刃脚 的积压 而破裂 时 ， 沉井便 在 自重作用下破裂下沉 。刃脚下部土方必须边挖边清理。 粘土和粉质粘土层 中挖土方法 ： 一 般在分层挖去锅底型井内泥土的过程 中，沉井 即会逐渐下沉 ， 而且沉井刃脚始终埋在土层中。 第一节沉井下沉完毕 ， 即停 止下沉 ， 继续接高。 接高时上一节竖 向 中心应 与前 一节的 中心线重合 或平行 ， 沉井接缝 和外壁 应平滑 ， 以利 下沉 。 在 沉井开 始下 沉和将 沉至 设计标 高 时 ，周 边开 挖深度 应小 于 3 0 c m 避免发生倾斜。尤其在开始下沉 5 m 以内时 ， 其平面位置与垂直 度要特别注意保持正确。 否则继续下沉不易调整。在离设计深度 2 0 e m 左右应停止取土， 依靠 自重下沉至设计标高。 下沉完毕。用 吊车将挖掘机 吊出沉井外 。 3 1 1 土方 吊送 井内土方开挖采取机械 、 人工配合进行 ， 沉井 内一 4 o o m 以下用 小 挖掘机开挖 ， 沉井井外设 1台 2 5吨汽车吊作为垂 直运输 工具 ， 相应 配 置 4个容积为 1 4 m 吊斗 ， 用 吊车将沉井内挖出的土方运出井外。 3 1 2封底 当沉井沉到设计标高 。经观测 8小时内累计 下沉量 1 0 m m时 即 可开始封底 ， 封底前将土挖成锅底 型， 并将刃脚 内侧砼壁清理干净 ， 即 可浇筑封底砼。浇筑时一次成 型， 振捣密实。 3 1 3沉井内筒施工 当封底混凝 土达到一定强度后 ， 方可进行井 内底板及内筒和各层 平台的施 工。井 内结构 自下向上按结 构层逐层施工 。 4 经 验 总 结 4 1 根据本工程的施工经历 沉井在 软土地基上进行沉 降首先要 做好降水工作 ，将沉井范围内的地下水位 降至封底砼底板标高 以下 ， 这是沉井施工成功的关键。 如果地下水位降不下去 那么挖土下沉 时， 地 下水将 涌人沉井 内， 导致施 工无法进行 ， 在沉井底 板砼达到设计强 度后 ， 方可停止降水。 4 2在沉井挖 土下沉过程 中， 要进行不问断观测 ， 发现沉降不均时 及时采取措施进行纠偏 。 保证沉井均匀沉降和位置准确 。 4 3在沉井下沉速度太慢时 ，可以在沉井上方增加荷载以加快沉 井下沉速度。本工程在第二次下沉后期 ， 由于筒壁四周的摩擦阻力越 来越大 ， 导致沉井在下部土方已挖出的情况下 ， 仍下沉缓慢 ， 最后在沉 井上部加 了 6 0 0吨重的钢坯 ， 沉井 才逐步下沉到位。 i 上接 第 2 2 4页 ) 习 ， 即进入到学生模仿动作阶段 ， 如果前两个转换 ， 转 换得好 ， 那么 ， 这个阶段就能进行得好。 2 2鼓励 再造想象 想象会在脑子里 留下记忆痕 ， 而且脑神 经系统对于想 象产 生的形 象 留下 的记忆痕 的反应和对真实 的景象所 产生的记忆痕 的态度是 一 样 的， 因此 ， 细致 、 真切的想象对于动作 的形成是非 常有帮助 的。教师 可 以用语言暗示 ， 描绘学生练习的场景