《沉井工程施工》PPT课件.ppt

第二节第二节 沉井基础施工沉井基础施工 一、沉井的分类和构造一、沉井的分类和构造 沉井沉井四周有壁四周有壁, ,下部无底下部无底, ,上部无盖上部无盖的的筒形筒形结构结构 物，通常用物，通常用钢筋混凝土钢筋混凝土作成。作成。 制作井筒制作井筒, ,就地在井内不断地挖土、运出。就地在井内不断地挖土、运出。 沉井依靠其本身自重沉井依靠其本身自重, ,克服阻力不断下沉克服阻力不断下沉, ,直至设计标高。直至设计标高。 最后最后, ,进行封底及混凝土填心进行封底及混凝土填心, ,便成为桥梁墩台基础。便成为桥梁墩台基础。 图图16 14 16 14 沉井下沉示意图沉井下沉示意图图图16 15 16 15 沉井基础沉井基础 ( (一一) )沉井的分类沉井的分类 1.1.按沉井制作的位置不同按沉井制作的位置不同 按沉井制作的位置不同可分为：按沉井制作的位置不同可分为： 就地制作的沉井就地制作的沉井 在在基础设计位置基础设计位置上制造上制造, ,然后在井筒中挖土使其下沉。然后在井筒中挖土使其下沉。 适用范围：基础位于适用范围：基础位于浅水浅水中中, ,需先在水中筑岛需先在水中筑岛, ,再在岛上再在岛上 筑井下沉。筑井下沉。 浮运沉井浮运沉井 在在岸上制造岸上制造, ,然后浮运到设计位置下沉。然后浮运到设计位置下沉。 适用于适用于深水区深水区, ,筑岛有困难筑岛有困难, ,或有碍通航或有碍通航, ,或河流流速较或河流流速较 大的情况。大的情况。 ( (一一) )沉井的分类沉井的分类 2.2.按使用材料、截面形状、立面形状分按使用材料、截面形状、立面形状分 按使用材料按使用材料 混凝土沉井混凝土沉井、钢筋混凝土沉井钢筋混凝土沉井及及钢沉井钢沉井等；等； 按沉井的截面形状按沉井的截面形状 矩形矩形、圆形圆形及及圆端形沉井圆端形沉井等；等； 按立面形状按立面形状 竖直式竖直式、倾斜式倾斜式及及阶梯式阶梯式等。等。 图图16 16 1616 沉井平面形状沉井平面形状图图16 17 16 17 沉井的立面形状沉井的立面形状 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造 以钢筋混凝土沉井为例。以钢筋混凝土沉井为例。 沉井通常由沉井通常由刃脚刃脚、井壁井壁、隔墙隔墙、井孔井孔、射水管射水管、封封 底混凝土底混凝土、顶盖顶盖诸部分组成。诸部分组成。 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造1. 1. 刃刃 脚脚 沉井井壁最下端作成沉井井壁最下端作成刀刃状刀刃状, , 故称作刃脚。故称作刃脚。 作用：作用： 使沉井下沉时使沉井下沉时, ,减少土的正面阻力减少土的正面阻力。 刃脚的式样：刃脚的式样： 根据沉井下沉时根据沉井下沉时, ,所穿越的所穿越的土层的紧密程度土层的紧密程度和刃脚单位和刃脚单位 长度上的反力大小选择长度上的反力大小选择, ,以利切入土中。以利切入土中。 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造2. 2. 井井 壁壁 井壁是井壁是沉井的主体沉井的主体。作用：。作用： 起起挡土挡土、挡水挡水的围护结构作用的围护结构作用; ; 当施工完毕后当施工完毕后, ,成为成为基础或基础的外壳基础或基础的外壳保存下来保存下来, ,而将上部而将上部 荷载传至地基。荷载传至地基。 井壁厚度井壁厚度 考虑考虑沉井结构强度沉井结构强度、刚度刚度外外, ,应根据应根据下沉需要的自重下沉需要的自重确定确定 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造3. 3. 隔隔 墙墙 沉井长宽尺寸较大沉井长宽尺寸较大, ,则应在井筒内则应在井筒内设置隔墙设置隔墙： 作用：作用： 增加沉井下沉时的增加沉井下沉时的刚度刚度； 将井筒将井筒分隔成若干个井孔分隔成若干个井孔, ,有利于控制挖土下沉的方向。有利于控制挖土下沉的方向。 厚度：厚度： 因隔墙不直接承受土压力因隔墙不直接承受土压力, ,所以厚度较外壁要所以厚度较外壁要薄薄些。些。 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造4. 4. 井井 孔孔 作用：挖土出土的工作场所和通道。作用：挖土出土的工作场所和通道。 井孔尺寸：井孔尺寸： 应满足施工要求应满足施工要求, ,其宽度其宽度( (直径直径) )一般不小于一般不小于3 m3 m。 井孔的布置井孔的布置 应应简单对称简单对称, ,便于对称挖土便于对称挖土保持沉井均匀下沉保持沉井均匀下沉。 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造5. 5. 封底混凝土封底混凝土 沉井沉至沉井沉至设计标高设计标高进行进行清基清基后后, ,便可进行浇注封底便可进行浇注封底 混凝土。混凝土。 如井中之水无法排干如井中之水无法排干, ,可采用可采用水下混凝土封底水下混凝土封底, ,达到达到 强度后即可抽水强度后即可抽水, ,凿除与水接触的表层混凝土。凿除与水接触的表层混凝土。 ( (二二) )沉井的构造沉井的构造6. 6. 顶顶 盖盖 作用：作用： 承托墩身传来的力量。承托墩身传来的力量。 顶盖一般用钢筋混凝土制作顶盖一般用钢筋混凝土制作, ,厚度厚度1. 51. 52. 0 m 2. 0 m 。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤( (一一) )场地准备场地准备 墩台位无水墩台位无水, ,需平整场地需平整场地; ; 若地下水位较低若地下水位较低, ,可挖坑建造沉井可挖坑建造沉井; ; 若有地面水若有地面水, ,则需筑岛建造沉井。则需筑岛建造沉井。 由于底节沉井刃脚踏面窄由于底节沉井刃脚踏面窄, ,底面积小底面积小, ,若直接在土面上制若直接在土面上制 造数百吨甚至上千吨自重的沉井造数百吨甚至上千吨自重的沉井, ,将会发生不均匀沉陷将会发生不均匀沉陷, , 导致沉井破坏。导致沉井破坏。 垫木法。垫木法。 土模法土模法, ,即在土面上按刃脚内侧斜面形状和尺寸挖成或填筑成即在土面上按刃脚内侧斜面形状和尺寸挖成或填筑成 截头锥台形截头锥台形, ,既扩大了刃脚的支承面既扩大了刃脚的支承面, ,又代替了刃脚内模板。又代替了刃脚内模板。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤( (二二) )底节沉井制作底节沉井制作 垫木铺好后就可立模制作沉井。工序有：垫木铺好后就可立模制作沉井。工序有： 立内模立内模、焊接刃脚角钢焊接刃脚角钢、绑扎钢筋绑扎钢筋、立外模立外模、灌筑灌筑 混凝土混凝土。 沉井制造工序多沉井制造工序多, ,时间长时间长, , 所以要所以要组织平行作业组织平行作业, ,搞好搞好 各工序的衔接各工序的衔接, ,尽量尽量缩短制作时间缩短制作时间。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤( (三三) )底节沉井下沉底节沉井下沉 先拆除沉井内外模板先拆除沉井内外模板, ,待混凝土达到规定强度后待混凝土达到规定强度后, ,就就 可拆垫木或挖土模。可拆垫木或挖土模。 沉井下沉主要靠在沉井下沉主要靠在井内除土井内除土： 目的是减少或消除刃脚的正面阻力。目的是减少或消除刃脚的正面阻力。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤( (四四) )沉井接高沉井接高 多节沉井施工时多节沉井施工时, ,制造与下沉两项工作交替进行制造与下沉两项工作交替进行, , 但应保证接筑沉井与原沉井在同一轴线上。但应保证接筑沉井与原沉井在同一轴线上。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤( (五五) )井顶围堰井顶围堰 沉井顶面位于最低水位或地面以下。沉井顶面位于最低水位或地面以下。 因此沉井沉至设计标高之前因此沉井沉至设计标高之前, ,应做井顶围堰应做井顶围堰, ,才能才能 在继续下沉时防止水、土进入井孔中。在继续下沉时防止水、土进入井孔中。 二、沉井的施工步骤二、沉井的施工步骤 ( (六六) )清基封底、清基封底、 ( (七七) )填充、顶盖和建第一节墩台身填充、顶盖和建第一节墩台身 当沉井沉至设计标高后当沉井沉至设计标高后, ,要对基底进行清理、检查和处理要对基底进行清理、检查和处理, , 合格后方可进行混凝土封底。合格后方可进行混凝土封底。 当封底混凝土达一定强度后当封底混凝土达一定强度后, ,即抽水填充或浇筑钢筋混凝即抽水填充或浇筑钢筋混凝 土底板土底板, ,最后浇筑钢筋混凝土顶盖和第一节墩台身混凝土最后浇筑钢筋混凝土顶盖和第一节墩台身混凝土 二二 、 沉沉 井井 的的 施施 工工 步步 骤骤 三、沉井下沉三、沉井下沉 沉井下沉施工方法：排水下沉和不排水下沉。沉井下沉施工方法：排水下沉和不排水下沉。 一般是依据沉井所处的水文、地质情况而定。一般是依据沉井所处的水文、地质情况而定。 排水下沉法：排水下沉法： 在渗水量小的稳定黏性土中下沉沉井。在渗水量小的稳定黏性土中下沉沉井。 不排水下沉法：不排水下沉法： 当渗水量较大时当渗水量较大时, ,一般采用不排水下沉法一般采用不排水下沉法, ,用水下抓泥、射用水下抓泥、射 水吸泥方法除土。水吸泥方法除土。 ( (一一) )排水下沉排水下沉 排水下沉即用抽水降低井内水位排水下沉即用抽水降低井内水位, ,工人可直接下到井底进工人可直接下到井底进 行挖掘作业行挖掘作业, ,这种方法施工条件较好这种方法施工条件较好, ,其优点是其优点是: :容易控制容易控制 下沉方向下沉方向; ;有利于防止下沉过程中出现较大的偏斜有利于防止下沉过程中出现较大的偏斜; ;易于处易于处 理下沉中遇到的特殊障碍理下沉中遇到的特殊障碍, ,下沉速度一般较快下沉速度一般较快; ;便于基础底便于基础底 层的检验和处理。层的检验和处理。 抽水宜用电动离心式水泵。当井深大于水泵有效吸程时抽水宜用电动离心式水泵。当井深大于水泵有效吸程时, , 可将水泵安放在井孔内用钢丝绳悬挂的活动平台上可将水泵安放在井孔内用钢丝绳悬挂的活动平台上, ,使其使其 能在井孔内随抽水深度变化而升降。开挖前首先应挖一能在井孔内随抽水深度变化而升降。开挖前首先应挖一 个较深的汇水坑个较深的汇水坑, ,在有横隔墙的沉井中在有横隔墙的沉井中, ,汇水坑宜挖在横隔汇水坑宜挖在横隔 墙下墙下, ,以免影响挖土。以免影响挖土。 ( (一一) )排水下沉排水下沉 开挖方法开挖方法, ,一般先从中央下挖一般先从中央下挖404050 c m ,50 c m ,逐层开挖逐层开挖, ,每层每层 202030 c m ,30 c m ,均一圈一圈地向刃脚方向逐步扩大均一圈一圈地向刃脚方向逐步扩大, ,每一圈每一圈 均从远离定位支垫位置处开始均从远离定位支垫位置处开始, ,使定位支垫位置处的土最使定位支垫位置处的土最 后同时挖除。土质松软时后同时挖除。土质松软时, ,在分层开挖的过程中沉井即逐在分层开挖的过程中沉井即逐 渐下沉。在坚硬的土层中渐下沉。在坚硬的土层中, ,可能挖平刃脚仍不下沉。如挖可能挖平刃脚仍不下沉。如挖 平刃脚仍不下沉平刃脚仍不下沉, ,就须掏空刃脚下土壤就须掏空刃脚下土壤, ,这时这时, ,应比照抽垫方应比照抽垫方 法法, ,分段顺序掏土至刃脚外分段顺序掏土至刃脚外, ,随即回填砂砾随即回填砂砾, ,最后将支垫位置最后将支垫位置 的土亦换成砂砾后的土亦换成砂砾后, ,再分层分圈逐步挖除砂砾使沉井下沉再分层分圈逐步挖除砂砾使沉井下沉 。 ( (二二) )不排水下沉不排水下沉 不排水下沉是在井内外水头相同的静水条件下利用抓土斗、吸泥器等不排水下沉是在井内外水头相同的静水条件下利用抓土斗、吸泥器等 机具除土的井上作业方法机具除土的井上作业方法, ,它可以有效地防止它可以有效地防止“ “ 流砂流砂” ”确保安全确保安全, ,因而特因而特 别适用于地下水位较高的粉、细砂地层。别适用于地下水位较高的粉、细砂地层。 水中除土水中除土, ,可将沉井中部挖成锅底。在砂及砾石类土中可将沉井中部挖成锅底。在砂及砾石类土中, ,一般当锅底比一般当锅底比 刃脚低刃脚低1 11. 5 m1. 5 m时时, ,沉井即可下沉沉井即可下沉, ,并将刃脚下的土挤向中央锅底并将刃脚下的土挤向中央锅底, ,只只 要继续在中间挖土要继续在中间挖土, ,沉井即可继续下沉。在粘性土或胶结层中沉井即可继续下沉。在粘性土或胶结层中, ,四周的四周的 土不易向中间坍落土不易向中间坍落, ,需要靠近井壁偏挖需要靠近井壁偏挖, ,往往还须辅以高压射水松土。往往还须辅以高压射水松土。 为避免沉井发生较大倾斜为避免沉井发生较大倾斜, , 一般应使锅底深度不超过一般应使锅底深度不超过2 m ; 2 m ; 相邻土面相邻土面 高差不宜大于高差不宜大于0. 5 m 0. 5 m 。靠近刃脚处。靠近刃脚处, ,除处理胶结层和清理风化岩外除处理胶结层和清理风化岩外, ,除除 土和射水都不得低于刃脚土和射水都不得低于刃脚, ,还应注意提前挖深隔墙下的土还应注意提前挖深隔墙下的土, ,勿使搁住沉勿使搁住沉 井。井。 吸泥机吸泥机 吸泥机是不排水下沉的常用机具吸泥机是不排水下沉的常用机具, ,它是由自制吸泥器配上它是由自制吸泥器配上 高压风管即成高压风管即成, ,如图如图1625 1625 所示。所示。 空气吸泥机的工作原理空气吸泥机的工作原理, ,是把压缩空气通入吸泥器是把压缩空气通入吸泥器, ,经向上经向上 斜的小孔进入排泥管中斜的小孔进入排泥管中, ,与泥砂、水相混后与泥砂、水相混后, ,容重减轻容重减轻, ,由于由于 空气的上溢和管外水面形成的水柱反压力空气的上溢和管外水面形成的水柱反压力, ,迫使管内水土迫使管内水土 混合物上升混合物上升, ,从管中涌出。从管中涌出。 ( (三三) )下沉困难时的辅助措施下沉困难时的辅助措施 沉井下沉发生困难沉井下沉发生困难, ,主要是由于沉井自身重量克服主要是由于沉井自身重量克服 不了井壁摩阻力不了井壁摩阻力, ,或刃脚下遇到大的障碍所致。解或刃脚下遇到大的障碍所致。解 决上述问题是须从增加沉井自重和减小井壁摩阻决上述问题是须从增加沉井自重和减小井壁摩阻 力两个方面着手。力两个方面着手。 1. 1. 增加沉井自重增加沉井自重 (1)(1)提前接筑上一节沉井提前接筑上一节沉井, ,以增加沉井自重以增加沉井自重; ; (2)(2)在井顶上压重物在井顶上压重物( (钢轨、铁块或片石等钢轨、铁块或片石等), ),但由于沉井但由于沉井 自重很大自重很大, ,能够增加的压重有限能够增加的压重有限, ,往往无济无事。除为了往往无济无事。除为了 纠正沉井偏斜采取偏心压重外纠正沉井偏斜采取偏心压重外, ,很少使用很少使用; ; (3)(3)在不排水下沉的井内抽水减小浮力在不排水下沉的井内抽水减小浮力, ,可增加沉井重力可增加沉井重力 , ,促使沉井下沉。促使沉井下沉。 但在砂类土等容易翻砂涌水的地层中使用时但在砂类土等容易翻砂涌水的地层中使用时, ,井内水头降低容井内水头降低容 易引起翻砂易引起翻砂, ,而且沉井往往突然大量下沉导致沉井倾斜。因此而且沉井往往突然大量下沉导致沉井倾斜。因此 井入土不深、稳定性较差时井入土不深、稳定性较差时, ,不宜使用不宜使用; ;一般抽水不宜过大一般抽水不宜过大, ,以以 防井孔内突然大量涌水危及安全。防井孔内突然大量涌水危及安全。 ( (三三) )下沉困难时的辅助措施下沉困难时的辅助措施 2. 2. 减小沉井外壁的摩阻力减小沉井外壁的摩阻力 除在设计时对外壁形状、错台宽度以及施工制作中外模光滑除在设计时对外壁形状、错台宽度以及施工制作中外模光滑 等提出较高要求外。通常采用等提出较高要求外。通常采用: : (1)(1)井外射水井外射水 在井壁上留有射水嘴的管组在井壁上留有射水嘴的管组( (施工中需防止泥砂堵死施工中需防止泥砂堵死) )。利用高压水流。利用高压水流 冲松井壁附近的土冲松井壁附近的土, ,且水流沿井壁上升而润滑井壁且水流沿井壁上升而润滑井壁, ,使沉井摩阻力减小使沉井摩阻力减小 。 (2)(2)井外挖土井外挖土 在沉井周围挖除部分覆盖土在沉井周围挖除部分覆盖土, ,可减少部分摩阻力。可减少部分摩阻力。 (3)(3)炮振下沉炮振下沉 当刃脚下土已挖空当刃脚下土已挖空, ,采取其他措施仍不能克服外壁摩阻力的不得已情采取其他措施仍不能克服外壁摩阻力的不得已情 况下况下, ,才允许采用炮振下沉。使用时必须严格控制用药量及操作方法才允许采用炮振下沉。使用时必须严格控制用药量及操作方法( ( 可只在沉井中央泥面放置炸药可只在沉井中央泥面放置炸药, ,且每次只起爆一处且每次只起爆一处), ),炸药量一次不宜超炸药量一次不宜超 过过100 g100 g。应当指出。应当指出, ,爆压通过水介质的传播爆压通过水介质的传播, ,将形成很大的向外压力将形成很大的向外压力, , 极易引起沉井开裂极易引起沉井开裂, ,因而在水中炮振时因而在水中炮振时, ,应严格控制每次用药量不超过应严格控制每次用药量不超过 100 g100 g的规定的规定, ,以策安全。以策安全。 ( (四四) )沉井纠偏方法沉井纠偏方法 沉井下沉的全部过程沉井下沉的全部过程, ,都是防偏与纠偏的过程。对已出现都是防偏与纠偏的过程。对已出现 偏斜的沉井采用什么方法纠正偏斜的沉井采用什么方法纠正, ,必须依据偏移情况、下沉必须依据偏移情况、下沉 深度等有关条件具体分析制定。在以往的工程实践中深度等有关条件具体分析制定。在以往的工程实践中, ,曾曾 积累了许多宝贵的经验积累了许多宝贵的经验, ,纠正方法尽管多种多样纠正方法尽管多种多样, ,但其共同但其共同 的规律是在下沉中纠偏的规律是在下沉中纠偏, ,边沉边纠边沉边纠; ;不下沉不下沉, ,单纯纠偏是难以单纯纠偏是难以 办到的。下面分别介绍几种常用的纠偏方法。办到的。下面分别介绍几种常用的纠偏方法。 ( (四四) )沉井纠偏方法沉井纠偏方法 (1)(1)井内偏挖、加垫法井内偏挖、加垫法 这是偏挖土法与一侧加支垫法的结合纠偏方法这是偏挖土法与一侧加支垫法的结合纠偏方法, ,是是 基本和有效的方法之一。即在刃脚较高的一侧井基本和有效的方法之一。即在刃脚较高的一侧井 内挖土而在刃脚较低的一侧加支垫内挖土而在刃脚较低的一侧加支垫, ,随沉井的下沉随沉井的下沉 , ,高侧刃脚可逐渐降低下来高侧刃脚可逐渐降低下来, ,如图如图16271627。 ( (四四) )沉井纠偏方法沉井纠偏方法 (2)(2)井外偏挖、井顶偏压或套拉法井外偏挖、井顶偏压或套拉法 这是偏挖土与偏压重或偏挖土与一侧施加水平力相结合的这是偏挖土与偏压重或偏挖土与一侧施加水平力相结合的 纠偏方法纠偏方法, ,其目的是提高单纯偏挖土的纠偏效果其目的是提高单纯偏挖土的纠偏效果, , 因为井外因为井外 挖槽因土方量大挖槽因土方量大, , 一般只挖一般只挖1.51.52 m 2 m 左右。此法多用在入左右。此法多用在入 土较深时的纠偏。如图土较深时的纠偏。如图1628 1628 所示。由于钢丝绳套拉时所示。由于钢丝绳套拉时 施加的水平力很大施加的水平力很大( (可以大至百吨以上可以大至百吨以上), ),滑车组的锚固需有滑车组的锚固需有 强大的地拢强大的地拢( (一般只能利用附近的桥墩作为地拢一般只能利用附近的桥墩作为地拢) )。采用这。采用这 一方法时一方法时, ,应如图使用平衡重应如图使用平衡重, ,而不用卷扬机牵引而不用卷扬机牵引, ,使作用力使作用力 持续不变持续不变, ,避免沉井位移时钢丝绳松弛避免沉井位移时钢丝绳松弛, ,也可防止沉井结构也可防止沉井结构 或千斤绳因受力过大而受损。或千斤绳因受力过大而受损。 (