（地质工程专业论文）沉井群的设计与施工.pdf

! ! 查查兰三堡竺土堡兰璺 摘要 沉井是在预制好的钢筋混凝土井简内挖土，依靠井筒自重或借助外力克服井壁与地 层的摩擦阻力逐步沉入地下，以实现工程目标的一项施工技术。做为基础使用是工程上 应用较为广泛的地基处理方法。沉井群作为建筑物或建筑物的一部分直接使用在工程上， 目前国内应用较少。因此选择沉井群的设计与施工作为课题进行研究和探讨，具有十分重 要意义和实用价值。 本文重点对鲁口孜电力排灌站工程穿堤涵下游出口滑坡处理采用6 段连续沉井作为 出水渠永久建筑物进行论述。主要从设计方面详细叙述了工程背景资料，设计思路，各部 分具体尺寸的确定，沉井之间的连接，沉井群各主要构件结构强度计算。从施工方面，本 工程的主要难点在于地下水位较高，滑坡后土层分布不均匀，且局部混有粉喷桩基、换填 粘土等障碍物情况下，如何保证6 段沉井顺利下沉，且连接顺直美观，进而详细阐述了施 工方案的选择，沉井群地基处理及制作工艺，下沉过程中的旌工顺序安排，出渣方式方法， 阻沉板的设置及作用。在具体实施过程中，对沉井群的平面尺寸、轴线位移、沉降量、下 沉速度等进行了观测、记录，获得了大量数据资料，并对其进行汇总分析。当出现倾斜、 扭转、位移时，采取相应的可靠措施进行纠编，从而在施工过程中为保证整个沉井群施工 质量提供了可靠依据。 通过对整个沉井群终沉后的实测，汇总分析结果表明，该沉井群最大位移偏差为 2 0 册，最大倾斜偏差为1 5 册，最大高程偏差为3 0 姗，整个沉井群施工效果较好，作为整 个建筑物的一部分，沉井群横平竖直，美观大方，且经过多年运行稳定性较好，为沉井群 作为建筑物使用提供借鉴和参考价值。 关键词：鲁口孜、沉井群、下沉、纠偏、阻滑板、砖胎模 塑塑盔兰三蔓堡主笙兰圆 a b s t r a c t o p e nc a i s s o n i sac o n s t m c t i o nt e c h n i q u ew h i c he x c a v a t e ss o i li nt h ep r e f a b r i c a t e d r c i n f o r c e d n c r c t ew e l lb o r e ，a n ds i i l l ( si n t ot l l eg r o u n db yt h ed e a d w e i g h to ft h ew d lb o r eo r e x o g e n i cs oa st or c a l i z et l l ea j mo ft h ep r 蜘e c t i th a sb e e na p p l i e df o rf o u d a t i o na n db e c o m e s aw i d e l y - u s e df o u n d a t i o nt f c a 协1 e n tm e t h o d a sc o n s t n l c t i o no rap a no fi td i r e c t l yu s e di n p m j c c t ，g m u po fo p e nc a i s s o n si s1 e s s - u s e da th o m e s oi t sv e r ys i g n j f i c a n tm e a n i n ga n d p m c t i c a lv a l u et 0s e l e c td e s i g r 皿e n t 孤d n s t m c t i o n 勰t a s kt 0m a k er e s e a r c ho n n ee m p h a s e so ft h i sp a p e fi st od e a l 、】l ，i t ht h ed o w l l d v c re x i ts l 叩eo f t h ec i l l v e no fl h e u i k o u z ic l e c t r i cp o w e fi r r i g a t i o na n dd r a i n a g es t a t i o n ，锄d “i sd i s c u s s e dw “ht h em e t h o do f a d 叩t i n gs i 】【s e c i i o nc o n t i 肿o u so p e nc a j s s o na st h c0 u ta q u e d u c t f r o mt h ed e s i 韶a s p e d ，t h i s p a p e rd c t a i l e d l yn a m t c sb a c k 孕叫n do ft l l e 锄g j n e e r j n 舀t h ed e s j 弘j n gm i n 虹n 岛t h ec o n f i 咖o f e v e r yp a n ，sd i m e n s i o n ，t t l ec o n n e c t i n gb e t w e e nt h e 叩e nc a i s s o n sa i l dt t i ec o m p u t i g0 fc l l e i n t e n s i o no ft h cc h i e n yc o m p o n e m s f r o mt h e n s t m c t i o na s p e c t ，t h ed i 蜘c u l 廿e so fi h i s e n g i i l e e i ! i n gc 0 s i s t sh i g h n e s so ft l i ew a t e rt a b l e ，t h ei e q u a l i t yo fd i s t r i b u t i n go ft h es t r a t u m ， a n dh o wt oe n s u r ct t l a tt h es i xs e c t i o n so p c nc a i s s o ng od o w ns l l c c c s s f i l n ya dt h e 印p e a r a n c e l o o k sb e a u t i f l l lu n d c ft h es i t u a t i o no fi n t e m l 讧i l l gp o 、v d c rg u s l l i i l gs t a k e ，f i i n gd a ya l l ds oo n t h c nt l l i s p a p e fn a 玎m c st l i es e l c c t i n go fc 0 璐t n l d i o ns c h 啪e ，t h cg m 岫d s i l ld i s p o s ea n d e x e c t l t i o nt e c h n i c so ft h e0 p e c a i s s o i l t h ea i r a n g e m e to fc 0 璐m 】c t i 衄0 r d e fd u r j n gt h e9 0 i n g d o w n u r ，t h et a p h o l em e t h o da i l dt h es e t t i n ga l l de 骶c io ft i l eb l o c ks 血k i n gb o a r d d u r i n g t h ea c t u a l i z i n gp m c c s s ，t h eo p c nc a i s s o n sd i m e n s i o n ，t h ea 】( e sd i s p l a c e m e n t ，t h es e d i m e n t a t i o n 粕dt h es i n k m gs p e c da r e0 b s e r v c da l l dn o t e d b yt l l i sa 笋e a td e a ld a t ai sg a i l l e dw h i c hi s g a t h e r e da n d 锄a i y z e d a d o p t 曲gc o r r e s p o n d i n gf e l i a b l et r c a t m c n tt or e c t i f yad e v i a t i o ns u p p l y s r e l i a b l er e f e r e n c cf o rt h eq u a l i t yo ft h ew h o l ec o n s t r u d i o no ft h eg f o u po fo p e nc a i s s o ni nt h e c o u r s eo fc o n s t 门j c t i o n t h r o u 曲a c c l i a 量m e a s u r c m e n to ft h eg m u po fo p e nc a i s s o na f t e rt h ef i n a ls e 砌e m e n t ，t h e r e s u l ti n d i c a t e st h a tt l l em o s td i s p l a c e m e n td e d i i i l a t i o ni s2 0 m m ，t h el a r g e s td e c l i n a t i o ni s 1 5 m m ，强dt h el a r g e s th e 鼬td e c l i n a t i o ni s3 0 m m ，t h e n s t r u c t i o ne f f e c to ft l l ew h o l eg m u po f o p e nc a i s s o ni sf a i r l yg r e a t a sap a no ft h ec o n s t m c t i o n ，t h eg r o u po fo p e nc a j s s o ni si n a c r i s s c r o s sf a s h i o na n db e a u t i f u l ，a f t e rd o n k e y sy e a r s ，i tm n sn o n n a l l ya n dp r o v i d e st h eu t i l i i yo f t h eg r o u po fo p e nc a i s s o na sc o n s t m c t i o nw “hu s ef o ir e f e r e n c e 衄dv a l u e k e yw o r d s ： l n k o n z i 、 g r o u po fo p e nc a s s j o n s 、 s e t t l 锄e n t 、 r e c 卿d e v 枷o n 、 a n t i s h i d e r 、m o d e lo fb r i c kt v r e 塑墨查兰三堡堕主堡兰国 第一章绪论 1 1 课题研究的目的和意义 沉井是在预制好的钢筋混凝土井筒内挖土，依靠井筒自重或借助外力克服井壁与地 层的摩擦阻力逐步沉入地下，以实现工程目标的一项施工技术。近年来，随着先进施工 机械设备的使用和施工技术和施工工艺的不断革新，沉井在国内外都得到了更加广泛的 应用和发展【l j 。 基础是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分，一般应埋入地下一定 的深度，进入较好的地层。地基与基础设计必须满足三个条件：作用于地基上的荷载 效应( 基底压应力) 不得超过地基容许承载力或地基承载力标准值，保证建筑物不因地基 承载力不足造成破坏或影响正常使用，具有足够防止整体破坏的安全储备；基础沉降 不得超过地基变形容许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用；挡土 墙、边坡以及地基基础等保证具有足够防止失稳破坏的安全储备。根据基础的埋置深度 不同可分为浅基础和深基础。通常把埋置深度不大( 3 5 m ) 、只需经过挖槽、排水等普 通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础；反之，若浅层土质不良，须把基础埋置 于深处的好地层时，就得借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深基础。很明显，沉 井是属于深基础的一种b 。j 。 地基与基础是建筑物的根本，统称为基础工程，其勘察、设计和旋工质量的好坏直 接影响到建筑物的安危、经济和正常使用。由于基础工程是在地下或水下进行，施工难 度大，造价及工期均约占总造价、工期的3 0 左右。当采用深基础或人工地基时，其造 价和工期所占比例更大。此外，基础工程为建筑物的隐蔽工程，一旦失事，不仅损失巨 大，且补救十分困难，因此在土木工程中具有十分重要的意义【2 。j 。 沉井是工程上应用较为广泛的地基处理方法，如用于桥梁墩台基础、地下泵房、水 池、油库、矿用竖井以及大型设备基础、高层和超高层建筑物基础等，在我国东部沿海 地区的水闸工程中使用也不少，其处理效果比较理想，可以同时解决地基承载力和地基 渗透变形问题。因此，对沉井的设计与施工作为课题进行研究和探讨，具有十分重要的 实用价值1 “们。本课题研究中所举的工程实例，是在工程失事后进行的补救措施，沉井 群作为建筑物( 而不是作为一般的基础) 直接使用，这在国内尚属较少，因此，更具有借 鉴和参考价值。 安徽省颍上县鲁口孜排灌站工程穿堤涵下游出口沉井系下游出口滑坡处理工程，出 塑堂茎堂三堡堡主笙兰国 口原设计为对撑式钢筋混凝土挡土墙，软基开挖时出现大面积滑坡，导致基坑雍平，无 法重新开挖，设计提出沉井方案，沉井全长5 0 ，共分6 段，每段净长8 1 朋，宽 1 0 8 聊，每段之间分缝宽o 2 3 m ，底框刃脚高1 7 坍，其中斜坡段o 7 8 m ，刃脚踏面宽度 o 2 m ，踏面外侧以1 0 0 1 0 0 角钢护角，封底底板设在刃脚踏面以上o 9 8 m 至1 5 8 m 之 间，厚o 6 ，该处设纵横两道撑梁成“十”字型，外侧墩墙厚0 6 m ，中墩厚o 3 川，墩 墙根部内侧设宽0 2 m 的悬挑板。悬挑板上侧设o 4 0 4 删贴角，在墩墙上设两层撑梁， 撑梁下为临时砖砌或混凝土挡土板。 以上沉井布置，对沉井精度有很高的要求，需要针对该沉井的地质条件和外部环境 条件，研究编制切实可行的施工组织方案。进行系统的旌工组织设计。本文将针对该工 程，具体研究沉并群施工的方法和技术，编制施工方案，进行旖工组织设计，确保沉井 群的制作，施工准备，下沉等全过程得到有效控制。 单个沉井施工的优点表明用常规的方法来施工鲁口孜排灌站下游出口六段外形尺寸 相同，且下沉后互相需要连接的沉井是比较容易的，但是，如何有效控制这六段沉井之 间的相对误差，确保每段沉井之间的连接在施工期间的质量控制具有研究与探讨的意 义，所以本文对沉井群的施工和控制加以较详细的阐述，为软土地区沉井群施工提供合 理的施工方案和有效的控制方法。 1 2 沉井施工技术的发展及研究现状 国外为了寻求降低井壁侧面摩阻力，在1 9 0 4 1 9 5 6 年间，日本采用壁外喷射高压空 气的办法降低井壁与上之间的摩阻力，使沉井下沉深度达到了1 5 6 m ；到了六十年代末至 七十年代初，使沉井的下沉深度超过了2 0 0 聊。但这种方法构造比较复杂，成本较高，下 沉速度不易控制，因此未获推广。同时，从五十年代以后，向井壁与土之间压入触变泥 浆降低侧面摩阻力的办法在欧州获得了广泛应用【l 。 我国解放后，在沉井施工技术上也取得了很大成就。如桥梁墩台基础，取水构筑 物、污水泵站、地下工业厂房，大型设备基础、地下仓库、人防掩蔽所、盾构拼装井、 船坞坞首、矿用竖井以及地下车道和车站等大型深埋基础和地下构筑物的围壁，均采用 沉井法施工。根据现有施_ 经验，陆地上大型钢筋混凝土圆形沉井直径达6 8 m ，下沉深 度为2 8 m ：某矩型沉井长4 8 5 m 宽2 1 5 m 、高2 0 6 ，采用无承垫木施工，分段制作， 一次下沉：某煤矿沉井采用预制砌块拼装，触变泥浆润滑套助沉，井壁厚仅6 0 一，但沉 井下沉深度却达到8 0 2 。而且目前矿用沉井的下沉深度已超过1 0 0 m 。在桥梁墩台基础 塑塑奎兰三堡堡主望苎国 沉井方面也有新发展，面积数百平方米的大型沉井的下沉深度也都超过了5 0 m 。还有我 国第一条江底随道两端长达数百米的引道工程，亦曾采用连续沉井法旌工。其它，如双 壁沉井，震动沉井，钢壳浮运沉井及钢丝网水泥浮运沉井等，这些施工方法也都是比较 成功的。 就沉井工法而言，以往以自沉工法为多，这种方法的优点是设备简单，其缺点是： ( 1 ) 只适用于一些软地层及沉设深度不深的情形。 ( 2 ) 由于下沉过程中没有有效地控制措施，所以下沉的垂直度不易控制；对非软土 层或砂卵石层等大深度沉井而言，易发生倾斜，致使下沉摩阻力过大，最后导致沉井沉 不下去。 ( 3 ) 为了避免沉不下去，有人采用增加井筒自重的方法，这样造成成本大增。 由于上述原因，该工法自2 0 世纪9 0 年代以来，在国外一些发达国家已弃之不用，取 而代之的是压沉法、嬲( 印口甜跏f 绷白括s d 船j 工法、c s ( s 妒p r 印盯。括s o ”。跏把m ) 工法【15 ：这些工法都是近年来针对克服纯自沉工法的弊病所提出的新工法。 1 3 本文研究的内容和主要工作 在设计方面，本文首先从沉井的分类、特点入手，从设计角度上叙述了沉井的构造 和布置，并通过工程实例详述了各部分尺寸具体拟定的方法和设计思路及设计意图；另 外。详细叙述了沉井主要构件的计算方法。 在旌工方面，本文对沉井群的旌工和控制加以较详细的阐述，尤其是沉井下沉过程 中遇到的偏斜、位移及扭转等问题的处理办法，为软土地区沉井群施工的施工方案和控 制方法提供了合理的参考和借鉴作用。 一般构造的沉井是钢筋混凝土结构，主要由井筒( 井壁) 、隔墙和刃脚等组成。 ( 1 ) 井筒：井筒一般为重度较大和刚度较高的钢筋混凝土结构，可根据需要制成方 型，圆型及其他型状的断面。一个沉井通常由多节井筒组成，每节井筒上下敝开，接头 处由混凝土和钢筋连接，有防渗要求时尚需设置防渗止水。 钢筋混凝士井筒的壁厚应根据承受的土压力、水压力，下沉时的摩阻力等通过计算 确定，通常厚度为( ) 4 1 2 m 。 ( 2 ) 隔墙：当井筒跨度较大时，为了了减小井筒跨度，改善受力条件，增强简体刚 度，通常在井筒内设置纵横问隔墙，隔墙厚度一般为0 5 肌。 ( 3 ) 刃脚：底节井筒卜端的钢制尖角，其作用是保护底节井简和便于沉井切入土层 翌塑查兰三堡堡主堡茎国 中，刃脚踏面宽度一般为2 0 0 3 0 0 m m ，内侧倾角4 0 。6 0 。【1 62 ”。 除以上主要组成部分外，沉井下沉到设计高程后，根据工程要求需进一步完善，如 进行封底、填心等。 1 4 沉井的优、缺点及应用 沉井在深基础施工中具有独特的优点：由于占地面积小，不需板桩围护，技术上又 比较可靠，与大开挖相比挖土量少，节省投资；无需特殊的专业设备，而且操作简便； 在各类地下构筑物中沉井结构又可作为地下构筑物的围护结构，沉井内部空间亦可得到 充分利用。近年来，随着施工技术和施工机械的不断革新，沉井在国内外都得到了更加 广泛的应用和发展 2 8 】。 一4 一 塑塑查兰三堡堡主堡苎国 第二章沉井群设计的原理与计算方法 2 1 沉井的特点 沉井是一种利用人工或机械方法清除井内土石，并借助自重或填加压重等措施克服井 壁摩阻力逐节下沉至设计标高，再浇筑混凝土封底( 大多还填塞井孔或加做井盖) ，并成 为建筑物的基础的井筒状构造物。 2 1 1 优点 ( 1 ) 埋深较大，整体性强，稳定性好； ( 2 ) 具有较大的承载面积，故而能承受较大的垂直和水平荷载； ( 3 ) 旌工工艺简便，技术稳妥可靠，无需特殊专业设备； ( 4 ) 应用范围较广。 2 1 2 缺点 ( 1 ) 施工工期较长： ( 2 ) 对细砂和粉砂类土在井内抽水时易发生流砂现象而使沉井具有较大的倾斜； ( 3 ) 下沉过程遇到蛮石、树干或其它难于清除的障碍物时，将增大施工难度： ( 4 ) 井底座在表面倾斜较大的岩层上时，施工难度也将加大。 2 2 沉井的分类 2 2 1 按沉井个数分类 ( 1 ) 单个沉井：仅有一个独立的沉井，或虽沉井个数不止一个但沉井之间的间距较 大而使得彼此没有联系的沉井。 ( 2 ) 群井：沉井个数不止一个且沉井之间的间距较小，彼此之间互有联系的沉井3 6 、 3 8 1 。 2 2 2 按施工方法分类 ( 1 ) 一般沉井：直接在基础、发计的位置制造，然后挖土下沉的沉井。有时基础位于 水中，则先筑岛，再在岛上制造下沉。 ( 2 ) 浮运沉井：先在岸边预制，再浮运就位下沉的沉井【l 】。 一般皆采用一股沉井，当水深较大( 如水深大于1 0 ) 或水流流速较大，有通航要求， 人工筑岛困难或采用一般沉井不经济时采用浮运沉井。 5 ! ! 塑查兰三堡堡主笙兰固 2 2 3 按井壁材料分类 ( 1 ) 砼沉井：因其抗压强度高而抗拉强度低，故而多做成圆形，且仅适用于下沉深 度不大( 4 7 m ) 的松软土层。 ( 2 ) 钢筋砼沉井：应用最广，其抗拉抗压强度高，下沉深度大，既可做成重型或簿 壁的一般沉井，也可做成簿壁浮运沉井及钢丝网水泥簿壁浮运沉井。 ( 3 ) 钢沉井：优点是强度高、质量轻、易于拼装，一般用于制造空心浮运沉井；缺 点是用钢量大，下沉时须外加压力，目前国内用的极少。 ( 4 ) 其它材料的沉井：如木沉井、砌石圬工沉井等，一般用于盛产木材或石材而工 程条件允可的情况下【2 4 】。 2 2 4 按平面形状分类 ( 1 ) 按外边框形状分为：圆形、矩形和圆端形共三种基本类型，其它形状的沉井只 是在此三种基本类型上稍作变化而己。 圆形沉井在下沉过程中易于控制方向，不容易倾斜、扭转或位移，且井壁仅受轴向力 作用，即使侧压力分布不均匀，弯曲应力也较小，可充分利用砼抗压强度大的特点；但制 造比较麻烦，一般情况下和上部结构的连接比较困难。 矩形沉井制造方便，受力有利，能充分利用地基承载力，便于和上部结构的连接。但 在侧压力作用下，井壁受较大的挠曲力矩；当井身用作桥墩时弯曲应力也较小i l 。 ( 2 ) 按井孔布置方式分为：单孔、双孔及多孔沉井。单孔用于平面尺寸很小的沉井， 如小型涵洞的防冲槽等部位。当平面尺寸较大或很大时，为改善井壁受力条件，便于均匀 取土下沉，在井中设置纵向或横向隔墙，就形成了双孔及多孔沉井。 2 2 5 按井筒铅垂剖面形状分类 ( 1 ) 柱形沉井：井壁受力较为均衡，下沉过程中易于控制方向，不容易倾斜，便于 旖工，往上接长简单，模板还可重复利用：但井壁阻力较大，如土体密实而下沉深度较大 时，容易出现下部悬空从而造成井壁拉裂的现象。故而一般多用于土质松软、入土不深、 或自重较大( 否则将难以下沉而需从上部加压) 的情况。 ( 2 ) 锥形沉井：井壁侧阻力较小，抵抗侧压力性能较为合理；但施工较为复杂，模 板消耗多，下沉过程中易于发生倾斜，故而一般多用于土质较为密实、下沉深度较大、自 重较小的情况。锥形沉井的外壁坡度为1 2 0 l 5 0 。 ( 3 ) 阶梯形沉井：又叫台阶形沉井，台阶一般做在沉井的下部，台阶宽一般为o 1 0 2 m ，实为锥形沉井的一种变异，台阶折算后的斜面坡度不超过1 2 0 l 5 0 。 - 6 一 塑塑查兰三堡婴主堡奎固 2 3 沉井群的构造 2 3 1 沉井的轮廓尺寸 作为基础的沉井，其平面尺寸取决于建筑物底部的形状。为保证下沉的稳定性及纵、 横向刚度不相差过大，一般要求沉井的水平截面中长短边之比3 。如建筑物的长宽比接 近，可考虑采用方形或圆形沉井。结构物边缘应尽可能支承于井壁或沉井顶板支承面上。 对井孔内不填充砼的空心沉井，不允许结构物边缘全部置于井孔位置上【1 9 】。 沉井的入土深度应根据上部结构、水文地质条件及各土层的承载力等确定。若沉井入 土深度较大，应采取分节制造和下沉，每节高度宜5 m ；底节沉井在松软土层中下沉时， 还应o 8 b ( b 为沉井宽度) ；若底节沉井过高，沉井过重，将给制模、筑岛时岛面处理、 下沉前的抽除垫木等带来困难 1 、3 】。 2 3 2 沉井的主要构造 ( 1 ) 井壁：为沉井的主体部分，其作用是在下沉过程中挡土、挡水及利用本身自重 克服土与井壁间摩阻力下沉。 a 顺水流方向上的井壁：对作为基础的沉井而言，沉井施工完毕后，可作为传递上 部荷载的建筑物基础一部分，作为永久建筑物的一部分而挡土、挡水的井壁必须具有足够 的强度和一定的厚度，砼强度等级宜 c 2 0 ，并根据旌工过程中的受力情况配置竖向及水 平向钢筋。井壁厚度按下沉需要的自重、强度以及便于取土和清基而定，一般厚度为 o 7 1 2 ，甚或达1 5m ，最簿不宜小于0 4 ( 钢筋砼簿壁沉井及钢模薄壁浮运沉井可不 受此限制) 。 b 垂直水流方向上的井壁：对作为基础的沉井而言，其做法、作用和要求与顺水流 水流方向上的井壁相同。然而作为临时结构而挡土、挡水的井壁，仅在沉井下沉过程中起 作用，在沉井下沉结束浇筑封底，且封底达到强度后予以拆除，以便通水。为便于拆除， 采用“2 4 ”砖墙结构。为使在沉井下沉过程中该砖墙具有足够的强度、刚度和整体性，在 砖墙砌筑完毕后，将其作为底模，在其顶部浇筑钢筋砼压梁，该压梁同时还起到井壁与内 隔墙问的撑梁作用。该道撑梁在封底达到强度后予以拆除，以免阻水。砖墙采用机制砖， 蚴。水泥砂浆砌筑；在砖墙与顺水流水流方向上的井壁、中隔墙的每个接触面处，均设置 五道拉锚钢筋( 每道由2 根直径8 m m 的钢筋组成，每根钢筋伸入壁墙内o 3 m ，压入墙内 】0 m ) 予以连接。 沉井高度较高时，呵分节制作，每节高度可视沉井的全部高度、地基土情况和施工条 塑塑查堂三堡堡主堡兰国 件而定，不宜高于5 m 。 ( 2 ) 刃脚、4 1 、：井壁下端形如楔状部分称为刃脚，其作用是利于沉井切土下沉。其 形状根据地质情况，可采用尖刃脚或带踏面的刃脚( 指底面有一定宽度的刃脚) ，但一般 皆采用带踏面的刃脚，踏面宽度可为1 0 2 0 c m ，如为软土地基可适当放宽。为防止损坏， 刃脚底面应以型钢( 角钢或槽钢) 加强。刃脚斜面与水平面交角应大于4 5 。刃脚斜面 高度视井壁厚度、便于抽除踏面下的垫木而定，一般不小于1 o m 。公路桥涵地基与基础 设计规范第6 2 4 条规定：井内隔墙底面比刃脚底面至少应高出5 0 洲，以防其下的土顶 住沉井而妨碍下沉【“。 刃脚砼强度等级宜大于c 2 0 。 当沉井需要下沉至稍有倾斜的岩面上，在掌握岩层高低差变化的情况下，可将刃脚做 成与岩面倾斜度相适应的高低刃脚。 ( 3 ) 隔墙：当沉井平面尺寸较大时，应在沉井内设置隔墙，起作用不仅增加整个沉 井的刚度，减小井壁的挠曲应力，且将井内空腔分隔成多个井孑l ，便于控制挖土下沉，防 止或纠正倾斜和偏移。 为加强隔墙与刃脚的连接，一般在隔墙与刃脚的连接处设置埂肋，以增加底框的刚度。 肋梁均居中布置，位于隔墙之下。 由于采用人工挖土，在顺水流方向的内隔墙的下部设置两个过人孔，以便工作人员井 孔间往来，亦便于井孔问能及时联系、协调挖土，一般要求过人孔尺寸不小于1 o 1 o m 。 垂直水流方向上的内隔墙做法与外井壁相同。 ( 4 ) 井孔：在内隔墙布置好后，并孔尺寸也相应确定下来。井孔为挖土、排土的工 作场所和通道，平面尺寸应满足旌工要求，最小边长( 或直径) 一般不小于3 om ，其布 置应简单、对称，以便对称挖土，保证沉井下沉均匀。 ( 5 ) 封底m ”1 ：沉井是否需要封底，取决于下卧层地基土的允许承载力，若下卧层 地基土允许承载力足够，则应尽量采用不封底沉井。只有在允许承载力不够时，才选用封 底沉井。因为沉井开挖较深，地下水的影响大，沉井封底施工一般比较困难。不封底沉井 的回填，应选用渗透系数与井底地基土相同的土料，并应按要求分层进行夯实，以防止渗 透变形和过大的沉降。 对封底沉井而言，沉井达设计标高进行清基后，即可浇筑封底砼，以承受地基土和水 的反力，防止地下水涌入并内。封底砼顶面应高出刃脚根部不小于o 5 m ，其厚度应由应 力验算决定。对于不排水下沉的沉井，当采用素砼封底时，其厚度根据经验可取为不小于 一8 一 塑童查量三堡婴圭笙苎国 沉井短边长的0 5 倍。 封底砼强度等级：对岩石地基一般采用c 1 5 ，一般地基采用c 2 0 。当井孔内充填砼时， 其强度等级一般采用c i 5 0 对本工程沉井而言，封底厚度较簿，仅o 6 m ，采用钢筋砼结构， 砼强度等级采用c 3 0 。 ( 6 ) 顶板：对于作为基础的沉井，封底后，若条件允许，为节省圬工量，减轻基础 自重，可做成空心沉井基础，或仅填以砂石砾料，此时井项须设置钢筋砼顶板，以承托上 部结构的全部荷载。顶板厚度一般为1 5 2 o m ，钢筋配置由计算确定。 2 4 沉井的计算 沉井的计算一般包括两部分内容：一为将沉井作为整体深基础的计算；二为施工过程 中的结构强度计算。 设计计算前必须掌握如下有关资料：上部或下部结构尺寸要求，设计荷载；水文 和地质资料f 如设计水位、施工水位、冲刷线或地下水位标高，土的物理力学性质，施工 过程是否会遇到障碍物等) ；拟采用的旋工方法( 排水或不排水下沉，筑岛或防水围堰的 标高等1 。 2 4 1 沉井作为整体深基础的计算 沉井作为整体深基础计算，主要是根据上部结构特点、荷载大小以及当地的水文和地 质情况，结合沉井的构造要求及旋工方法，拟定出沉井各部位的平、立面尺寸，然后进行 整体基础的计算2 、3 16 、1 3 、3 ”。 一般要求沉井基础下沉到坚实的土层或岩层上，其作为地下结构物，荷载较小地基 的强度和变形通常不会存在问题。作为整体深基础，一般要求地基强度应满足： f + g r + 只，( 2 - 1 ) 式中：f _ 沉井顶面处作用的荷载( 七) ； e 一沉井的自重( 盘) ； r ，沉井底部地基土的总反力( 剧) ： 只，沉井侧面的总侧阻力( t 忉。 沉井底部地基土的总反力r ，等于该处土的承载力特征值丘与支承面积爿的乘积。即 r = i ，。爿 ( 2 2 ) 翌堂奎兰三矍堡主笙壅函 可假定井壁侧阻力沿深度呈梯形分布，距地面5 m 范围内按三角形分布，5 埘以下为 常数，经推导总侧阻力为： r ，= u ( 向一2 5 ) g ( 2 3 ) 式中：e 卜沉井的周长( m ) ； 卜沉井的入土深度( m ) ； q 单位面积侧阻力加权平均值，g = g ， ，曩( 盘砌) ； 各土层厚度) ； 吼f 土层井壁单位面积侧阻力，根据实际资料或查表2 - l 选用( 该表选白水闸设 计规范s l 2 6 5 2 0 0 1 ) 【4 3 。 表2 1井壁单位面积侧阻力( 1 p a ) 土的名称摩阻力( 圮) 泥浆套 3 5 软土 1 0 1 2 较软粘性土 较硬粘性土 2 5 5 0 砂性土 1 2 2 5 砂砾石 1 5 2 0 砂卵石 1 8 3 0 沉井作为整体深基础的计算，按其埋置深度可有两种不同的计算方法。 当沉井埋深较浅( 5 o 小) 时可不考虑井侧土体横向抗力的影响，按浅基础设计、计 算与验算，验算地基的强度、稳定性和沉降量，使其符合各项要求； 当埋深较大( 5 o m ) 且计算深度砌 1 0 m 1 0 0 且不大于3 0 0 用水准仪检查 1 0 l u o 注：、h 为下沉总深度：r 为最高与最低两点问的距离。 、检查数量：沉井的制作按浇筑段( 节) 内外各抽查1 5 处；下沉后按每座沉井检查。 3 6 沉井纠偏措施 3 6 1 沉井产生偏斜的原因 - 沉井在下沉过程中，有时会出现倾斜、位移、扭转等情况，应加强观测，及时发现 并采取措施进行纠正。其产生原因主要有以下几种： ( 1 ) 、沉井构筑质量较差，尺寸不符合质量标准要求。如刃脚小平面与沉井中心线不 垂直，刃脚与井壁不垂直，井壁不光滑等。 ( 2 ) 、拆刃脚垫架时，抽出承垫木未对称同步进行，或未及时回填卵砾石。 ( 3 ) 、挖土不均匀，使井内土面高差悬殊过大。 ( 4 ) 、刃脚下掏空过多，使沉井不均匀突然下沉。 ( 5 ) 、地基软硬不均，或刃脚一角( 一侧) 被障碍物顶撑，未能及时发现和处理。 ( 6 ) 、排水下沉，井内一侧出现涌砂现象。 ( 7 ) 、地下水或雨水侵入井内，井壁四周土方因地下水浸泡而坍塌，导致井身倾斜或 变形断裂，或因井外弃土或施工荷载对沉井一侧产生偏压，以致产生位移。 3 6 2 纠偏措施 沉井倾斜和位移调整的关键是搞清倾斜及位移产生的原因，经分析研究后再确定纠 塑壹盔兰三矍堡主堕苎图 偏措施。如沉井已经偏斜，可采取在刃脚较高一侧加强挖土，并可在较低一侧适当回填 砂石，必要时配以井外射水，或局部偏心压载，都可使偏斜得到纠正，待其正位后，再 均匀分层取土下沉。如倾斜是由于被障碍物顶住，应及时清除障碍物【2 0 4 ”。 位移产生的原因多由于倾斜导致的，如沉井在倾斜情况下下沉，则沉井向倾斜相反 方向位移，或在倾斜纠正时，如倾斜一侧土质较松软，由于重力作用，有时也沿倾斜方 向产生一定位移，因此预防位移应避免在倾斜情况下下沉，加强观测，及时纠正倾斜。 位移纠正措施一般是有意使沉井向位移相反方向倾斜，再沿倾斜方向下沉，至刃脚中心 与设计中心位置吻合时，再纠正倾斜。因纠正倾斜重力产生的位移，可有意向位移的一 方倾斜，纠正倾斜后，使其向位移相反方向产生位移纠正【2 6 j 。 沉井下沉产生扭转的原因是多项不同方向倾斜和位移的复合作用引起的，可按上述 纠正位移、倾斜方法纠正位移，然后纠正倾斜，使偏差在允许范围以内。 综上所述，沉井在下沉过程要经常测量，及时纠偏，其措施主要有以下几种1 3 ”：( 见 挖土 ( a ) ( b ) a 一倾斜调整b 一偏位调整e 一允许偏差值 e7 中心偏移值 图3 一l 远差遁盟! 全值僮逼整苤垂图 ( l ) 、严格控制井筒施工的外形尺寸，要求井筒外壁垂直，光滑，避免由于结构弓 起的阻力增加。 塑塞查兰三堡堕主堡苎国 ( 2 ) 、严格按照程序抽除垫木，并及时回填卵砾石，确保沉井正位下沉。 ( 3 ) 、在井壁多的一侧旌工加偏压，直至井壁偏正。 ( 4 ) 、井外单侧挖土，将偏移部位压向正确位置。此法在首节沉井下沉时使用效果 较好。 ( 5 ) 、井内均匀开挖，每层开挖厚度在o 3 一o 5 聊范围内，先中间，后四周。 ( 6 ) 、井外壁单侧注水或泥浆以减小井壁与土层的摩擦力。 ( 7 ) 、及时堵住涌砂及雨水浸入。 ( 8 ) 、基底有障碍物时，及时排除，若有软硬岩层时，应先挖除硬岩石，后挖软 土，最后挖除支撑点。 3 7 沉井封底 当沉井下沉到距设计高程以上0 1 时，应停止井内挖土和抽水，使其靠自重下沉至 设计和接近设计高程，再经2 3 天下沉稳定，或经观测在8 小时内累计沉量不大于1 0 州 时，即可进行沉井封底。封底方法有以下两种： ( 1 ) 、排水封底( 即干封底) 方法是将新老混凝土接触面冲刷干净并凿毛，对井底进行修整使土面成锅底形，由 刃脚向中心挖放射形排水沟，填以卵石作成滤水暗沟，在中部设2 3 个集水井，深 卜2 m ，井间用盲沟相互连通，插入函6 0 0 函8 0 0 四周带孔眼的钢管或无砂混凝土透水 管，外包二层滤网，四周填以卵石，使井底的水汇入井中，用潜水泵排出，保持地下水 位低于基面0 5 加以下。当采用深井降低地下水位时不需要做排水沟和集水井。 封底一般铺一层1 5 0 一5 0 0 m m 厚碎石垫层，再在其上浇一层混凝土垫层，刃脚下用混 凝土填满，振捣密实，以保证沉井的最后稳定。达到5 0 设计强度后，在垫层上绑钢 筋，两端伸入预留凹槽内或与预留钢筋焊接，钢筋绑扎好以后浇筑上层混凝土底板。浇 筑应在整个沉井面上分层，同时不问断地进行，由四周向中央推进，并振捣密实。当井 内有隔墙或撑梁时，应前后左右对称逐孔浇筑，混凝土采用自然养护，养护期间应继续 降水，待底板混凝土强度达到7 0 后，将集水井用混凝土封填1 、1 ”。 ( 2 ) 、不排水封底( 即水下封底) 当井底涌水量较大或出现流砂时，沉井应在水下进行封底。 塑塑查兰三堡堡主堡兰圈 沉井基本稳定后，将井底浮泥清除干净，新老混凝土接触面冲刷干净，并抛毛石和 碎石垫层。水下浇筑采用导管法施工。 水下封底混凝土达到所需强度后，并能满足抗浮和抗地下水扬压力情况下方可从沉 井内抽水，检查封底情况，进行补漏，然后进行钢筋混凝土底板施工。如果不能满足抗 浮和抗杨压力要求，底板旅工前应采取深井或井点降水措施，达到要求后方可抽水。 3 8 沉井旌工主要技术要点 沉井施工中可能出现的难点因地质条件、设计和施工经验等的不同，其内容有所差 别，一般要点如下8 、1 8 】： ( 1 ) 、底节( 从施工程序说也可称首节) 沉井施工平台( 即始沉平台) 的高程应根据 施工季节的地表水位或地下水位确定。如地下水位较高，难于压实和承载力太低的土层 应予以清除、换填。 ( 2 ) 、底节沉井的施工质量是整个沉井顺利下沉的关键，其各道工序如平台压实、刃 脚制安、井身砼浇筑及抽垫架下沉等均应切实做好。 ( 3 ) 、沉井下沉过程中可能遇到的问题有：在不均匀地层内的下沉；通过流砂层的下 沉；地下水集中喷涌；夏季地下水位超高；沉井位置偏移或倾斜；井筒内出渣方法及井 内施工安全性等。应针对以上问题，制订详细的单项施工技术措施。 ( 4 ) 、沉井的地基处理，水利水电工程对沉井地基处理一般要求较严，要保证稳定、 可靠、承受侧向力较大的沉井应座落在坚实基础上，并采取锚筋和钢筋砼封底。为确保 沉井基础工程质量，施工中的排水十分重要，因此，如何设置排水设施应提出详细技术 措施。 ! 里塑查兰三堡堡主堡兰固 4 1 工程背景 第四章工程应用 4 1 1 工程概况 ( 1 ) 、沉井群在本工程中应用的成因 鲁口孜泵站位于皖颍上县鲁口孜乡西南淮北大堤上，具有自排、抽排、抽灌、自灌和 防洪等功能，安装三台6 4 z l q 一5 0 及两台殂b 一5 0 型轴流泵，总装机4 0 0 0 女阢泵房为堤后 式干室型结构。由于经费原因和度汛要求，工程分年分期旅工，泵室及控制段灌注桩基础 为第一期工程，在一个非汛期内完成；前池、泵室和控制段地面以下部分为第二期工程， 在一个非汛期内完成；穿堤涵洞、新堤填筑和内河侧进水闸为第三期工程在一个非汛期完 成，涵洞出口( 包括挡土墙、护坦、护坡) 、出口引河为第四期工程，在一个非汛期内完 成；厂房、灌溉涵洞、机电设备安装为第四期工程。 按常规水利工程先低后高的施工顺序，涵洞出口的挡土墙、护坦应与涵洞同时旋工， 但由于按防汛要求，涵洞施工在老堤内进行，不拆除老堤，等新堤填筑完成后才能拆除老 堤，而涵洞出口恰好在老堤下面，涵洞旌工时无法进行涵洞出口的挡土墙、护坦施工。只 有等到老堤拆除后与外河侧引河开挖一齐施工。 在第四期工程旌工时，泵站外河侧引河开挖由民工施工，当土方开挖完成拟验收时， 于1 9 9 9 年2 月9 日凌晨，外引河左岸河坡发生滑坡并引起新筑堤坡滑动，滑坡土体淤塞 基坑，新堤外坡出现多处裂缝。 由于左岸河坡发生滑坡，滑动土体较大且已引起堤坡滑动，在分析处理方案时，首先 考虑应稳定已有现状不再恶化，已滑动的土体在外河侧建筑工程未完成前不得清除，以防 卸载后引起新的土体滑动，甚至带动近处淮北大堤堤身开裂或滑动现象发生，从而造成更 大工程事故。经多次认真研究工程解决的方案，决定将滑坡范围内填土至v 1 7 0 0 埘高程， 以保持滑坡体的稳定，并在此范围修建沉井群。鉴于滑坡影响范围较大，沉井群顺水流方 向长度根据实际需要确定为5 0 m ，共由六段沉井组成，上游面与泵站的防洪启闭机台相连， 下游面与块石护砌段连接。沉井群下沉到位后浇筑钢筋砼封底，然后在v17 0 0m 高程以 上按正常钢筋砼施工工序浇筑沉井群顶部结构。沉井群与其上部结构连成整体，均作为建 筑物的一部分( 沉井群不是仅仅作为建筑物的基础) 形成出水渠道，以起到挡土、过水作 用。 塑堂查兰三堡堡圭笙苎国 群井位置及结构见图4 一l 和图4 2 4 一一上蚯q 。 一 骝 11 1 盟 ! 生皇王堕三帮 图4 - 1 趣羞薤主里面匿 一 一2 12 0p。2 】2 0 一。乏翠 | |1 8 6 。j 一号沉卉 二号沉井三号沉升 醇甜0 五巍芽刈一1 f i 群= 二二。 口口 k 一 l 一1 30 0壮j 出卫删 萨堡菲鼍 i ( 2 ) 、工程区的地质条件 根据勘探揭示，该建筑场地( 拟建沉井部位) 古地貌为淮北冲击平原，微地貌为淮河 漫滩和焦岗湖微地貌单元，属第四纪叫河湖相沉积。地基自上而下分六层，现分述如下： 第。层：粉质壤土，层面高程1 9 9 2 1 8 5 4 m ，层底高程1 2 8 5 1 2 6 2 m ，层厚6 o 望堡奎兰三墨堡主堡塞国 7 ，3 m 。黄色，稍湿，松散软塑状态，夹砂壤土，高压缩性土，属扰动土。 第b 层：粉质壤土，层面高程2 9 8 3 2 3 7 0 m ，层底高程2 4 3 3 2 0 8 j ，层厚1 5 5 0 m 。黄灰黄色，稍湿，软塑状态，含砂壤土，高压缩性土，主要是素填土和弃土构成。 第层：粉质壤土，此层分布与b 层一致，层底高程2 2 3 3 1 6 3 0 m ，层厚2 o 5 4 m 。 黄色，稍湿，软塑软可塑状态，夹砂壤土簿层局部互层，高中压缩性土，在高程2 1 o o m 以上为素填土。 第层：砂壤土，此层分布与b 层一致，层底高程2 0 8 3 1 5 5 9 m ，层厚1 4 2 2 州。 黄褐色，稍湿，松散状态，高压缩性土。 第层：砂壤土，此层分布与b 层一致，层底高程1 6 1 5 1 3 8 9 ，层厚1 4 5 5 聊。 黄褐色，稍湿很