沉井施工及在顶管工程中的应用.doc

沉井施工及在顶管工程中的应用一 沉井技术的产生及发展沉井施工法是深基础施工中采用的主要施工方法之一，它与基坑放坡施工相比，具有占地面积小、挖土量少，对邻近建筑物影响经较小等优点。因此，在工程用地与环境条件受到限制或埋深较大的地下构筑物工程中被广泛应用。在市政工程中，沉井常用于桥梁墩台基础、取水构物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。在密集的建筑群中施工时，为确保邻近地下管线和建筑物的安全，近年来创造了“钻吸”工艺和“中心岛式”施工工艺，这些施工新工艺可使地表仅产生微量的沉降和地层位移。由于沉井施工技术的不断发展和日致完善，所以，只要施工措施选择恰当，沉井施工法几乎可适用于任何环境和地质条件；最深的沉井，已能深入地下达数十米。沉井以它的技术先进，在市政工程中的用途已日益广泛。目前国内外沉井施工的发展，已使不少沉井深度达到约30m和平面尺寸达到3000m2，有的特殊使用的沉井深度可达到100m以上。为了寻求沉井施工中特别是深沉井施工中降低井壁侧面摩擦阻力，在40年代日本采用壁外喷射高压空气（空气幕法）降低井壁上的摩阻力，使沉井下沉深度达到156m，到70年代初使下沉深度超勃200m。采用此法时空气幕构造较复杂，高压空气耗量亦大，控制纠偏技术要求较高，此法在我国也已应用。50年代以后，在欧洲推广了在井壁与土之间压入触变泥浆降低摩擦阻力。压注触变泥浆法在我国应用较多，而且已在工程应用中能使触变泥浆兼有减摩擦阻力。压注触变防止沉井辕围地面沉降有作用，同时可减少沉井壁厚并使下沉中沉井四周压力较均匀，改善构受力状况。二 沉井的构造及施工沉井是筒状结构物，它是以井内挖土，依靠自身重量克服井壁摩阻力后下沉至设计标高，然后经过（钢筋）混凝土封底，并填塞井孔，使其成为桥梁墩台或其它构筑物的基础，沉井基础的特点是：埋置深度可以很大，整体性强，稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，沉井即是基础，又是施工时的挡土墙和挡水围堰结构物，沉井按材料分类有：混凝土、钢筋混凝土、竹筋混凝土、钢结构、砖石、木沉井等，按形状分类有圆形、矩形及圆端沉井等。沉井从外形分主要分竖直式，倾斜式和阶梯式等，外壁竖直式的沉井，它在下沉过程中不易倾斜。在土质较松软，沉井深度不大的条件下广为采用；倾斜式及阶梯式井壁可以减少土与井壁的摩阻力，施工较为复杂，沉井下沉过程中容易倾斜。倾斜式的沉井井壁坡度多为1/201/40，阶梯式井壁的台阶宽一般为100200mm。（一）沉井的构造由井壁、刃脚、底梁、框架梁、凹槽、压浆孔、封底及盖板组成。沉井的制作工序为：挖基坑 临时垫层安装排架立内模 绑扎钢筋立外模浇筑主体混凝土破除沉井临时垫层 下沉基底处理 封底。1、挖基坑：为了减小沉井的下沉深度在基础位置挖一浅基坑，在坑底进行沉井制作，坑底高出地下水位400mm以上。2、临时垫层：在地下水位高，地基软弱的情况下，先铺400厚砂石垫层，以保受力均匀，再浇筑200厚混凝土，做为井体的临时基础，保证井体在制作过程不被破坏及井体平稳。3、搭设排架，支内模，按图纸及施工规范进行钢筋绑扎，待外模立好后，方可浇筑混凝土。4、拆模及垫层破除：沉井混凝土达到设计强度的70%时可拆除底模，强度达到设计要求时，才能进行沉井临时垫层的破除，破除混凝土垫层时应对称破除，以免井体发生大的倾斜。5、挖土下沉：顶管工程沉井在下沉前应清除破碎垫层混凝土及硬杂物，以免损坏顶管机械，沉井下沉施工可分为排水下沉和不排水下沉。当沉井穿过的土层较稳定，不会因排水而产生大量流砂时，可采用排水下沉，土的挖除可采用人工挖土或机械除土，也可采用人机配合，它适用于土层渗水量不大且排水时不会产生涌土或流砂的情况，人工挖土可使沉井均匀下沉和清除井下障碍物，人机配合，这样可以提高出土效率，机械挖除表面大量土方，再有人工进行修边挖方，这样就保证了井体均匀下沉之目的，但应采取措施，确保施工安全。不排水下沉一般都采用机械除土，或用水力吸泥机，配以水枪射水将土冲成泥浆吸出，由于吸泥机是将水和土一起吸出，故需经常向井内加水维持井内水位高出井外水12m，以免发生涌土或流砂现象。不排水挖土法，在城市及农田地区对周边地区污染大，受地理位置局限性大故在城市或农田的地区不宜采用。如遇有可能产生涌泥、流砂的城市、农田地区，可采用井外降水（大口井），人、机配合挖土，这样提高了出土效率，又不致于污染环境。6、封底沉井沉到设高程时应检查基底情况，鉴定是否满足设计要及规范要求，如地基检验合格，刘级对地基进行清理方可封底地基为沙性或粘土时，应在地基上铺以碎石或卵石，直铺刃尖以上200mm，然后浇筑封底砼，待封底混凝土达到终凝时，方可绑扎底板钢筋，浇筑底板砼，底板混凝土达到强度的70%时，方可停止降水。深井完成，顶管工程开始。（二）沉井下沉过程中遇到的问题及处理。1、沉井发生倾斜和偏移 在下沉过程中应随时观测沉井的位置和方向，发现与设计位置有过大的偏差应立即纠正，纠正前应分析偏斜的原因，如挖土不均，井底土层软硬不匀，井内发生流砂，沉井突然下沉，刃脚遇到障碍物顶住未及时清除，井外堆土不均等井体都可能产生倾斜和偏移。如高差过大，可将沉井较高的一边刃脚旁的土，顺水平和垂直方向削去一部分，而较低一边刃脚的土保持不动，使较高的一边逐渐下落，直至纠正高差为止。如此方法无效时，可在高边加放铁块、土袋、混凝土块等重物，继续按以上方法进行挖土，这样可以消除高差。2、沉井下沉困难这主要是由于沉井自身重量克服不了井壁摩阻力，增加沉井自重（多节沉井可提前浇筑上一节沉井）或沉井顶上压重物迫使沉井下沉。减少沉井外壁的摩阻力，可通过注浆孔向井外壁注浆（膨润土浆）加以润滑，以达到下沉的目的。3、 特殊情况的处理在地质情况复杂及河道旁进行沉井施工时，地下水非常丰富，采用降水法施工时，宜遇涌泥，流砂的突然出现，井体突然下沉，在不取土的情况下井体下沉，这时应立即向井内注水，直至高出（井内水位）地下水位12m，以阻止涌泥，流砂及井体继续下沉造成超沉，然后采用不排水法施工。采用导管浇筑水下砼。而在顶管工程中，沉井顶的设计高程往往低于地下水位，注水后不能有效阻止涌泥和流砂，采用以上方法不能达到目的。这时应采用水泥浆深层搅拌，固结井下四周土体，由固结土承担井体荷载。在郑州市污水处理厂20井接收井下沉施工中，井位在距设计高程1.00m时，井内突然出现大量涌泥、流砂，这时井周裂缝直径已达60m，形成的塌坑直径30m，挖土机械已不起作用。井顶的设计位置低于地下水位2m，井内有大量涌泥且无法清底浇筑混凝土。具体的方法为：首先根据地质资料提供的地耐力数据，再根据沉井自重及井壁与土的摩阻力算出注浆的范围，由沉井的设计高程定准注浆位置。在距沉井设计高程0.2m处的土层进行水泥浆深层搅拌，固结刃脚下土体，待二体达到强度后，方可进行清淤下沉封底。沉井工程除在基础工程应用广泛外，根据沉井原理，沉井在市政工程，给排水工程也得到了应用，它在顶管工程中即可做为顶管工作井，也可做为接收井，顶管工程竣工后可做为管道的检查维修井。在管道距建筑