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沉井施工技术论文天津港项目 耿传宇摘 要：本文以天津临港产业区第一雨水泵站工程施工过程中用到的沉井下沉为参考依据，通过对沉井下沉中的控制及相关措进行的分析，得出该工艺的应注意的关键环节，本工艺避免了深基坑开挖以及支护等费用，缩短了工期。关键词：下沉 纠偏 沉井 根据地质情况，本沉井下沉采用冲水下沉法；如果遇到较坚硬的土体，采用人工开挖配合吊车调运的形式。沉井整体混凝土强度达到100%后方可下沉。下沉前，沉井外面涂刷沥青漆两遍。1、沉井下沉计算地层特征，与沉井下沉相关的各层土质的特征见下表所示：土层层号土层名称层厚（m）井壁摩阻力（kpa）淤泥质土2.31.011砂性粉质粘土1.0-0.516淤泥质粘土0.5-4.4511沉井下沉前，应对其在自重条件下能否下沉进行必要的验算。沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.151.25。沉井下沉系数可按下式计算：K=G/（Rf+R2）式中：K沉井下沉系数G沉井的总重（KN）Rf作用在井壁侧面上的土层摩擦力（KN）R2刃脚踏面下土的正面阻力（KN）Rf =U*（H-2） （本沉井下沉结束后仍有2m没有埋入土中）U沉井周长（m）H沉井入土深度（m）土与井壁的单位面积摩阻力（Kpa）取平均13.74KpaR2=F*R极F刃脚踏面支撑面积（m2）R极踏面下土的极限承载力（Kpa）140KpaRf=U*（H-2.5）*=86.9*（6.75-2）*13.74=5671.83（KN）R2=F*R极=（86.9*1.2）*140=14599.2（KN）G=（480+430）*25=22750（KN）K=G /（Rf+R2）=22750/（5671.83+14599.2）=1.12经计算其下沉系数K为1.12，小于规范的1.25；符合沉井下沉要求。2水冲配合人工开挖法下沉：下沉准备工作 设置垂直运输机械设备（安装淤泥泵） 冲水下沉 边下沉边观测 纠偏措施 沉至设计标高 核对标高、观测沉降稳定情况 井底设盲沟、集水井 铺设井内封底垫层 底板防水处理 底板钢筋施工与隐蔽工程验收 底板混凝土浇筑 井内结构施工 上部建筑及辅助设施 回填土。本沉井下沉时，在泵站南侧300m处提前挖好泥浆池（200m10m1m）及集水池，用清水将沉井内土体冲成泥浆，再用泥浆泵将泥浆抽入泥浆池，泥浆沉淀后，清水排到集水池中，形成循环系统。从沉井中间开始逐渐向四周冲土，先冲地梁下方，使沉井内部形成锅底状，在刃脚处留设1.0米的台阶，然后再沿井壁，每1.5m一段向刃脚方向逐层全面、对称和均匀的冲簿土层，每次冲10cm，使水泥搅拌桩经不起刃脚挤压而破裂，使沉井在自重下均匀下沉。冲土顺序如下：空间7和8内的土方必须同时清除，空间3和10内的土方必须同时清除；空间4和9内的土方必须同时清除；空间5和6内的土方必须同时清除；空间1和12内的土方必须同时清除；空间2和11内的土方必须同时清除。图4沉井内部地梁、墙体及刃脚下面均有水泥搅拌桩，在下沉过程中，水冲发无法将水泥搅拌桩冲碎，采用人工配合吊车的方法挖土下沉。井壁与土体的摩阻力比较大下沉较困难时，可向井壁外侧注水，以减小摩阻力。如下沉很少或不下沉可按上述方法再向下挖50cm。同时及时处理从刃脚下挖出的土方。重复上述步骤，使沉井下沉至设计标高。挖土过程中设专人指挥，有条理的将土方调运至泵站100m以外，以减小土体侧压力。人工开挖时一定要注意沉井内部的开挖顺序，首先将地梁之间的土进行人工挖除，然后将地梁下土体挖除。切记在此时不可对刃脚下1.4米范围内的土体进行清除，应根据下挖预留1:1的坡，确保在挖除沉井地梁下部土体后，刃脚下部仍可支撑整个沉井的自重，而不至于产生突沉现象。示意图如下：图3在人工挖出刃脚下水泥搅拌桩时应注意在每段墙体开挖时，每次破除刃脚桩体长度不超过2m，刃脚搅拌桩开挖顺序如下：（将QB1QB4分为16段墙，如图4所示）：墙7、8同时取出；墙3、10同时取出；墙4、9同时取出；墙1-2、12-1同时取出；墙2-2、11-2同时取出；墙1-1、6、11-1同时取出；墙2-1、5、12-2同时取出。计划该部分工期为30天, 配合人工分2组,每台班为12人，每台泵配合3人，负责移位、开挖修整等确保污泥泵工作有效，其他人员负责破除水泥搅拌桩（人员投入如下表）。拟采用AH系列污泥泵型号11/2/1B-AH,功率15KW,清水流量12.628.8m3/h,有效排砂量按30%计算每台每小时3.78 m3,计划2台并列使用计每小时7.56 m3,本沉井砂层开挖方量约2700立方米,累计时间357小时,每天累计有效工作时间16小时为22.3天，计划时间23日历天，下沉至设计标高以上50cm时，停止下沉，让结构依靠自重自由下沉，观察7天，结构稳定后方可施做下部工序。工种人员投入（人）水泵操作工6水泥搅拌桩破除工18机械手2测量3管理人员5沉井下沉速度可能比较快，且较难控制，因此在下沉过程中必须加强沉降观测，禁止超挖和乱挖，特别注意不均匀沉降。3沉井下沉的主要方法和措施1、井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。2、沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少4次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。3、沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取停挖或井壁周边多留土等止沉措施。4、在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂、塌陷对周围环境造成的不利影响。5、为了减少沉井下沉时摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。6、沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。7、如下沉过程中观测发现垂直度大于0.3%时要立即采取纠偏措施，先挖较高的位置，在低点适当填充碎石，待沉井平直后，继续进行下沉。沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。8、纠偏措施：（1）沉井倾斜1）沉井倾斜原因分析沉井四周土质软硬不均，没有均匀挖土，使沉井内高差悬殊；刃脚一侧被障碍物拦住；沉井外面有弃土或堆物，井上附加荷载分布不均造成对井壁的偏压。2）纠正方法由沉井四周土质软硬不均和没有均匀挖土引起的倾斜可采用四种方法进行纠偏。挖土纠偏：通过调整挖土的高差，及调整沉井刃脚处保留土台的宽度，并在沉井下沉较多的一侧刃脚处增加千斤顶支撑以减慢该侧下沉速度进行纠偏；射水纠偏：采用向下沉较慢一侧的沉井井筒外部沿外壁四周注射压力水，使该处的土成为泥浆，以减少土的抗力；泥浆还起润滑作用，减少沉井外壁与土之间的摩擦阻力，促使沉井较高的一侧迅速下沉。局部增加荷载纠偏：在井筒较高的一侧增加荷载（一般采用铁块、砂石袋加压），或用振动机振动，促使井筒较高侧较快下沉。因刃脚一侧被障碍物拦住引起沉井倾斜的纠偏方法如遇较小孤石，可将四周土掏空后将孤石取出；较大孤石可用风动工具或松动爆破方法将大孤石破碎成小块取出；不排水下沉时，爆破孤石除打眼爆破外，也可用射水管在孤石下面掏洞，装药将孤石破碎。沉井外面有弃土或堆物，井上附加荷载分布不均造成的倾斜，其纠偏方法为：A、将井外弃土或堆物清除；B、调整井上附加荷载的位置，使荷载均匀。（2）沉井位移1）原因分析沉井发生位移大多是由倾斜引起的，当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧的下部增加较大的压力，因而产生一定位移。2）纠正方法控制沉井不再向偏移的方向倾斜；如下沉过程中发现沉井倾斜（倾斜角度超过1时），应立即停止施工，找出倾斜的原因，挖土时在有意使沉井向偏移的相反方向开挖，调节沉井的垂直度，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置。4沉井下沉的观测方法 1、沉井浇注过程中的测量监控沉井第一步混凝土浇筑前，在钢筋模板绑扎支设完成后，在沉井结构的六个边角点设置沉降观测点（如下图），在混凝土浇注过程中随时对六个角点进行观测。如在观测过程中发现六个测量控制点中有突然出现沉降时，应立即停止混凝土浇注，对已浇筑的部位采用进行加补钢板止水带，预留施工缝处理。待混凝土初凝后对混凝土表面进行凿毛处理，待强度达到75%以上时，再浇注下步混凝土。2、沉井下沉过程的测量监控（1）沉井位置与标高的控制：在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心线和水准基点，通过全站仪和水准仪的经常测量和复核，达到控制沉井位置和标高的目的。（2）沉井垂直度的控制：利用全站仪将结构的D轴（即沉井中轴线）和a轴放出，并在沉井结构上用墨线弹出竖直墨线，在下沉过程中用全站仪随时对墨线进行观测，如发现倾斜超过规范要求，及时采取纠偏措施；将中轴线在距结构1520米处设置控制桩，将外边线向外延伸做控制桩，以便对结构进行及时行的控制。在井筒内外各按4或8等分作出垂直轴线的标记，各吊线坠逐个对准其下部的标板以控制垂直度，并定期采用两台全站仪进行垂直偏差观测。挖土时，应随时观测沉井的垂直度，当线坠离标板墨线达50mm时，或四周标高不一致时，应及时采取纠偏措施。（3）沉井下沉控制（如上图）：在沉井的外墙壁6个角点处墙上画出竖直的刻度尺，用水准仪及时观测沉降值。（4）沉井过程中的测量控制措施：沉井下沉时应对其位置、垂直度及标高（沉降值）进行观测，每班测量四次（在班中和每次下沉后测量一次）。沉井接近设计的底标高时，应加强观测，每2小时一次，预防超沉。（5）测量工作的管理措施：沉井的测量工作应由专人负责。每次测量数据均需要如实记录，并制表。测量时如发现沉井有倾斜、位移、沉降不均或扭转等情况，应立即通知值班技术负责人，以便指挥操作人员采取相应措施，使偏差控制在规范允许的范围以内。5下沉施工监测要点5.1施工过程的控制,沉井下沉过程的控制主要包括三个方面：刃脚高差控制；下沉速度控制；平面位移控制。其中平面位移控制是通过刃脚高差控制和下沉速度控制来实现的。5.1.1刃脚高差控制排水下沉时，由于不带水作业，故刃脚高差锅底的形成和移动都比较直观，根据高差的大小可以有效地改变锅底的大小、深浅和平面位置，以此来达到对刃脚高差的控制。5.1.2沉井下沉速度控制沉井下沉速度控制也是一个重要方面，一般来讲对沉井下沉速度没有严格的限制，需根据施工经验和沉井下沉的具体情况而定，本工程施工中主要按以下原则进行：在沉井刃脚高差不大时(在水平间距的0.5%以内)，沉井的下沉速度越快越好；沉井下沉速度均匀为宜；沉井在粉砂土等易引起涌砂的土层中下沉时，应加快下沉速度。5.1.3沉井平面位移控制对沉井平面位移的控制主要是通过控制沉井刃脚高差来实现，如果沉井刃脚高差不大，则沉井平面位移较易得到控制，它们之间的关系并无定量计算，但有一些联系：沉井哪个角下沉得快(即刃脚较低)，则沉井就会向哪个方向移位；沉井刃脚高差大时，沉井位移量大；沉井始终在同一个方向的刃脚高差下下沉时，沉井位移量较大。 施工过程中需要具体情况具体分析，决定采取相应的方法和措施。 5.2在施工过程中的各项施工监控工作在沉井下沉前，将每个沉井各个角点处的高程及沉井轴线放样并做好标记，记录测量原始数据，计算下沉具体高度。下沉分三个阶段，即首沉23m，中沉，最后下沉1.52.0m。首沉阶段，必须每30分钟观测一次并记录数据，汇总到监控小组，及时计算偏差情况，并由总指挥统一指挥确定冲沉部位及冲沉速度等；中沉阶段，进入正常下沉，正常下沉时，可每2h测量一次；最后下沉阶段必须增加观测频率，一般为30分钟左右观测一次。通过对各阶段观测数据的分析，必须使沉井的对角高差不超过15cm，并观察沉井周围土质变化情况，将地下水位、涌土、沉降、沉速随时记入历时曲线表。终沉阶段最后2m范围内要减小锅底的开挖深度，防止突沉及超沉事故发生，控制开挖深度及速度，以下沉为辅，纠偏为主。当沉速8h不超过1cm即认为沉井已趋稳定。5.3沉井的质量控制标准 根据有关规范的要求，沉井制作与下沉时的质量控制标准如下：沉井(箱)的质量检验标准项序检查项目允许偏差或允许值检查方法单位数值主控项目1混凝土强度满足设计要求(下沉前必须达到100设计强度)查试件记录或抽样送检2封底前，沉井(箱) 的下沉稳定mm8h10水准仪3封底结束后的位置：刃脚平均标高( 与设计标高比)刃脚平面中心线位移四角中任何两角的底面mm1001H1l水准仪经纬仪，H 为下沉总深 度，H 10m 时，控制在100mm 之内水准仪，l 为两角的距离，但不超过 300mm，l10m时，控制在 100mm 之内一般项目1钢材、对接钢筋、水泥、骨料等原材料检查符合设计要求查出厂质保书或抽样送检2结构体外观无裂缝，无风窝、空洞，不露筋直观3平面尺寸：长与宽曲线部分半径两对角线差预埋件mm0.50.51.020用钢尺量，最大控制在100mm 之内用钢尺量，最大控制在50mm 之内用钢尺量用钢尺量4下沉过程 中的偏差高差%1.5-2.0水准仪，但最大不超过1m平面轴线1.5%H经纬仪，H 为下沉深度，最大应控制在 300mm之内，此数值不包括高差引起的中