水工程施工第4章10.ppt

第四节沉井施工 当水文地质条件不宜采用大开挖建造泵站及水池构筑物时可采用沉井 沉井是地下工程和深埋基础施工的一种方法 具体施工方法是 将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础 先在地面以上制作 形成一个上 下开口钢筋混凝土井状结构 然后在沉井内不断挖土 借助井体自重而逐步下沉 下沉到预定标高后 进行封底 构筑井内底板 梁 楼板 内隔墙 顶盖板等构件 最终形成一个地下建筑物 第四节沉井施工 在市政工程中 沉井广泛应用于桥梁墩台基础 取水构筑物 污水泵站 大型设备基础 顶管工作坑和大型深基坑基础等 沉井在施工中有独特优点 占地面积小 不需要板桩围护 与大开挖相比较 挖土量小 对邻近建筑的影响比较小 操作简便 无须特殊的专用设备 第四节沉井施工 一 沉井类型 一 按横截面形状分类1 圆形沉井2 矩形沉井 二 按竖向剖面形状分类1 柱形沉井2 阶梯形沉井 第四节沉井施工 一 沉井类型 一 按横截面形状分类1 圆形沉井有带底梁和无底梁两种形式 第四节沉井施工 一 沉井类型 一 按横截面形状分类2 矩形沉井 1 单孔 形式和圆形相同 2 单排孔 沉井内单排两孔或多井孔 可增加井体刚度 有利于沉井均匀下沉 便于纠偏 提高沉井承载能力 适合于平面尺寸大的重型建筑物基础 3 多排孔 在井内设几道内隔墙 形成纵横格网 形成刚度较好的空间结构 多孔沉井在施工中有利于均匀下沉 适合于平面尺寸大而重的地下建筑物 第四节沉井施工 一 沉井类型 二 按竖向剖面形状分类1 柱形沉井柱形沉井上 下井壁厚度相同 由于柱形沉井受周围土体约束 沉井过程中发生倾斜及偏转的可能性减少 周围土体的塌陷也较小 但下沉过程中土壤与井壁间摩阻力较大 适合于建筑物中建造深度不大的沉井 第四节沉井施工 一 沉井类型 二 按竖向剖面形状分类2 阶梯形沉井由于作用在沉井侧壁上的土压力和水压力随沉井深度增加而加大 阶梯形沉井井壁平面尺寸随深度呈台阶形加大 做成变截面 当土比较密实时 设外侧阶梯可减少沉井侧面的土的摩阻力以便顺利下沉 第四节沉井施工 二 沉井构造沉井一般由井壁 侧壁 刃脚 凹槽 底梁等组成 第四节沉井施工 二 沉井构造 一 井壁沉井主要是靠井壁的自重来克服正面阻力和侧面阻力而下沉的 因此 要求沉井井壁不仅要有足够的强度承受施工荷载 而且还要有一定的重量 以便满足沉井下沉的要求 井壁厚度一般为0 4 1 2m左右 二 沉井构造 二 刃脚井壁最下端一般都做成刀刃状的 刃脚 其主要功用是减少下沉阻力 刃脚还应具有一定的强度 以免在下沉过程中损坏 刃脚底的水平面称为踏面 踏面宽度一般为100 300mm 刃脚内侧的倾角为40 60 当沉井湿封底时 刃脚的高度取1 5m左右 干封底时 取0 6m左右 二 沉井构造 三 底梁在较大型的沉井中 如果由于使用要求不能设置隔墙 可在沉井底部增设底梁 以便于构成框架 增加沉井在施工下沉阶段和使用阶段的整体刚度 二 沉井构造 四 凹槽主要作用是在沉井封底时 使封底底板与井壁更好连接 防止渗水 第四节沉井施工 三 沉井制作 一 平整场地 二 铺设垫木 第四节沉井施工 三 沉井制作 一 平整场地要先将场地平整夯实 以免在灌筑沉井过程中和拆除支垫时 发生不均匀沉陷 若场地土质松软 应加铺一层300 500mm厚的砂层 必要时 应挖去原有松软土层 然后铺以砂层 三 沉井制作 二 铺设垫木垫木的数量按垫木底面承压应力不大于0 1MPa 按下式求算所需数量 n Q Lb 式中n 垫木根数 Q 第一节沉井重量 kg L b 垫木的长和宽 折算为等长 mm 基底土容许承压力 0 1MPa 实际排列时应对称铺设 故实际数量比计算结果应适当增加 第四节沉井施工 四 沉井下沉 一 准备工作 二 下沉方法 三 排水开挖下沉 四 不排水开挖下沉 五 沉井辅助措施 第四节沉井施工 四 沉井下沉 一 准备工作当大型沉井混凝土强度达到设计要求的100 小型沉井达到70 时 方能进行拆除承垫木工作 第四节沉井施工 四 沉井下沉 一 准备工作抽除方法 将垫木底部的土挖去 利用人工或机具将相应垫木抽出 每抽出一根垫木后 应立即用砂 卵石或砾石将空隙填实 同时在刃脚内侧填筑成小土堤 并分层夯实 第四节沉井施工 四 沉井下沉 二 下沉方法按挖土方法分 人工或风动工具挖土法抓斗挖土法水枪冲土法 按是否排水分 排水下沉不排水下沉 风镐与镐钎 四 沉井下沉 三 排水开挖下沉在稳定的土层中 渗水量不大 每平方米沉井面积渗水量小于1m3 h 时 可采用排水开挖下沉 排水开挖下沉常用人工或风动工具 或在井内用小型反铲挖土机 在地面用抓斗挖土机分层开挖 开挖必须对称 均匀进行 使沉井均匀下沉 挖土方法视土质情况而定 1 一般土层2 比较坚硬土层 反铲挖土机 四 沉井下沉 三 排水开挖下沉1 一般土层从中间开始逐渐挖向四周 每层挖土0 4 0 5m 在刃脚处留1 1 5m台阶 然后沿沉井井壁每2 3m一段 向刃脚方向逐层全面 对称 均匀地开挖土层 每次挖去50 100mm 深度 当土层经不住刃脚的挤压而破裂 沉井便在自重作用下均匀破土下沉 第四节沉井施工 四 沉井下沉 三 排水开挖下沉2 比较坚硬土层可分段掏空刃脚 每段掏空后随即回填砂砾 待最后几段掏空并回填后 再分层分次逐步挖去回填料 使沉井下沉 第四节沉井施工 四 沉井下沉 三 排水开挖下沉在开始5m以内下沉时 要特别注意保持平面位置与垂直度正确 以免继续下沉时不易调整 在距离设计标高200mm左右应停止取土 依靠沉井自重下沉到设计标高 沉井下沉速度 随沉井大小 入土深度 地层情况而定 一般平均为0 5 1 0m d 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉当沉井穿过的土层不稳定 涌水量较大 或防止由于沉井施工降水而影响附近建筑物 管线的稳定时 一般采用不排水开挖下沉 此时常采用抓斗挖土或水枪冲土下沉 抓斗 第四节沉井施工 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉1 抓斗挖土下沉用吊车吊住抓斗挖掘井底中央部分的土 逐渐使井底形成锅底状 在砂或砾石类土中 一般当锅底比刃脚低1 1 5m时 沉井即可靠自重下沉 而将刃脚下的土挤向中央锅底 再从井孔继续抓土 沉井即可继续下沉 在黏质土或紧密土中刃脚下的土不易向中央坍塌 应配以射水松土 第四节沉井施工 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉1 抓斗挖土下沉多井孔的沉井 最好每个井孔配置一套抓土设备 可同时均匀挖土 并减少抓斗倒孔时间 如用一台抓斗抓土时 应对称逐孔轮流进行使其均匀下沉 各井孔内土面高差不大于0 5m 第四节沉井施工 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉2 水枪冲土下沉高压水沿供水管路输送到水枪 经水枪喷嘴后形成一股高速射流 冲击工作面土层 并破坏其结构 形成泥渣浆 同时由空气吸泥机将泥渣浆排到地面 以完成沉井挖土任务 第四节沉井施工 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉2 水枪冲土下沉取土顺序为先中央后四周 并沿刃脚留出土台 不得冲空刃脚踏面下的土层 施工时 应使高压水枪冲入井底的泥浆量和渗入的水量与水力吸泥机吸出的泥浆量保持平衡 第四节沉井施工 四 沉井下沉 四 不排水开挖下沉2 水枪冲土下沉水枪冲土吸泥机排渣下沉法 适用于亚黏土 轻亚黏土 粉细砂土 使用不受水深限制 在淤泥或浮土中使用水力吸泥时 应保持沉井内水位高出井外水位1 2m 必要时应向沉井内注水 以加高井内水位 第四节沉井施工 四 沉井下沉 五 沉井辅助措施1 射水下沉2 泥浆润滑下沉3 压重下沉4 空气幕下沉 第四节沉井施工 四 沉井下沉 五 沉井辅助措施1 射水下沉用预先安设在沉井外壁的水枪 借助高压水冲刷土层 使沉井下沉 2 泥浆润滑下沉在沉井外壁周围与土层间设置膨润土泥浆隔离层 减少土壤与井壁的摩阻力 以利沉井下沉 第四节沉井施工 四 沉井下沉 五 沉井辅助措施2 泥浆润滑下沉沉井外壁制成宽为100 200mm的台阶作为泥浆槽 泥浆是用泥浆泵 砂浆泵或气压罐通过预埋在井壁体内或设在井内的垂直压浆管压入 使外壁泥浆槽内充满触变泥浆 其液面接近于自然地面 第四节沉井施工 2 泥浆润滑下沉在沉井下沉到设计标高后 泥浆套应按设计要求进行置换 即将水泥浆 水泥砂浆或其他材料从泥浆套底部压入 挤出泥浆 待水泥浆 水泥砂浆凝固后 沉井即可稳定 第四节沉井施工 四 沉井下沉 五 沉井辅助措施3 压重下沉可根据不同情况及下沉高度 施工设备 施工方法等 采用压钢轨 型钢 接高混凝土筒壁等加压方法 使沉井下沉 但特别要注意均匀对称加重 第四节沉井施工 四 沉井下沉 五 沉井辅助措施4 空气幕下沉通过预埋在沉井壁中管路上的小孔 向外喷射压缩空气 以减小井壁摩阻力 而使沉井顺利下沉的方法 与泥浆套沉井相比 可在水中施工不受水深限制 下沉完毕后井壁摩阻力可以得到恢复 第四节沉井施工 五 沉井封底沉井封底可分为排水封底和不排水封底两种 当沉井基底无渗水或少量渗水时可用排水封底 当沉井基底有较大量渗水时需采用不排水封底 一 排水封底 二 不排水封底 第四节沉井施工 五 沉井封底 一 排水封底基底岩面平整 刃脚周围经用黏土或水泥砂浆封堵后 井内无渗水时 可在基底无水的情况下灌筑封底混凝土 若刃脚经封堵后仍有少量渗水 但易于抽干时 对井底进行修整 使之成锅底形 由刃脚向中心挖成放射形排水沟 填以卵石作成滤水暗沟 在中部设2 3个集水井 用泵抽水 保持地下水位低于井内基底面0 3m 第四节沉井施工 五 沉井封底 一 排水封底封底一般先浇一层素混凝土垫层 达到50 设计强度后 绑扎钢筋 两端深入刃 脚或凹槽内 浇筑底板混凝土 第四节沉井施工 五 沉井封底 一 排水封底当井内有隔墙时应前后左右对称地逐孔浇筑 混凝土采用自然养护 养护期间应 继续抽水 待底板混凝土强度达到70 后 对集水井逐个