沉井施工和在顶管工程中应用

1 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与建筑 物的安全 近年来创造了 钻吸 工艺与 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与地层位 移 由于沉井施工技术的不断发展与日致完善 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与地 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 2 30m 与平面尺寸达到 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与水平荷载 沉井即是基础 又 3 是施工时的挡土墙与挡水围堰结构物 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 倾斜式与阶梯式等 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 20 1 40 阶梯式井壁的台阶宽一般为 100 200mm 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 4 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 下沉与不排水下沉 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 沉与清除井下障碍物 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 5 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 由于吸泥机是将水与土一起吸出 故需经常 向井内加水维持井内水位高出井外水 1 2m 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 沉井发生倾斜与偏移 6 在下沉过程中应随时观测沉井的位置与方向 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 产生倾斜与偏移 如高差过大 可将沉井较高的一边刃脚旁的 土 顺水平与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 7 水 直至高出 井内水位 地下水位 1 2m 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与流砂 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 8 做为管道的检查维修井 在管道距建