沉井技术PPT课件

1 5沉井法施工技术 概述 沉井的构造 沉井的施工工艺 本章内容 沉井施工工程实例 2 5 1概述 1 沉井定义沉井 或沉箱 是用钢筋混凝土材料制成的带有刃脚的筒状形或箱形结构物 是把不同断面形状 圆形 椭圆形 矩形 格形 多边形 的井筒或箱体 按边排土边下沉的方式使其沉入地下 直至预定位置 沉井施工时就地逐节浇筑井身 同时在井内连续挖土 依靠自重克服井侧摩阻力不断下沉 直至预定位置 沉井在建成后常常成为深基础或地下建 构 筑物的一部分 3 图5 1沉井与沉箱 4 5 2 沉井的特点 1 沉井的躯体刚度大 断面大 承载力高 抗渗能力强 耐久性好 内部空间可资利用 沉井既是基础 又是施工时的挡土和挡水围堰结构物 2 施工场地占地面积小 出土量少 成本低 可靠性好 3 适用土质范围广 淤泥土 砂土 粘土 砂砾等土层均可施工 4 施工深度大 可达100m 5 施工给周围地层中土体造成的位移小 故对邻近建筑物的影响小 较适于近接施工 特别是沉箱工法对周围地层沉降的影响极小 目前已有离开箱体边缘30cm以外的地层无沉降的沉箱施工实例问世 6 与其它基础 桩基础 板式基础等 相比抗震性好 沉井与沉箱施工中存在的问题是工序复杂 技术含量高 施工期较长 6 7 8 9 宝珠寺水电站大型沉井群施工 10 新长铁路九圩港大桥桥台沉井施工 11 循泵房沉井准备下沉 12 镇海污水处理厂配套管网明通水 13 14 荆楚在线消息 楚天都市报 记者楚田 昨日中午 在汉口循礼门地下通道工地 用于通道排水的200多吨重的沉井突然发生缓慢倾斜 施工人员急忙调用挖掘机 槽钢顶住 他们称 该情况属施工中的正常现象 将用几天的时间 扶正 现场一技术人员称 该沉井高9米多 长7米多 宽5米多 为钢筋混凝土结构 重达200多吨 按正常施工 沉井将完全沉到地下去 起抽 排水的作用 目前 他们正在做下沉前的准备工作 但中午12时许 沉井突然缓缓倾斜 估计是地下土质太松软所致 他们将采取回填土方等措施将沉井 扶正 约需几天时间 15 16 17 18 3 沉井的用途沉井与沉箱在大型地下构造物和深基础方面有着极广泛的应用 沉井的适用条件为 1 地层比较均匀平整 无影响沉井下沉的大块石 漂石及障碍物 2 土层的透水性较小 如软粘土 采用一般的排水措施可进行开挖 若在砂土中下沉 则要采取降水措施或水中下沉 3 因沉井下沉造成的井周土体破坏 沉陷和因抽水造成的井周地面下沉对周围建筑物和市政设施的影响均在容许范围内 4 基坑面积不宜太大 且形状较规则 一般控制在边长和直径不大于50m 但根据施工条件和施工经验 也可适当增大 19 4 作用机理钢筋混凝土沉井由井壁 刃脚 内隔墙 凹槽等组成 用于挡土 截水 防渗和承力 刃脚能减小下沉阻力 使沉井依靠自重切土下沉 根据土质软硬程度和沉井下沉深度来决定刃脚的高度 角度 踏面宽度和强度 在土层坚硬的情况下 刃脚或踏面常用型钢加强 井壁用于承受井外水 土压力和自重 同时起防渗作用 根据下沉系数和地质条件决定井壁厚度和阶梯宽度等 设置内隔墙能增大沉井刚度 缩小外壁计算跨度 同时又将沉井分成若干个取土井 便于掌握挖土顺序 控制下沉方向 沉井视高度不同 可一次浇筑 也可分节浇筑 应保证在各施工阶段都能克服侧壁摩阻力顺利下沉 同时保证沉井结构强度和下沉稳定 20 5 沉井分类沉井与沉箱的分类方法较多 大致有按建筑材料 构筑方法 下沉方法 开挖方式 取土方式 断面形状 使用目的 深度等几种分法 表5 1 21 5 2沉井的构造 沉井的基本构造如图5 2所示 井筒一般由井壁 刃脚 内隔墙 井孔凹槽 底板 顶盖 对沉箱而言 还应增设气闸 人孔 等部分构成 当沉井作为上部结构的深基础时 还应有隔墙及顶板 沉井的平面形式根据不同的使用要求有多种多样 一般宜采用对称布置 常见有圆形及方形 其中圆形沉井结构受力好 下沉阻力小 对土体扰动少 至于方形沉井 其长宽比不宜大于3 否则应设肋墙 22 23 1 井壁井壁是箱体的主要部分 井壁必须具备一定的强度以承受作用其上的水 土压力造成的弯曲应力 通常为钢筋混凝土结构或钢结构 井壁必须具备一定的自重 以便克服下沉时的摩阻力 为此井壁厚度一般为0 3 2 0m 对于直壁柱形沉箱 其井壁厚度均匀 与深度无关 井壁易较好地被土层约束 沉入时的竖向精度高 摩阻力大适于不太深 松散土质的情况使用 对阶梯型沉井而言 井壁厚度随深度的加大呈台阶形增大 这是由于沉井沉箱底部收到的土 水压力较大 需要适当提高刚度的原因所致 24 2 刃脚刃脚 即井壁最下端的尖角部分 刃脚是井筒下沉过程中切土受力最集中的部位 所以必须有足够的强度 以免破损 通常称刃脚的底面为踏面 踏面的宽度依土层的软硬程度及井壁重量 厚度而定 一般为15 30cm 对硬地层来说 踏面应用钢板或者角钢保护 刃脚侧面的倾角通常为45 60度 刃脚高度 一般湿封底时取1 5m 干封底时取0 6m的高度 3 内墙 井孔内墙即当箱体内部空间较大或者设计要求将其内部空间分割成许多小空间时 箱内设置的内隔墙 内墙还有提高沉井刚度 减小井壁跨度和便于纠偏的作用 井壁与内墙 或者内墙和内墙间所夹的空间即为井孔 内墙间距一般不超过5 6m 其厚度一般为0 5 1m 内墙底应比刃脚高出0 5m以上 使其对井筒下沉无妨碍 隔墙下部应设约0 8 1 2m的过人孔 取土是在井孔内进行的 所以井孔的尺寸应能保证挖土机械自由升降 取土井孔的布设应力求简单和对称 25 4 凹槽凹槽位于刃脚内侧上方 用于箱体封底时使井壁与地板混凝土更好地连接在一起 以便封底底板反力能更好地传递给井壁 通常凹槽高度在1m左右 凹深15 30cm 5 底板当井体下沉到设计标高后 为防止地下水涌入井内 须在下端刃脚踏面至凹槽上缘的整个空间 填充不渗水的能承受基底地层反力并具有一定刚度的材料 以防止地下水的涌入和基底的隆起 这层填充材料的整体即底板 通常底板为两层浇筑的混凝土 下层为无筋混凝土 上层为钢筋混凝土 26 6 底梁和框架当设计要求不允许在大断面或大深度沉井沉箱内设置内隔墙时 为确保箱体的刚度 可采用在底部增设底梁 或者在外壁不同深度处设置若干道由纵横大梁构成的水平框架 以提高整体的刚度 7 顶盖顶盖即沉井封底后根据条件和需要 在井体顶端构筑的一层盖子 通常为钢筋混凝土或钢结构 顶盖的作用是承托上部构造物 同时也可增加井体的刚度 顶盖厚度视上部构造物荷载状况确定 27 沉井的构筑方法井筒构筑方法有浇筑接筑法和预制管片法两种 浇筑接筑法 即现场分节立模 浇筑钢筋混凝土 浇一节 沉一节 然后再立模浇筑下一节 逐步接长井筒的方法 浇筑时应注意均匀对称 这种方法的缺点是从现场组装钢筋框架立模到浇筑混凝土及养护 需要的人力 物力均较多 且工期较长 不经济 由于工期长 下沉不连续 故对防止周围地表沉降和保证井筒的垂直不利 预制管片拼接法是针对上述浇筑接筑法的缺点而提出的一种方法 即在在现场拼装预制管片接筑井筒的方法 这种方法的优点是省力 工期短 经济 井外周围地表沉降小 井筒下沉垂直度好 28 井筒下沉法井筒下沉方法有靠自重下沉的自沉法和压沉法 自重 压入荷载 压入荷载 自重 两种 纯自沉法是靠井筒自身的重量下沉井筒 这种方法的缺点是井筒垂直度很难保证 故近年来该工法在都市内构造物密集的居民区的施工实例减少 SS工法亦属自沉工法 可克服纯自沉法的缺点 这是一种沉井刃脚钢靴改形及在井筒外壁面和地层之间的间隙中填充卵砾的沉井工法 压沉法 即井筒的下沉是靠加在井筒上的外压力 地锚反力 和自重力完成的 但通常外压力 自重力 该法的优点是通过调整地锚反力的大小及地锚的条数来调节压入力的大小及均匀性 故能较好地控制井筒的下沉姿态 目前开口沉箱几乎均采用压沉法 但是采用这种方式时 就地层条件而言 必须在适当的深度找到可以作为锚固点的地层 以便得到必要的锚固反力 29 泥浆助沉措施所谓的泥浆助沉 即在井壁与土层之间设置一层触变泥浆 利用泥浆的润滑作用可使井筒下沉过程中的土层对井壁的摩擦阻力大为降低 其结果使井筒的下沉变快且稳定 30 挖土方法沉井的挖土方法有水挖法 干挖法及自动化水中反铲挖土法三种 水挖法当地层不稳定 地下水涌水量较大时 为避免排水造成的涌砂等不利现象的发生 通常做不排水施工 因此开挖时井内井外水位基本一致 所以地下水位以下的开挖是水中挖掘 水中挖土设备可用机械抓土斗 也可用高压水枪破土 由空气吸泥机排土 即水力机械取土法 还可用潜水电钻加高压水枪破土 潜水砂泵排土 即钻吸法 水挖法要求在地表配备泥浆沉淀设备 泥水分离设备及具备废泥 废水排放条件 31 干挖法干挖法 即排水挖土法 对于卵石 孤石 密实黏土 泥岩等地层 不易出现隆起 涌砂 涌水量不多 即使排水也对环境污染不大的现场和其他不适合水中开挖等情形 应考虑采用干挖法 因干挖法成本低 进度快 关键是控制好地下水位 自动化水中反铲挖土法SOCS工法 自动化沉井工法 是采用预制管片拼接井筒自动挖土 排土 自动压沉井控制井筒姿态的高精度沉井工法 自动压沉施工管理系统是通过自动采集 处理设置在沉井井筒上的各种传感器测得的数据 自动调整压入力的布局 高精度控制沉井下层姿态的施工管理系统 由测量系统和控制系统构成 32 5 3沉井的施工工艺 沉井的施工方法主要取决于施工现场的工程地质和水文条件 一般依次有如下工序 下沉前的准备 包括平整场地 定位和铺砂垫层 浇注或设置第一节井筒 拆除垫木等 挖土 排土 下沉井筒 接高井壁筒 封底及浇筑底板封底 沉井内部结构的施工 33 平整场地 定位和铺砂垫层沉井施工场地要求平整干净 当天然地面土质不均时 应清除地表杂物 排清及排除地面以下3m的障碍物 在沉井现场刃脚下铺填砂石垫层 以免沉井开始浇注时产生较大的不均匀沉降 当天然地面土质较硬时 可只将地表杂物处理干净并平整 否则应在筑井现场刃脚下挖槽铺砂垫层 并注意夯实 如图6 4所示 砂垫层的厚度一般不应小于0 5m 并应便于抽取垫木 34 刃脚下应满铺垫木 垫木的作用是支承第一节沉井的重量并按垫木定位 立模板以绑扎钢筋 垫木一般用枕木或方木 使用长短两种垫木相间布置 在直线部分垂直铺设 圆弧部分向圆心铺设 如下图所示 铺设垫木应放样 从定位垫木排起 垫木之间用砂 卵石填充夯实 整平并保证标高 致 35 混凝土垫层近年来 国内已成功地推广了混凝土垫层 其优点是可以扩大沉井刃脚支承面积和省去刃脚下的底模板 在木材紧张的情况下 其优越性就更为突出 混凝土垫层厚度一般取5 10cm 混凝土垫层宽度一般取1 0 1 5m 为了固定沉井刃脚钢木模板 可在混凝土垫层内埋入小方木 36 制作第1节井筒 沉井首先在刃脚处对称地铺置垫木 以支承第1节沉井的重量 垫木一般为枕木或方木 其量 尺寸间距应由计算确定 再以垫木来定位立模 绑扎钢筋及浇捣混凝土 沉井第一节的制作重量通过垫木 或混凝土垫层 砂垫层扩散至下卧层面上的应力应小于地基土的承载力特征值 即 37 第二节以上的沉井制作重量通过承垫木 或混凝土垫层 砂垫层扩散至下卧层层面上的应力应小于地基土的极限承载力 即 5 3 式中 沉井第一节单位长度制作重量 沉井第二节以上单位长度制作重量 承垫木 或混凝土垫层 宽度 砂垫层厚度 扩散角 取22 30 砂的重度 下卧层承载力特征值 下卧层极限承载力 砂垫层宽度以满足抽垫木要求为主 在沉井每侧增加2 5 3 0m 38 拆除垫木在第1节沉井的混凝土达到设计强度的70 以上时 可拆除垫木和准备下沉 为防止井壁产生纵向破裂 垫木应按一定的顺序逐渐拆除 拆除垫木的一般的顺序是 对矩形沉井 先拆内隔墙下的 再拆短边井壁下的 最后拆长边下的 长边下垫木应隔根抽除 然后以四角处的定位垫木为中心 由远及近地对称抽除 最后抽定位垫木 对圆形及其他形状的沉井 同样按上述原则进行 39 拆除垫木后应及时在刃脚底部垫碎石或卵石 在内 外侧填砂 如图下图所示 以控制不均匀沉降 40 挖土下沉在井壁混凝土达到设计强度时 可挖土下沉 根据地质条件 沉井下沉分排水和不排水两种 1 排水下沉当沉井所穿过的土层透水性较低 地下水涌入量不大 不会因排水而产生大量流砂而使施工产生困难 或沉井易倾斜 甚至影响附近建 构 筑物的正常使用时 可采用排水下沉 排水下沉可在干燥的条件下施工 挖土方便均匀 下沉也均衡 一旦发生倾斜也容易纠正 是首选的下沉方法 41 排水下沉时的挖土要求 刃脚下土层较软时 分层开挖 稳步下沉 先中间挖深40 50cm 逐渐向四周均匀扩挖到离刃脚1m处 刃脚下土层较坚硬 沉井不易下沉时 可向刃脚扩挖 甚至掏空刃脚或采取其他措施 2 不排水下沉而当土层不稳定 涌水量很大时 在井内排水很容易产生大量流砂 此时则不能采用排水下沉方法 只能在水下进行挖土下沉 井内水位应始终保持高出井外水位1 2m 井内出土视土质情况可用机械抓斗水下挖土 也可用高压水泵破土 再用吸泥机排出泥浆 42 接高井壁当沉井下沉到高出地面1m左右时 应停止挖土使其停止下沉 然后在井壁上端预留的插筋上接高浇筑钢筋混凝土井壁 每次接筑高度一般为3 5m 并应一次连续浇注完成 每节沉井的混凝土应分层同时对称灌注 以防倾斜 井壁制作要求外壁平滑 如有蜂窝麻面 应用水泥砂浆仔细修补平整 如此重复直至沉井达到设计标高 必要时刃脚斜面附近的地基要适当加固 以承受沉井的荷载 43 封底及浇筑底板当沉井下沉到设计标高后 应立即停止挖土 准备封底 封底也有干封底和水下封底两种 当地基土较好 封底涌水量不大时 应采用干封底 即在沉井中间设置集水井不断抽水 沿周边向中心浇灌混凝土并待其达到设计强度后 再封集水井 封底时 应对基底进行清理 洗净刃脚上的泥土 待沉井下沉稳定 8h内不大于1mm 后 沿周边逐渐向中心灌注混凝土 采用干封底成本低 工期短 质量有保证 应是首选 44 当地基土层不稳定 抽水易出现大量流砂或使沉井倾斜时 则只能在水下浇注素混凝土进行封底 待其达到设计强度时 即可抽出沉井内积水 浇筑钢筋混凝土底板 水下封底则应将井底浮泥清除干净 并铺碎石垫层 灌注水下混凝土应沿井全部面积不间断的进行并在水下混凝土达到所需的强度以后 方可从沉井内抽水 同时封底混凝土应浇注成锅底状 45 沉井内部结构的施工沉井封底和浇筑底板完成后 应核对其标高 然后施工沉井的内部结构 包括内部隔墙和顶板 需注意的是 在沉井壁施工时应事先在井壁内侧预留这些结构的插筋或预埋件 沉井作为一种特殊的深基础形式 对了解地质情况的准确性要求很高 施工时出现的有些情况和其对周围建筑物的影响有时是不可预见的 这就要求设计要考虑周全 不仅要保证沉井本身的强度和安全性 还要考虑施工时可能出现的问题 留有一定的补救余地 46 5 2 4沉井施工工程实例 1 工程及地质概况该工程位于中河东 清泰街以北 施工场地比较狭窄 图纸情况为 表土层约有1 5 2m深的杂填土层 地下3 5 4m深左右 局部地带开始出现流砂 地下水位 施工期间正好是冬 春季交界时的雨季 地下水位较高 在自然地坪以下2 5m左右 47 2 沉井施工 1 地基处理1 降水措施由于地下水位较高 且有流砂出现 故采用一级轻型井点降水 井点管单排布置 间距1m 管长7m 沿沉井四周设置 沉管采用水冲法 设两套抽水机组 2 土方开挖考虑到地表1 5 2m左右的杂填土层 内含较多的瓦砾 井点管沉管比较困难 同时为了为加快施工进度 减小人工挖土数量 并根据地形条件可能 先进行部分机械挖土 机械挖土深度2m 控制在水位线以上