沉井施工方法浅析Word文档格式.docx

1、1.1沉井概况沉井混凝土为C30防水混凝土，抗渗标号S8；封底混凝土采用C20水下混凝土；钢筋采用HPB235，HRB335级钢，顶部现浇层采用C30防水混凝土；沉井施工缝采用300*3mm镀锌钢板止水带（带折边）。沉井-4.59米以下段平面尺寸为23*15.2米，外井壁厚为1.6米，-4.59米以上段平面尺寸为22.6*14.8米，外井壁厚为1.2米，底板厚度为0.9米，沉井分别在-8.93米和-5.795米位置分别设两道框梁，在长边侧，分布两道地梁，短边侧，分布一道地梁，将整个沉井分成六格。本工程沉井（顶管工作及接收井）井壁分段浇筑，分两次下沉，第一次下沉高度为13.035m，第二次下沉高

2、度为6.190m。沉井起沉标高为4.4m，场地现状地坪标高6.43m。东侧沉井接收井沿运河侧（西南侧）及西北侧、东南侧设置高压旋喷桩止水帷幕，东北侧与拟建管廊连接，不设置止水帷幕。西侧沉井工作井沿运河侧（东北侧）及东南侧设置高压旋喷桩止水帷幕，沉井西北侧的高压铁塔四周采用素混凝土咬合桩围护，并与止水帷幕连接。西北侧与西南侧不设置止水帷幕。沉井四周采用大口径管井降水。沉井结构及周边环境详见附图1-5：运河东侧沉井时保护平面图、运河西侧沉井时保护平面图、工作井底板平面布置图、沉井A-A剖面图、沉井B-B剖面图。1.2地质情况12.1岩土分类根据详勘野外钻探、室内岩土试验及原位测试资料，可将勘探深度

3、内岩土层分为7个工程地质层共计20个亚层，各岩土层工程特性及分布自上而下描述如下：1杂填土：褐黄、褐灰色，湿饱和，松散，含碎砾石、砖瓦块约3565%，其余由粉性土充填。直径一般为36cm，最大大于9cm。层厚0.303.30m，局部缺失。2素填土：灰黄、灰色，湿饱和，松散，含少量碎砾及植物根茎，砂（粘）质粉土性。层厚0.301.80m，局部缺失。1粘质粉土：灰黄、灰色，湿，稍密，含少量云母碎屑、氧化铁、有机质，局部为砂质粉土，摇振反应中等迅速，切面无光泽，干强度低，韧性低。层厚1.103.40m，局部分布。2砂质粉土：灰色，湿，稍密，含少量云母碎屑、氧化铁、有机质，摇振反应迅速，切面无光泽，干

4、强度低，韧性低。层厚0.203.70m，局部分布。3砂质粉土：灰色，湿，稍密，含少量云母碎屑、有机质，摇振反应迅速，切面无光泽，干强度低，韧性低。层厚3.009.30m，全场分布。4粉砂：灰色，很湿，稍密中密，含少量云母碎屑。层厚0.604.00m，局部分布。5砂质粉土：灰色，湿，稍密，含少量云母碎屑，局部为粘质粉土。摇振反应迅速，切面无光泽，干强度低，韧性低。层厚0.905.90m，局部分布。6粉砂：灰色，很湿，中密，含少量云母碎屑。层厚1.205.90m，局部分布。7砂质粉土：层厚0.907.80m，全场分布。8粘质粉土：灰色，湿，稍密，含少量云母碎屑、有机质，摇振反应中等，切面无光泽，干

5、强度低，韧性低。层厚1.302.40m，局部分布。（淤泥质）粉质粘土：灰色，饱和，流塑，含有机质，夹粉土薄层，无摇振反应，切面有光泽，干强度中等，韧性中等。层厚2.2014.60m，全场分布。1粉质粘土：灰绿色，饱和，软可塑，含氧化铁，无摇振反应，切面有光泽，干强度高，韧性中等。层厚1.106.30m，局部分布。2粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑硬可塑，含氧化铁，无摇振反应，切面有光泽，干强度高，韧性中等。层厚1.2013.80m，局部缺失。3含砂粉质粘土：灰黄色，饱和，可塑，含氧化铁，砂为粉细砂，含量约1528%，无摇振反应，切面略粗糙，干强度高，韧性中等。层厚0.506.50m，局部缺失。粉质

6、粘土：褐灰色，饱和，软塑，含云母和氧化铁及少量贝壳屑，无摇振反应，切面有光泽，干强度高，韧性中等。层厚0.701.20m，本次补充勘察仅在三新路AZ08、AZ09孔内揭露。1粉细砂：黄褐色，很湿，中密，含氧化铁，偶见细砾。层厚0.405.60m，局部分布。2含砾中砂：黄褐色，很湿，中密，含圆砾约15%，砾石岩性以凝灰岩为主，少量石英砂岩，呈亚圆形，粒径一般小于1cm，最大为5.0cm。层厚1.109.60m，局部分布。3圆砾：黄褐色，很湿，密实，含卵砾石约55%75%，粒径一般为24cm，最大为8cm，砾石岩性以凝灰岩为主，少量石英砂岩，呈亚圆形。孔Z28、Z29、Z30、Z31钻穿该层，最大

7、揭露厚度16.50m，全场分布。1.2.2施工位置地质情况工作井及接收井位置根据Z28、Z29、Z30、Z31号勘探孔可知：井壁土为填土层、粉土、粉砂层及（淤泥质）粉质粘土层，故均可采用沉井法施工。坑底土运河两侧工作井与接收井为（淤泥质）粉质粘土层。1.2.3土层性质及柱状图详见附表：沿线岩土层物理力学性质指标与工程设计参数总表。Z28、Z29、Z30、Z31号勘探孔地质情况详见附图6-10：钻孔柱状图。1.3水文情况根据地质报告显示：详勘期间（2009年7月10日测） 运河水位标高为1.50m，水深最深5.1m。沿线场地内主要分布二层地下水，上层地下水性质属松散孔隙型潜水，下层地下水性质属松

8、散孔隙型承压水。场地潜水主要赋存在上部填土层及粉土、粉砂层中。勘察期间在勘探孔内测得地下水位埋深为0.503.70m，绝对标高为2.555.64m。运河、鱼塘及二号港河水等地表水对混凝土结构具微弱腐蚀性，在干湿交替环境条件下对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性；在长期浸水条件下，对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性。场地潜水对混凝土结构具微腐蚀性，在干湿交替环境条件下对钢筋混凝土结构中钢筋有微腐蚀性；承压水在长期浸水条件下，对混凝土具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。2 沉井施工方法2.1基坑开挖2.1.1基坑开挖目的为提高沉井稳定性，并消除浅层土中可能遇到的障碍物，本方案考虑在沉井制作前，

9、先对沉井范围的基坑进行开挖，开挖深度为3.5米，具体深度根据地下水情况确定。2.1.2基坑降排水鉴于沉井开挖后基坑底标高为3.2米，运河水位为1.5米，运河实质上起到了天然管井的作用，故在实际施工时，该段基坑开挖不考虑布置降水设备。实际施工时，若基坑出现地下水，则考虑启动管井降水。沿基坑坡顶四周及基坑底设置排水沟及集水井，井内设置水泵，以便及时排除明水。2.1.3基坑开挖基坑考虑挖掘机挖土，人工修整边坡，放坡系数为1：0.45，基坑开挖时工作面每侧考虑3米，基坑挖至预定标高后，由人工清除浮土。基坑放坡面采用8厘米混凝土素喷。2.1.4通道设置基坑开挖完成后，修整上下通道，通道宽度为2米，纵向坡

10、度为1：3，通道上面采用30厘米建筑垃圾铺设，并用压路机压实，以便人员、机械和材料进出。2.1.5临边防护除预留通道之外，其余位置均应做临边防护，防护栏杆采用脚手钢管搭设，离基坑边口的距离不得小于50cm，防护栏杆高度为1.2m，由上、下两道横杆及栏杆柱组成，上杆离地高度1.01.2m，下杆离地高度为0.50.6m，并张挂安全网做封闭式的临边防护。基坑四周除设置防护设施与安全标志外，夜间还应设红灯示警。2.2铺设砂垫层、承垫木本项目沉井拟采取分三节制作两次下沉的施工方法，为确保沉井浇筑质量及浇筑过程中的施工安全，拟在本沉井刃脚下铺设砂垫层，同时在刃脚底下浇筑15cm厚的C15素砼做为刃脚浇筑前

11、的基础。砂垫层需采用颗粒级配良好的中、粗砂，垫木规格统一，采用的垫木规格为0.16m0.22m2.5m。2.2.1垫木间距及根数计算垫木间距计算n=G/（Af）其中：n刃脚下每米需铺设垫木数量；G沉井单位长度的重力（本工程分两次下沉，故为前二次浇筑的沉井总重量/刃脚总长度）；A每根垫木与地基或垫层接触的底面积（本项目为每根垫木与砂垫层接触的底面积，为0.22m2.5m=0.55）；f地基或垫层的承载力设计值（本项目为砂垫层的承载力设计值，取f=180KN/）。根据设计图纸得，本项目刃脚总长度为：19.8+13.6*2+（23+15.2+19.8+13.6）118.6m根据设计图纸及工程量清单得

12、，本项目前二次浇筑的沉井总重量=3970.39*10.2=40498KN，故，G=40498/118.6=341.5KN，考虑到模板及其它荷载，取G=1.1G=375.6KN；f）=375.6/（0.55180）=3.79（根/m）垫木根数计算1/3.79=0.26m，故本项目垫木间距为26cm；本项目单个沉井需要垫木根数为：118.6/0.26=456根，根据进度安排，工作井、接收井同步施工，故需垫木912根。2.2.2砂垫层厚度及宽度计算砂垫层厚度计算h=（G/f）-L/2tgh砂垫层厚度；G沉井单位长度的重力（为前二次浇筑的沉井总重量/刃脚总长度，由上述垫木间距计算中可知，本项目G=37

13、5.6KN）；f垫层底部土层的承载力设计值（根据设计图纸，砂垫层底部土层为1粉质粘土层，设计承载力f=100KN/）；L垫木长度（本项目垫木长度L=2.5m）；砂垫层的压力扩散角，取=22.8。故h=（G/f）-L/2tg=375.6/100-2.5/2tg（22.8）=1.49m，考虑砂垫层附加应力，取h=1.60m。砂垫层宽度计算b=L+2htg=2.5m+21.65tg=3.88m，适当加宽，取砂垫层宽度b=4.0m。2.2.3砂垫层、垫木施工要点砂垫层厚度为1.60cm，砂垫层需采用颗粒级配良好的中、粗砂。砂垫层摊铺需分层，每层厚度约为30cm。每层摊铺完毕后，及时采用平板式振动器进行

14、拖拉直至该砂垫层的密实度达到97%以上为止。为了提高振动器振实效果，可选最佳含水量是，拍实至最佳密实度，具体做法是在拍实前先行洒水，使得砂层含水量达20%左右，如能采用试验值则更好，然后用振动器按1/4重叠区域来回拖拍砂层。砂垫层铺筑完毕，应在4小时之内浇筑素砼垫层。枕木间的间隙用中粗砂找平，用平板振捣振平、密实，中粗砂铺设宽度、位置同枕木长度。在砂垫层的沉井墙型转角处和交叉处分别设定位支架，定位支架为每五根枕木密排；再沿刃脚（隔墙底）轴线的垂直方向，按要求铺设枕木，枕木铺设要求平整，其高差不宜大于10mm，以保证受力均匀。最后，沿刃脚底面位置再浇筑10cm厚C15素砼（其下先设置一层宽50c

15、m的塑料薄膜，以与枕木隔离），素砼基础的水平投影面控制在刃脚两侧模板范围内，宽度同刃脚底面宽，为5060cm，作为沉井浇筑前的基础。2.3沉井分节制作2.3.1钢筋工程钢筋加工：钢筋进场需有原材料质保单，并按规定及批量进行原材料试验，合格后方可使用。钢筋的弯配和绑扎要严格按照设计图纸规定进行。钢筋直径16者，采用绑扎接头；接头在受压区内按50%交叉错开，在受拉区内接头按25%交叉错开，错开距离不应小于30d或500mm。钢筋直径大于16者采用人工电弧焊焊接。单边焊接长度不小于11d，电焊接头在受拉区还按50%交叉错开，即在同一断面内接头不应超过50%。在板或壁上开洞当边长或孔径小于300mm时

16、，钢筋应绕过，当大于300mm时，被截断钢筋应在预留孔口加固筋焊牢。现场绑扎井外墙板钢筋应先立好内模板后再进行。刃脚踏面部位衬垫3cm砼垫块。钢筋保护层按设计要求进行布置。钢筋绑扎主要质量控制：检 查 项 目允 许 偏 差受力钢筋间距10mm受力钢筋排距 5mm箍筋、横向钢筋间距20mm焊接预埋件中心线位置3mm水平高差 3mm受力钢筋保护层（梁、柱）板、墙2.3.2脚手架施工沉井制作首先需要搭设脚手架，脚手架选用48钢管扣件式结构。外脚手架竖管均座落在井基坑内，竖向下端应设置靴脚或铺垫木板，扩大在基础上的接触面积。脚手架分多层搭设，层高1.3m，顶层底面走道板低于砼浇捣面约0.5m，并配有防

17、护栏，栏杆高度约1.2m。为了让施工人员上下脚手架方便起见，内脚手架可按井内每个区格搭简易倾斜走道或扶梯；外脚手架设置斜1：3的走道；走道踏脚面设有防滑条，所有走道的扶梯均有护栏。为了确保外脚手架整体稳定，在垂直井壁方向设置斜撑。在沉井第一次制作时时搭设两层外脚手架后，随着第二次沉井制作逐层加高，斜撑仍然需要设置。外脚手架与砼井壁之间保留一定距离，便于模板、扣件式钢管等安装之用。外脚手架与模板脱离分开。内脚手架在对砼井壁模板起到固定作用的部分，应增设剪刀撑组成几何不变体系防止模板走动和变形。内脚手架搭设在井基坑之上。当沉井自重逐步增加而发生下沉时，起作固定模板作用的内脚手架也同步下沉，可避免发

18、生模板走动等不良情况。脚手架拆除之前应完成模板拆除、砼外露面处理、喷涂测量标志、搭设沉井内外扶梯等准备工作。拆卸扣件钢管脚手架顺序是自上而下逐层拆卸。钢管、五金扣件等分类堆放，防止日晒雨淋后造成锈蚀浪费。脚手架搭设详见附图12、13：沉井脚手架搭设平面图、沉井脚手架搭设立面图2.3.3模板沉井模板拟采用复合竹胶板，厚度18mm的模板，模板背面衬48300的竖楞，外侧横楞采用2根48钢管，间距为40cm。沉井内外模板用14拉杆拉住，拉杆上设双定位片及34040止水片，拉杆间距为400400mm，内外用钢管横楞采用山形卡对模板进行固定。模板拼装时，先拼装内侧模板，待该侧模板平整度、稳定度及保护层均

19、符合要求后，再安装外侧模板。为防止漏浆，模板拼缝处用海棉条压实镶嵌。模板设计详见附图14：沉井模板支立设计图2.3.4混凝土施工本工程沉井高19.225m，分三节浇筑，第一次混凝土浇筑高5.8m，第二次混凝土浇筑高7.235m，第三次混凝土浇筑高6.19m，水平施工缝处设置钢板止水带。浇筑砼：沉井混凝土浇筑采用泵送商品砼。浇筑时分层浇捣，砼分层浇捣厚度每层不得大于0.5米。以保证在砼初凝时间内完成一层砼的浇筑。插入式振捣器按30cm平面有效直径布置振捣。混凝土从开始搅拌之时起，浇注时限不得超过规定的时间。在整个浇注过程中混凝土应按一定厚度分层灌筑，不允许将混凝土顺着倾斜表面直接滑下或流向其最终

20、浇捣位置。从高处倾落混凝土时，其卸落高度不应超过2m。若超过2m时，应采用滑槽、导管或串筒管，但在使用前必须用水湿润，如卸落高度超过10m，导管、串筒内要装有减速装置，以防混凝土离析。混凝土灌入模板中应及时进行捣实，特别是钢筋和任何预埋件周围，避免漏振、欠振和超振。混凝土分层振捣时，为使上下层混凝土结合成一整体，振捣器应插入下层混凝土5cm。振捣器应避免碰撞钢筋模板或预埋件。在混凝土浇筑前，新老砼交接处先填以30cm厚与混凝土级配相同的水泥砂浆。混凝土浇筑前在井的模板上设置沉降观测点，以便及时发现沉井在浇捣过程中由于自重造成的不均匀沉降，采取措施，指导在浇筑过程中混凝土浇筑的部位顺序，及时制止

21、在浇筑过程中沉井造成的偏差，影响质量。混凝土浇筑时，选用有施工经验的人员担任组长，指导砼的振捣。井上有专人负责安全质量工作，进行监督和指导。砼养护 :每次浇筑后，及时铺盖草包浇水养护，第一天开始每2小时浇一次水，三天之后酌情减少。若遇冷空气袭击，气温突变天气，应及时加盖草袋或搭建挡风屏保温。若遇高温季节，应增加浇水次数，保持混凝土表面湿润。每次浇筑砼时，都应按砼的方量制作相应的抗压、抗渗试块，同时在现场设置一间标准养护室，使砼试块可以在同等条件下进行养护，保持数据的准确性。施工缝处理:由于井壁分节制作，水平施工缝采用钢板止水带。新老砼界面应进行凿毛，在新砼浇筑前应清理垃圾，并洒水湿润新老砼接缝

22、处。同时在浇捣前在施工缝处先铺一层30cm厚与砼级配相同的水泥砂浆。施工缝处进井壁外面，在缝的上、下各20cm涂刷环氧沥青防水层。施工缝处如有“蜂窝麻面”，应凿除后用12水泥砂浆修补并加强养护，待砂浆干后再刷防水层。2.5铁塔围护桩西侧工作井距离110KV高压铁塔较近，为保证铁塔在沉井施工时的安全，高压铁塔四周采用700400的素砼咬合桩进行围护，周长为44.56米，共计112根桩。咬合桩施工工艺流程为：平整场地测放桩位施工混凝土导墙套管钻机就位对中吊装安放第一节套管测控垂直度压入第一节套管校对垂直度抓斗取土，跟管钻进测量孔深清除虚土，检查孔底放入混凝土灌注导管灌注混凝土逐次拔套测定混凝土面桩

23、机移位。3 沉井下沉3.1准备工作将井壁、底梁与封底及底板连接部位按要求凿毛。将预留孔、洞临时封堵，对预留洞（埋管）口采用砖砌封堵，内壁设10mm厚的钢板，周圈用膨胀螺杆固定（螺杆长度小于5cm）。在沉井的外壁四面中心对称画出标尺，内壁画出垂线，设水平线。下沉工作完成后，抽除沉井刃脚垫木，应注意先抽除除定位承垫木外的枕木，分区、依次、对称、同步的进行，每次抽出垫木后，刃脚下应立即用短枕木填回、砂填实，最后再抽除定位支点垫木，要求对称、同步。由于刚开始挖土基本处于无水或渗水量不大的状态，故首先人工挖土（或采用水力排土不排水施工），沉井出土采用吊机配合。待刃脚全部埋设到土里后，再进行水力排土（不排

24、水）下沉的施工。本工程沉井挖土先采用人工或小型机械挖土，挖出的土方装入土斗，由吊机吊离，当挖土时出现地下水位时，采用水力机械冲土不排水法下沉。第一次下沉安全系数计算:K=（Q-B）/（T+R）K沉井下沉安全系数；Q沉井自重（第一次下沉沉井自重为40498KN）B被井壁排出的水量根据上述“沉井第一次下沉接高稳定性计算”中计算得B =2007t=20070KN。T沉井与土间的摩阻力根据上述“（三）、沉井第一次下沉接高稳定性计算”中计算得T=1402t =14020KN。R刃脚反力。当R=0时，K1=（Q-B）/（T+R）=（40498-20070）/（14020）=1.46结论：沉井第一次下沉时，

25、适当挖除刃脚下方土，沉井可依靠其自重下沉；起沉阶段，可依靠其自重下沉。根据上述“沉井第一次下沉接高稳定性计算”中计算得P总=Q+Pj+Pz=5379.8t5018t（整个沉井重量）沉井第一次下沉不易产生超沉，终沉较容易控制。第二次下沉安全系数计算:同理计算第二次下沉安全系数得：沉井第二次下沉时，适当挖除刃脚下方土，沉井可依靠其自重下沉；沉井第二次下沉不易产生超沉，终沉较容易控制。水力机械冲土下沉法即用高压射水冲碎土层后，用水力吸泥机将泥浆及土的碎块排到井外，使沉井下沉。该施工方法，设备简单，效果显著，可以达到加快本项目施工进度的目的。3.5.1运行机理主要是利用高压水泵将高压水流通过进水管分别

26、流进沉井内的高压水枪和水力吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用水力吸泥机（或空气吸泥机）将泥浆吸出，从排泥管排出井外。利用高压射水来代替人工进行沉井下沉的全部作业，它包括土的切割、冲刷、搅动及所形成泥浆的排除。沉井下沉所使用的水力机械设备主要由水泵、进水管路、水力冲泥机、水力吸泥机以及排泥管路等组成。3.5.2取土顺序和泥浆平衡取土顺序为先中央后四周，并沿刃脚留土台，最后对称分层冲挖，不断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。在使用高压水枪冲刷井内土层的作业中，应将各种土调制成为

27、适宜的稠度，其泥浆密度的掌握指标为：砂土类为1.081.18。沉井下沉使用的水力机械，由水力冲泥机和水力吸泥机，以及相应的高压供水管路和排泥管路组成。水力机械在沉井内除土时的操作方法，主要有三个要点。作业过程如下图所示。 【井内水力除土示意图】冲泥时，可先在水力吸泥机的吸泥龙头下方（一般均选在锅底中央），冲挖出一个直径约为2.02.5m的集泥坑。然后用水力冲泥机开拓各个方向通向集泥坑的水沟24条，沟的纵向坡度35%。此后，即可向四周开挖锅底，为了防止沉井突然下沉，引起很大的偏差，以及减少井外土的扰动坍塌等情况，可在沉井四周刃脚旁保留宽0.51.0m的土堤。待锅底开挖完毕后，再逐步均匀地冲挖土堤

28、，第一步先冲除四角处的土堤，第二步再冲除四周土堤，最后冲除定位点处土堤，使沉井下沉。对于多孔（格）沉井的施工，亦可参照上述顺序进行开挖，各井孔之间，在沉井偏斜不大时，应力争同时冲挖。如果沉井偏斜较大时，井孔之间的开挖情况应根据偏斜情况加以调整。对于离集泥坑较远的井孔（格），当冲沉井四角和井壁处土堤时，泥浆从那里流到集泥坑有时是很困难的，为了不使集泥坑和集泥水沟之泥砂沉淀，经常用一个水力冲泥机反复冲刷和搅动。一方面用它将沉井最远处的泥砂冲至集泥坑；另一方面还可以把集泥坑冲深，搅动泥浆，并清除堵塞在吸泥龙头网罩上的杂物。根据工程中实测情况，当水压为1520kg/cm2时，水力冲泥机的有效冲刷半径约为68m，在此范围内的泥浆一般均可流至集泥坑内。水力吸泥机的吸泥龙头的网罩应低于泥浆面约510cm，这样可吸入较多的泥浆。当吸泥龙头的网罩或吸泥管内被杂物堵塞时，亦可用反冲法来清除吸泥管或吸泥龙头的堵塞物。其方法是关闭水力吸泥机的进水阀门，这时排泥管内的水体便倒流入井内，把吸泥龙头及吸泥管中的杂物冲出来，有时上述的方法尚需重复数次，始能将堵塞物清除干净。工作井和接收井各布置1座泥浆池和2座泥浆沉淀池，其中泥浆池尺寸为15*1