沉井施工工艺.docx

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沉井施工工艺

沙田赣江特大桥21#、26#桥墩

钢筋砼围堰（沉井）施工专项方案

一、工程概况

沙田赣江特大桥14#—35#桥墩为跨赣江水中墩，初定方案时，依据设计图中提供施工水位17.0m，21#桥墩拟采用钢套箱围堰施工，26#桥墩拟采用钢板桩围堰施工。

考虑到目前施工水位为11.5m，将21#、26#桥墩变更为钢筋砼围堰施工，采用先堰后桩的施工方法。

21#、26#桥墩设计均为低桩承台钻孔桩基础，每墩8根Ф2.0m钻孔桩。

21#基础承台尺寸为15.3×10.5×3m,26#基础承台尺寸为15.3×10×3m。

二、围堰设计

1、钢筋砼围堰为圆形，外径21.0m、内径19.0m、厚壁1.0m，上节高4.3m、外径20.6m、内径19.0m、壁厚0.8m。

2、孔位地质为砂砾层，摩擦系数取1.8t/m2。

3、施工期间水位按13.5m考虑；沉井刃脚标高为5.06m。

三、沉井制作

沉井制作工艺流程：

场地平整→粗放样→填筑刃脚土模→修坡→表面粉水泥砂浆→刃脚底部硬化→精确放样→安装钢刃脚→安装内模→安装钢筋→安装外模→检查、调整、固定→浇注砼、养护→拆模。

1、场地平整标高按12.5m以上考虑（目前水位为11.5m）。

2、由测量人员测放孔位中心点，并在沉井外围打4个护桩，引水准点至孔位外。

3、以孔中心为圆点，10.5m为半径放出土模刃脚边线；填筑土模并夯实，土模顶标高应高出设计标高5cm。

4、用护桩引中心点至土模顶，以9.5m为半径画圆，修正坡面，用坡度尺控制，刃脚坡度为40°。

5、坡度修好后用1：

3水泥砂浆粉面，砂浆厚度为1.5～2.0cm，砂浆表面要平整、光滑。

6、钢刃脚下面用C15砼硬化，宽度为20cm，厚度为15cm，确保沉井砼浇注时不出现局部下沉。

7、安装钢刃脚前要精确放样，并复核6～8个点的标高。

钢刃脚安装位置偏差为±1.0cm，接头拼装焊接要等强度。

8、内模安装用的临时支撑要牢靠，内模位置要准确，误差为±1.5cm，垂直度为1%，顶上宜向内倾斜。

9、钢筋安装前要将钢筋间距分均匀，用粉笔作标记；钢筋与钢刃脚的焊缝高度不小于8mm，且为连续焊缝，焊接后去掉表皮。

钢筋间距误差为±1.0cm。

10、水平环筋绑扎前要用尺量，分出环筋间距，每米作一处标记，绑扎要牢固。

间距误差为±1.5cm。

11、外模安装要精确定位，垂直度偏差首先控制在1.0cm以内，以免合拢时误差较大。

支撑要稳妥可靠，模板接缝要贴密、不漏缝。

外模要边安装边校正，避免合拢后不好校正，合拢后平面位置误差控制在±3.0cm，垂直度为1%。

12、沉井砼为C25，采用吊机配吊斗浇注。

浇注要均匀，层厚不宜大于40cm，砼振捣时不要漏振或过振，要根据砼坍落度灵活掌握，刃脚处钢筋密集，插入振动棒时掌握好深度，防止过振影响外模和土模。

为保证砼外观质量，砼浇注高度超过1.0以上时，用钉锤敲打下面的模板。

13、底节砼内圈顶面预埋件由施工队确定，保证接高顺利及安全，砼浇注完毕要根据气温变化，调整养护方法，确保砼不受冻。

14、当砼强度达到设计强度的50%时，即可拆模，拆模时确保安全，堆放地点要便于后序工作。

四、沉井下沉及接高

沉井下沉及接高工艺流程：

沉井下沉→纠偏→下沉→顶面凿毛→校正接缝钢筋→重复沉井制作工艺→下沉→纠偏→下沉→清基。

沉井下沉前提条件：

底节达到设计强度时方可下沉，其余达到设计强度70%时方可下沉。

1、沉井初下沉时可采用人工开挖或机械开挖，因沉井面积较大，便于机械开挖。

但必须掌握均匀除土，防止偏挖造成沉井下沉不均导致沉井倾斜或移位。

2、沉井外弃土应距沉井外边缘4.0m以外的地方，因此沉井周围电力设备及堆放物体应事先清理干净。

3、沉井初开始下沉时，测量频率也要加大，测中心点及高差，推算刃脚底的偏差，以便采取纠偏措施。

4、沉井纠偏的最好措施是偏除土、偏压垂。

因为该沉井面积大，且为圆形。

偏除土、偏压重不宜同时进行。

只有采取偏除土的办法，偏除土可在沉井内外同时进行。

若因地质情况发生过大差异时，潜水员要进行水下作业，查明情况，制定切实可行的纠偏方案及措施。

5、沉井接高；当第一节沉井下沉至离地面0.5m～1.0m时即可进行接高作业，接高前沉井顶面要凿毛，接缝钢筋要校正等工作。

6、沉井模板安装时要与底节沉井顺直，防止发生折线。

沉井中间是空的，无法放中心点，应在底节沉井的外边缘放点。

根据沉井顶面高差，计算出上节模板应有的垂直度，不要以上节模板调整底节沉井的偏差。

7、由于沉井顶面高差，导致模板安装及固定的困难，而且内模为半悬空作业，一定要做好内模安装平台及防护设施。

晚上不得进行此项作业。

8、钢筋、模板安装误差要求，参照沉井制作工艺标准。

9、上节沉井砼浇注应从高的一侧进行，同样也要分层浇注，层厚控制在40cm以内，振捣要确保密实。

由于上节沉井砼量的增加，底节沉井会有新下沉，随时观测下沉量调整砼浇注部位。

10、沉井随下沉随纠偏，纠偏措施随着情况不同来调整。

11、由于沉井为辅助结构，非主体受力结构。

当下沉至接近设计标高时。

有潜水员下水，探明底部情况，决定封底砼工作。

四、打设钢护筒

由于围堰下沉后，围堰内泥砂基本上已经抽取完毕，为确保护筒定位准确，围堰下沉完毕后，在水面以上一米位置设置一层护筒定位架（钢筋砼沉井要考虑预埋件），而后布置工作平台面系并在面系上也设置一层护筒定位架，定位架施工时设置部分φ529辅助桩，再把护筒依次吊入导向架内，焊接牢固后利用履带吊配合振动锤打设钢护筒至岩面，护筒打设两个后，就对这两个护筒进行连接，确保护筒稳定，护筒壁厚采用10mm。

护筒安设之后，下潜水员检查护筒与基岩面的缝隙，并用袋装快硬水泥进行封堵，防止封底砼进入护筒内。

六、沉井封底

1、沉井封底砼为水下C20，厚度为2.5m，数量为746.2m3。

2、沉井底部面积为346m2，一根导管作用面积为38m2，则需布置9根导管。

（详见附图一封底砼导管布置示意图）。

3、水下砼浇注顺序，应以潜水员提供的资料为依据，对导管浇注顺序进行偏号。

4、封底砼采用泵送连续浇注，间隔时间不宜超过60分钟，导管最小埋深不要小于0.8m，测量锤重不小于1.0kg。

5、封底砼顶面标高应比承台底高出10—15cm，以利于抽水后凿除浮浆施工承台。

七、安全、质量保证措施

1、沉井制作

（1）、模板应经平整，板面应清理干净，不得粘有干硬水泥砂浆等杂物。

（2）、木模板在浇筑混凝土前，应充分浇水湿润，清洗干净；钢模脱模剂要涂刷均匀，不少于二遍，不得漏刷。

（3）、模板接缝、拼缝要严密，如有缝隙，应用胶带或海绵条堵塞，防止漏浆。

（4）、模板必须支撑牢固，支撑应有足够的刚度；如支撑在软土地基上应经加固，并有排水措施，防止浸泡。

（5）、混凝土应分层均匀浇筑，严防下料过厚及漏振、过振，每层混凝土均应振捣至气泡排除为止。

2、沉井下沉

（1）、预防下沉过快

a、发现下沉过快，可重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土。

b、将排水法改为不排水法下沉，增加浮力。

c、在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，增大摩阻力。

（2）、预防下沉过慢

a、沉井制作应严格按设计要求和工艺标准施工，保持尺寸准确，表面平整光滑。

（2）使沉井有足够的下沉自重，下沉前进行分阶段下沉系数X的计算（X值应控制不小于1．10～1．25），或加大刃脚上部空隙。

b、在软粘性土层中，对下沉系数不大的沉井，采取连续挖土，连续下沉，中间停歇时间不要过长。

c、在井壁上预埋射水管，遇下沉缓慢或停沉时，进行射水以减少井壁与土层之间的摩阻力。

d、在井壁周围空隙中充填触变泥浆（膨润土20％、火碱5％、水75％）或黄泥浆，以降低摩阻力，并加强管理，防止泥浆流失。

（3）、预防瞬间突沉

a、在软土地层下沉的沉井可增大刃脚踏面宽度，或增设底梁以提高正面支承力；挖土时，在刃脚部位宜保留约50cm宽的土堤，控制均匀削土，使沉井挤土缓慢下沉。

b、在粘土层中严格控制挖土深度（一般为40cm）不能太多，不使挖土超过刃脚，可避免出现深的锅底将刃脚掏空。

粘土层下有砂层时，防止把砂层吸空。

c、控制排水高差和深度，减小动水压力，使其不能产生流砂或隆起现象；或采取不排水下沉的方法施工。

（4）、预防下沉搁置

a、施工前做好地基勘察工作，对沉井壁下部3m以内的各种地下障碍物，下沉前挖井取出。

b、对局部软硬不均地基或倾斜岩层，采取先破碎开挖较硬土层或倾斜岩层，再挖较弱土层，使其均匀下沉。

（5）、预防沉井悬挂

a、用0．2～O．4MPa的压力流动水针沿沉井外壁缝隙冲水，以减少井壁和土体间的摩阻力。

b、在井筒顶部加荷载；或继续浇筑上节筒身混凝土增加自重和对刃口下土体的压力，但应在悬空部分下沉后进行，以免突然下沉破坏模板和混凝土结构。

c、继续第二层碗形挖土，或挖空刃脚土，必要时向刃脚外掏深100mm。

d、在岩石中下沉，可在悬挂部位进行补充钻孔和爆破。

（5）、预防偏位或扭位

a、加强测量控制和检测，在沉井外和井壁上设控制线，内壁上设垂度观测标志，以控制平面位置和垂直度，每班观测不少于2次，发现位移或扭位应及时纠正。

b、及时纠正倾斜，避免在倾斜情况下继续下沉，造成位移或扭位。

c、控制沉井不再向偏移方向倾斜。

d、加强测量的检查和复核工作。

3、沉井封底

（1）、沉井预防失稳

a、封底前，对井底松软土层和软硬不均土层，进行换填加固处理；井底积水淤泥要清除干净，使有足够的承载力，以支承沉井上部荷载，防止不均匀沉陷。

b、封底混凝土采取均匀、对称分格、按照一定顺序进行浇筑，并宜先沿刃脚填筑一宽约70cm同心圆带，厚度根据刃脚斜面高度确定，而后再逐步向锅底中心推进。

混凝土应分层浇捣，每层厚50cm，在软土中采取分格逐段对称封底。

（2）、封底预防出现泥浆夹层

a、基底为软土地基时，应将井底浮泥清除干净并铺碎石垫层。

b、导管下口距基底保持40cm为宜；首批灌注导管混凝土应通过计算确定，使混凝土能顺利从导管内排出扩散并与水隔离。

c、浇筑前导管中应设置球、塞等隔水，灌注导管应埋入混凝土堆中不小于1．5m。

多根导管同时灌注时，混凝土面应平均升高，上升速度不应小于O．25m/h，坡度不应大于1：

5。

d、导管接头应用橡胶圈密封，避免漏水；导管焊缝应有足够的强度，防止破裂。

e、导管间距应控制在有效影响半径范围以内，一般取3～4m，使各导管的浇筑面积相互覆盖，导管直径宜为250～300mm。

f、混凝土配合比要适当，保持良好的和易性和流动度，坍落度宜为18～20cm，搅拌要均匀，浇筑应从最低处开始，由下而上分层浇筑，搭接严密，不使泥浆水混入。

附件圆形钢筋混凝土围堰计算书

一、几何数据及计算参数

围堰混凝土:

C25,[σt]=12MPa

主筋:

HRB335（20MnSi）

箍筋:

HPB235（Q235）

围堰高度H=8.5m外径D=21m壁厚B=1m

封底混凝土厚度H2=2.5m

入土深度H=8.5m

水深h1=7.5m

砂砾土γ=17kN/m3摩擦角φ=26O摩擦阻力f=18kN/m2

封底砼：

C20，[σW]=6.8MPa，[σWL]=0.4MPa，[C]=0.67MPa。

混凝土之间的粘结力:

[C]=0.67MPa

二、围堰受力检算

围堰最不利受力工况为封底后抽水施工承台,

所以只对封底混凝土和封底混凝土顶层围堰进行检算。

1、封底混凝土计算

上浮力：

F1=γ水h1A=10×7.5×9.52×3.14=21254kN

混凝土自重G=γ砼H2A=23×2.5×9.52×3.14=16295kN

封底混凝土与桩身及围堰的摩擦阻力

F2=（19×3.14+8×2×3.14）×2.5×0.67=184000kN

因摩擦阻力远大于上浮力,可假定封底混凝土和围堰及桩身固结

作用封底砼底面向上的压力为：

q=7.5×10-23×2.5=17.5kN/m2

w=

×2.52=1.04m3

钻孔桩之间的封底砼按简支梁计算，钻孔桩之间的最大距离7.3m

M=

×17.5×7.32=116.6kN.m

封底砼弯曲拉应力：

σ=116.6/1.04=112.1kN/m2=0.112Mpa＜[σwl]=0.4Mpa

满足要求

2、围堰受力计算

围堰最大主动土压力

P1=（γ砂×H-γ水×h1）tg2（45-φ/2）

=（17×8.5-10×7.5）×tg2（45-26/2）=27kN/m2

围堰最大水压力P2=γ水×h1=10×7.5=75kN/m2

总荷载P=P1+P2=102kN/m2

圆形围堰只承受轴向压力

NA=NB=P×D=102×21=2142kN/m

轴向压应力σ=N/B=2142/1=2142kN/m2=2.142Mpa＜[σwl]=12Mpa

满足要求，按计算不需配筋，钢筋根据构造需要配置。

3、围堰下沉施工计算

下沉系数K=（G-B）/（T+R）

采用刃角抽沙射水下沉，刃角地基承载力R=0

围堰自重G=481×23=11063kN

浮力B=（481-19.8×3.14）×10=4188kN

摩擦阻力T=π×D（h+（H-h）/2）×f

=3.14×21×（1.2+（8.5-1.2）/2）×18

=5757kN

K=（11063-4188）/5757=1.19＞1.15

满足要求。