1、圆形沉井施工工法1 前 言沉井是修建深基础和地下深构筑物的主要基础类型和较广泛应用的方法之一，可在松软、不稳定、含水土层、人工填土、粘性土、砂土等地基中应用，并可减少对施工场地复杂、邻近有房屋、地下构筑物等障碍物的影响。沉井的类型很多，具体类型根据建(构)筑物的使用功能，结构形式，地下土质情况而定，使用沉井法施工减少了使用其他方法施工的费用及难度，我单位在南京城北污水处理系统工程中施工获得成功，从而积累了大口径沉井施工相关的经验。2 特 点2.1 能适用于任何地层，不受持力层起伏和地下水位高低的限制。2.2 转复杂的地下施工为地表施工，施工方便，安全系数大大提高。2.3 施工机具、设备简单，操
2、作方便，劳动强度低。2.4 分节制作，一次下沉，质量控制可靠。2.5 不足之处是用水量大，泥浆排放较多，对环境有一定的污染，要妥善处理泥浆排放问3 适用范围本沉井法施工适用于深坑、地下室、水泵房、设备深基础、码头等工程，并可在松软、不稳定含水土层、人工填土、粘性土、砂土、砂卵石等地基中应用，一般在施工场地复杂，邻近有铁路、房屋、地下构筑物等障碍物，加固、拆迁有困难或大开挖施工会影响周围邻近建(物)筑物安全时，应用最为合理、经济。4 材料性能4.1 钢筋钢筋规格品种和质量必须符合设计和施工规范规定，钢筋出厂质保书、检测报告等资料齐全，制作符合相应验收规范规定。4.2 混凝土抗渗混凝土强度一般比设
3、计强度提高 5MPa，水泥应采用 32.5 级或 42.5 级普通水泥或矿渣水泥，石子宜用卵石、碎石，其最大粒径不大于钢筋最小净距的 14，且不大于 20mm，砂宜用中粗砂，水灰比不大于 0.6，单位水泥用量不大于 370kgm3，含砂率宜为 4045，坍落度为 162cm，混凝土初凝应满足浇灌和接头施工工艺要求。4.3 助沉用砂助沉用砂宜选用颗粒级配良好、质地坚硬的中粗砂，砂中不得含有杂草、树根等有机杂质，以形成良好的润滑助沉效果，并有良好的透水性。4.4 泥浆制作用 20膨润土及 5石碱，加水调制而成。5 工艺流程及操作方法先按照钢筋混凝土构筑物制作的要求，在地面分节浇筑大口径井，待最上面
4、一节强度达到 75以上时，采用不排水吸泥法下沉。5.1 工艺流程图基坑开挖砂垫层、混凝土垫层搭设脚手架支设刃脚内模板安装刃脚钢筋支设刃脚外模板浇筑刃脚混凝土支设井壁内模板安装井壁钢筋支设井壁外模板浇筑井壁混凝土养护拆除模板脚手架下沉准备沉井下沉沉井水下封底养护浇筑底板。5.2 基坑开挖、做垫层因井身较高，地下水位较低，故选用在基坑中制作方式。在松软地基上进行沉井制作，应先对地基进行处理，地基处理根据沉井一次下沉前自重，考虑相应的施工荷载，确定垫层的承载力，从而设计人工砂垫层厚度。(砂垫层最小厚度计算可参见式屉h=(Nf-B)2tg。式中 h 砂石垫层(m)；N 一每米范围沉井重量与施工荷载之和
5、(kNm)B刃脚底宽度(m)；f地基允许承载力 kPa； 一垫层应力扩散角；垫层底部宽 B1=2tg +Bo)基坑挖至施工季节当地最高地下水位以上，在其上铺设砂垫层并强夯至密实，再在砂垫层上沿刃脚及井字梁底浇素垫层，以防止由于地基不均匀下沉，引起井身裂缝。5.3 刃脚支设沉井制作，下部刃脚模的选择应视沉井重量、施工荷载和地基垫层承载力情况确定，使用砖胎模法能保证承载力且施工方便、易于控制刃脚边线。根据中心控制桩和沉井中心桩，在混凝土垫层上放出沉井外边线，然后根据图纸尺寸分别放好刃脚和井字粱两侧边线。砂浆强度等级、砖的强度应根据上部荷载大小，经计算设计确定。砖模和刃脚接触处刷沥青作隔离剂，考虑每
6、隔 3m 设一条伸缩缝，便于拆除砖胎模，并在砖模内预埋 PVC 管，以便对拉螺栓穿出，加固井壁外模。5.4 井壁制作5.4.1 制作方式一般井壁高于 12m，且总高不大于 0.8D(D 一沉井直径)时，采用分节制作一次下沉以节约工期，并能顺利下沉，从而缩短作业时间。1 钢筋绑扎钢筋制作按设计要求，每节井壁竖筋，一次绑好，水平筋分段绑扎，上下节井壁连接处，按给水排水构筑物施工及验收规范(GBJl4190)，伸出主筋接头错开1，4。钢筋接头采用搭接焊，焊缝厚度不得小于 6mm，焊缝长度双面焊不小于 5d,单面焊不小于 10d,且焊缝须错开。在焊接长度范围内，受力钢筋接头截面积不得大于总面积的 25
7、。2 模板支设大口径圆形沉井模板工程选用定型组合钢模和木模配合，用海绵条嵌缝，采用对拉螺栓和筑厚度不大于 500mm，避免一次浇筑过厚，不易振捣，而影响混凝土成形质量；套管四周要加强振捣。混凝土振捣采用插入式振捣器振捣，振捣器操作做到快插慢拔30s；采用行列式或交错式的次序，插点要均匀，每点移动位置距离不大于 30cm；振捣器在振捣上一层时，应插入下一层混凝土中 50mm 左右，以消除两层之问的接缝，混凝土自由下落高度超过 2m 时，必须使用串筒，确保混凝土浇筑过程中不发生离析。已完的混凝土要浇水养护，在每一节混凝土强度达到 70以上，可浇灌第二节。井壁分节接缝处设钢板止水带，并加强振捣，以满
8、足抗渗要求。4 套管和预埋件套管和预埋件制作成形的尺寸必须符合设计要求，同时确定套管在井上的位置、数量，确保套管和预埋件一次性安装到位，且不影响模板的安装。5.5 沉井下沉根据地质资料及施工具体情况，不同土质采用不同的设备及方法进行取土下沉(城市施工，多采用不排水法下沉)。5.5.1 下沉系数 K下沉系数 K 可按：K=(G1F)f 计算(G1 一沉井自重与施工荷载之和；F-沉井下沉施工中所受的浮力；f-沉井下沉时 R 的摩擦力；通常，K1.151.25)。5.5.2 下沉取土方法l 地下水位以上土层及砂石垫层采用人工挖掘下沉。2 沉井沉至地下水位后，井内注水采用空气吸泥带水下沉法，并用抓土机
9、配合取土。用不排水法下沉时，应注意保持井内水位高出井外水位 12m。5.5.3 取土下沉l 取土顺序，先取四周井格土，最后取中间井格土，每格内取土则应遵循先中央后四周的顺序。2 井格中央土用抓斗水中抓取，沿刃脚、井字梁留出土台，然后用空气吸泥器分层对称冲挖，但不得冲挖刃脚下土层，使井格底部土层形成锅底状，一般当锅底土比刃脚低l1.5m 时，沉井即靠自重下沉，而将刃脚下土挤向锅底中央，再从井孔中央继续取土，沉井即可继续下沉。此时，应注意相邻井格内锅底土高差不大于 lm。井内取土下沉示意图如下图：5.5.4 沉井辅助下沉方法l 沉井下沉过程中，出现因土质不均匀所产生不均匀下降，可采取灌砂助沉的方法
10、平衡外壁摩擦阻力，并结合平衡取土及各种纠偏方法使沉井均匀、平稳下沉，砂子可采用中粗砂，施工过程中要保证灌砂的连续、均匀。2 泥浆套减阻：为防止地下土质变化，造成下沉困难，预先准备泥浆护壁设备，在井下沉过程中，通过设置在井壁的注浆管向井筒外壁和土体之间注入触变泥浆，使其成为泥浆润滑套，减小沉井下沉过程中的摩擦力。触变泥浆用 20膨润土及 5石碱(碳酸钠)加水调制而成，采用触变泥浆法可大大减少井壁的下沉摩阻力；同时，还可起阻水作用，方便取土。使用时必须注意：沉井下到沉设计标高后，为使沉井稳定，用 1：2 水泥浆把触变泥浆置换出。5.5.5 测量控制与观测在沉井外部地面及井壁顶部四周设置纵横十字中心
11、控制线、水准点，以控制沉井位置和标高，并在井身内、外各平均分布绘出 8 根标尺，以观测沉井的下沉量及垂直度，定时用两台经纬仪进行垂直偏差观测，每班至少测量两次，发现倾斜及时纠偏，使偏差控制在允许范围内。5.5.6 沉井纠偏l 造成沉井产生倾斜的常见原因：(1)沉井脚下土层软硬不均匀；(2)没有均匀取土下沉，使井孔内土面高低相差很多；(3)刃脚掏空过多，沉井局部突然下沉；(4)刃脚一侧被障碍物搁住，没有及时发现和处理；(5)由于井外弃土或其他原因造成对沉井井壁的偏压。2 解决方法：(1)过量取土纠偏，即通过调整掘土的高差及调整沉井刃脚处保留土台的宽度进行纠偏。(2)局部增加荷载纠偏；(3)加速对
12、较高侧井格内取土；(4)遇孤石或其他坚硬障碍物可将四周土掏空，后将障碍物取出；(5)如沉井外有影响井身下沉的弃土或堆物，应及时清除。5.6 沉井封底5.6.1 沉井下沉到距设计标高 0.1m 时，应停止井内取土，使其靠自重沉至设计标高或接近设计标高，再经 23d 下沉稳定，或者经观测一周累计下沉量不大于 lOmm 时，才可进行封底。5.6.2 沉井封底前先进行抗浮验算，解决抗浮问题的方法有：(1)提高井内水位以满足抗浮要求；(2)适当降低地下水位来满足抗浮要求，(3)两者一并使用以满足抗浮要求。5.6.3 沉井底坐落于较软弱土层，以防井底涌水量很大或出现流砂现象，应选用水下浇筑混凝土进行封底。
13、待沉井基本稳定后，将井底浮泥清干净，新老混凝土面用高压水枪冲刷干净，并铺碎石垫层；水底封底混凝土采用提升导管法灌注，开导管方法采用球胆，开导管时，首灌混凝土量要经过计算确定，以保证完全排出导管内泥浆，并使导管出口埋深不小于 0.8m 的流态混凝土中，封底混凝土厚度，根据井封底时满足抗浮要求而定；封底混凝土厚度较厚，应分层连续浇灌；待水下封底混凝土达到所需强度，方可从沉井内抽水，检查封底情况进行检漏补修，然后再施工钢筋混凝土底板。6 机具设备以南京某污水处理系统过程进水泵房下部沉井为例；机具配备见表 6。7 劳动力组织以南京城北污水处理厂进水泵房下部沉井工程为例，工作班组及劳动力配备计划见表7。
14、主要施工机械设备表 表 6序号 机械或设备名称 型号规格 数量 序号 机械或设备名称 型号规格 数量l 挖掘机 WY200 1台 13 高压水枪 10套Z 自卸车 5t 5辆 14 BF重型潜水衣 6套3 交流电焊机 30kw以下 2台 15 103型潜水对讲机 6台4 气割设备 2台 lfi 潜水员供气空压机 0.60.9m3min 8台5 风镐 4台 17 排泥管 400600mm 800m67空压机卷扬机V-68-l2t4台4台1819吸泥管道空气管道280m300m8 吊车 25t 3台 20 活络扒杆 4套9 潜水泵 100 6台 21 手拉葫芦 12只10 水泵 50 4台 22
15、水下封底管道、漏斗 4套Ii 吸砂泵 NL100-16 12套 23 水准仪 2台12 高压水泵 IS65-40-3 15A 10套 24 经纬仪 2台工作班组及劳动力配备计划 表 7序号 工种 人 数 序号 工种 人 数l 木工 15 l 电工 22 钢筋工 12 2 焊工 43 混凝土工 i0 3 潜水员 154 机务 4 4 专职指挥 48 质量标准及检验方法8.1 质量控制措施8.1.1 建立质量管理制度，成立专门的质量管理领导小组，提高施工人员管理水平；8.1.2 组织施工人员进行技术交底，提高施工人员综合素质和施工水平；8.1.3 加强原材料的检测，做到复试合格后方可使用；8.1.
16、4 对投入本工程的所有检测设备、测量仪器、计量器具等进行检验，确保符合工程精度要求；8.1.5 加强质量检查，做到上道工序经验合格，才能进行下道工序；8.1.6 验收标准提高一级，从严把关，从细部把关，提高各级人员的质量意识，从而保证工程优质高效地完成。8.2 质量标准8.2.1 沉井制作(1)沉井制作尺寸与设计尺寸允许偏差绝对值小于 20ram；(2)井壁厚度偏差小于15ram；(3)混凝土保护层偏差小于5ram。8.2.2 沉井下沉(1)底面中心位置偏移，当 H10m 时，小于移 100；(2)沉井刃脚平均标高与设计标高的偏差10m 时，J100 且 300。8.2.3 质量通病及防冶措施
17、l 沉井下沉困难(1)产生原因：1)井壁与土壁间的摩阻力过大；2)沉井自重不够，下沉系数过小；3)遇有地下管道、树根等障碍物；4)遇流砂、管涌。(2)防治措施：1)继续浇灌混凝土增加重量，在井顶均匀加铁块或其他荷重；2)挖除刃脚下的土或在井内继续进行第二层碗形破土；用小型药包爆破震动，但刃脚下挖空宜小，药量不宜大于 0.1kg，刃脚应用草垫等防护；3)不排水下沉改为排水下沉，以减少浮力；4)在井外壁装射水管冲刷井周围土，减少摩擦力，射水管亦可埋于井壁混凝土内，此法仅适用于砂及砂类土；5)在井壁与土间灌入触变泥浆或黄土，降低摩擦力，泥浆槽距刃脚高度不宜小于3m；6)清除障碍物；控制流沙、管涌。2
18、 沉井下沉过快(1)产生原因：1)遇软弱土层，土的耐压强度小，使下沉速度超过挖土速度；2)长期抽水或因砂的流动，使井壁与土问摩擦力减少；3)沉井外部土液化。(2)防治措施1)可用木垛在定位垫架处给以支承，并重新调整挖土，在刃脚下不挖或部分不挖土；2)将排水法下沉改为不排水法下沉，增加浮力；3)在沉井外壁间填粗糙材料，或将井筒外的土夯实，加大摩擦力，如沉井外部的土液化发生虚坑时，可填碎石处理；4)减少每一节筒身高度，减轻沉井重量。3 突沉(1)产生原因：1)挖土不注意，将锅底挖得太深，沉井暂时被外壁摩擦力和刃脚托住，使处于相对稳定状态；当继续挖土时，土壁摩擦力达极限值，井壁阻力因土的触变性而突然
19、下降，发生突沉；2)流砂量大量涌入井内。(2)防治措施：1)适当加大下沉系数，可沿井壁注一定的水，减少与井壁的摩擦力；2)控制挖土，锅底不要挖太深；刃脚下避免掏空过多；3)在沉井梁中设置一定数量的支撑承受一部分土反力；4)控制流砂现象发生。4 沉井倾斜(1)产生原因：1)沉井刃脚下的土软、硬不均；2)没有对称地抽除垫木或没有及时回填夯实；井外四周的回填土夯实不均；3)没有均匀挖土，使井内土面高差悬殊； ，4)刃脚下掏空过多，沉井突然下沉，易于产生倾斜；5)刃脚一侧被障碍物搁住，未及时发现和处理；6)排水开挖时井内一侧涌砂；7)井外弃土或堆物，井上附加荷重分布不均，造成对井壁的偏差。(2)防治措
20、施：1)加强沉井过程中的观测和资料分析，发现倾斜及时纠正；2)分区、依次、对称、同步地抽除垫木，及时用砂或砂砾填夯实；3)在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少挖土或不挖土，待正位后再均匀分层取土；4)在刃脚较低的一侧适当回填砂石或石块，延缓下沉速度；5)在井外深挖倾斜反面的土方，回填到倾斜一面，增加倾斜面的摩擦力；6)不排水下沉，在靠近刃脚低的一侧适当回填砂石；在井外射水或开挖，增加偏心压载以及施加水平外力等措施。5 沉井偏移(1)产生原因：1)大多由于倾斜引起；当发生倾斜和纠正倾斜时，井身常向倾斜一侧下部产生一个较大压力，因而，伴随产生一定位移，位移大小随土质情况及向一边倾斜的次数而定；2)测
21、量定位差错。(2)防治措施：控制沉井不再向偏移方向倾斜，有意使沉井向偏位的相反方向倾斜，当几次倾斜纠正后，即可恢复到正确位置或有意使沉井向偏位的一方倾斜，然后沿倾斜方向下沉，直至刃脚处中心线与设计中线位置相吻合或接近时，再将倾斜纠正。加强测量的检查复核工作。9 安全措施9.1 沉井施工前，应做好调查研究工作，查清沉井部位地质水文及地下障碍物情况，摸清对邻近建筑物、地下管道等设施影响情况，采取有效措施，防止施工中出现异常情况，影响正常、安全施工。9.2 严格遵循沉井取土程序，控制均匀挖土和速度，防止发生突然性下沉、严重倾斜现象，导致人身事故。9.3 做好沉井下沉降排水工作，以保证沉井挖土过程中不
22、出现大量涌水、涌泥或流砂现象。9.4 沉井上部应设安全平台，周围设栏杆；井内上下层立体交叉作业，设安全网、安全挡板；井下作业应戴安全帽，穿胶皮鞋。9.5 沉井内土方吊运，应由专人操作和专人指挥，统一信号，预防发生碰撞或脱钩；起重机吊土方和材料靠近沉井边坡行驶时，应加强对地基稳定性检查，防止发生塌陷倾翻事故。9.6 沉井挖土应分层分段对称、均匀进行，达到破土下沉时，操作人员要离开刃脚一定距离，防止突然性下沉造成事故。9.7 不排水下沉，井内操作人员应穿潜水服、佩安全带，下井应设安全爬梯，井应有可靠的应急措施。9.8 加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止
23、超负荷作业，并设漏电保护器；夜班作业，沉井内外应有足够照明，沉井内应采用 36V 安全电压。1 0 效益分析以南京城北污水处理系统过程进水泵房过程为例，选择其他方法施工，施工周期要长约一个月，而且可能出现一定范围内地面沉陷和塌方，给邻近建(构)物筑造成不同程度的影响，并给施工带来不便，可比费用高出 15。因此，沉井法不排水下沉的经济效益、社会效益比较显著。11 工程实例11.1 南京某污水处理系统过程进水泵房工程下部沉井，外直径 25.6m，下沉深度15m，下部井壁厚 1.1m，上部厚 0.8m，梯形截面井字梁上宽 1.4m，下宽 0.8m，高 3.8m。如此大口径沉井工程江苏省内鲜有，沉井法施工解决了施工场地复杂，邻近有不可拆除的建(构)筑物，用大开口施工对建(构)筑物影响较大的难题，用不排水法取土下沉、助沉，施工质量得到了较好的控制，为确保鲁班奖创建了良好的基础。11.2 南京某污水处理系统工程场外某泵房改造工程。1 1.3 南京某污水处理系统工程场外内某河西片 w2w16 工程。
