沉井施工经验总结和技术探讨
2020-03-02 20:58:15 来源：范文大全收藏下载本文
沉井施工经验总结和技术探讨
经过2007～2008年连续做了两个污水泵站工程，笔者对沉井施工积累了一定的经验，对有关的技术理论有了一定的认识，下面以科盛路泵站的施工为主作一技术总结。
一、沉井的涵义及应用范围
沉井是在经过整平或处理的地基上制作的无盖、无底的结构物，采取不同的方式取出井内的土体，主要靠其本身重量克服井壁与土的摩阻力和刃脚下阻力下沉到设计标高，经封底后形成的地下空间，可作为地下构筑物或基础使用。
沉井结构，广泛应用于桥梁、烟囱、水塔的基础，以及水泵房、地下油库、水池竖井等深井结构。当结构处于地下较深，土质较差，或者周围已建有构筑物，施工场地受限制时，采用大开挖施工几乎不可能，那么采用沉井施工则是比较合适的选择。
沉井施工的优点：
(1)沉井的土方工程量可以限制在沉井的体积范围内，因为无需留出边坡，场地面积可大大减少。
(2)沉井不但可以作为地下结构的外壳部分，而且在挖土下沉的过程中可作开挖支护，与设地下连续墙支护的大开挖方法相比，省去了开挖支护的费用，效果显著。
二、沉井结构设计特点 (1)沉井平面布置
沉井平面应尽可能对称布置。如果平面上不对称，造成沉井的偏心，会令沉井作业困难，向哪边偏心就有可能向哪边倾斜。形状怪异的结构不适宜采用沉井。 (2)平面分格
不同的沉井，根据不同的使用要求，平面上会有不同的分格。沉井分格，通常每格的净尺寸不得小于3米。 (3)框架及隔墙
框架及隔墙的作用：①增加沉井在下沉过程中的结构刚度，以利于抵抗不均匀下沉的扭转作用；②有利于逐格取土和封底，减少封底混凝土和底板计算跨度；③当沉井突沉时，能分担一部分地基反力，起到限制突沉和超沉的作用。
三、施工方法及难点分析 1.基坑开挖
基坑开挖目的是为了便于做砂垫层，基坑开挖深度在上海地区不宜过深，以不超过2米为宜，超出2米则因为有地下水的关系，地基承载力明显降低，对沉井制作带来不利。
科盛路污水泵站，属中等规模，外部尺寸为22.15米×10.5米×11.00米，总高度11.00米，井壁厚0.6米，中间含框架。科盛路泵站场地地面标高为3.86～4.20米，开挖基坑底标高为2.20米，挖深在1.6～2.0米之间，边坡1：1。 2.压密注浆 本工程沉井深度范围内主要土层为素填土、粘土、淤泥质粘土，沉井底部在淤泥质粘土上，井壁侧摩阻力较小，故要求设计时采用井底压密注浆、增设底梁等措施。为此，设计图纸要求：科盛路泵站工程对井底以下3米(-6.2～-9.2米)进行压密注浆，范围是间距大的刃脚两侧(22.15米)增加各1米，间距小的刃脚两侧(10.5米)各增加1.5米。
具体做法如下：因压密注浆影响半径为600毫米，有效半径为500毫米，故确定布孔的排距和孔距均为1米，注浆范围24.15米×13.20米，共350个洞。由测量人员放出中心线及注浆区域边界线，按设计孔位精确定出每孔位置。
采用先外围后内部的注浆施工方法，先沿周圈注三排孔，形成注浆约束边界，内部可不考虑施工顺序，但应按跳孔间隔注浆方式进行，防止串浆。
浆液制作，严格按设计要求，将水灰比控制在0.45以内。采用2台搅拌桶，将水与水泥混合均匀，搅拌时间不超过5分钟。拌好的浆液通过筛网过滤，存放于贮浆池内，存放时间不得大于30分钟。
每孔注浆时，先将注浆管压入土层至设计深度，然后接上压浆机，边向上拔起注浆管边向土层内注浆，每次拔管间距不大于0.5米，注浆压力为0.25～0.35MPa， 注浆压力由小变大，最大压力不超过0.5MPa。通过控制注浆量和注浆压力达到设计要求。
压密注浆结束28天后，按工程质量验收规定，由上海市建设工程质量检测机构采用静力触探进行检测，试验的各试点地基竖向抗压极限承载力均不低于125Kpa，满足设计要求。 3.轻型井点降水
根据地质勘探资料，科盛路泵站工程拟建场地浅部地下水为潜水类型，潜水位随季节变化，主要受大气降水、地表径流及地面蒸发的影响。经勘察实测，地下水埋深0.70～0.80米，相应标高为3.09～3.18米(平均标高3.14米)。为了保证砂垫层的制作质量，保证沉井制作的质量和安全，所以本工程在沉井制作过程中采用轻型井点降水。
轻型井点降水的做法：井点的布置，在基坑四周布置环形井点，间距1.5米，距沟槽边1米。
井点管采用直径40毫米的钢管，长5.2米，管下端配滤管，滤管直径同井点管，长0.9米，管壁上有梅花形状10毫米左右的孔，外包3～4层棕皮滤网。集水总管采用管径108毫米的钢管分节连接。抽水设备采用射流泵。
下井管采用φ50毫米的钢管冲枪，冲枪成孔达200毫米，深6米，埋设井点管，用粗砂回填，在井点管地面以下0.5米左右，用粘土填实，以防止漏气。
保持正常动转是井点降水的重要环节，因此，我们每天派人对其系统进行检查维护，保证降水效果。
四、沉井制作
科盛路泵站沉井分三节浇筑，一次下沉，待沉井下沉到位封底后，浇筑两道中隔墙，留1.6米后浇段与顶板整体浇筑。从施工经验看，虽然在下沉过程中，沉井外壁并未发生裂缝等异常情况，但隔墙应与井外壁一起浇筑，并一起下沉，以增强井外壁对土层压力的抵抗，保证沉井结构的安全。采取刃脚以上中隔墙后浇，原是考虑下沉时取土方便，但从后来施工效果看，先浇隔墙对水冲取土下沉没有太大影响。 (1)脚手架工程
沉井内、外脚手架均采用φ50毫米钢管搭设施工用脚手架。内排设满堂脚手架，间距1.4～1.8米；井外脚手架搭设成双排架，间距1.8米。脚手架均应在距地面20厘米处设扫地杆一档。由于内外脚手架在砂垫层上，故需在脚手架底部铺设5厘米厚木板作为支承。内、外脚手架应与井壁模板脱离，以防止混凝土浇筑期间沉井意外下沉造成安全事故。当脚手架逐渐增高时，应加设外侧斜拉杆，确保安全、稳固。脚手架上水平、竖向铺设安全篱笆，在每层90厘米高处设置安全扶手，并搭设上下跑道，设防滑条。
(2)模板
沉井刃脚和隔墙斜面处采用砖胎模，其余部分采用定型钢模板。遇插筋、穿墙管等特殊部位或模板不足之处采用木模代替。
内、外模以及模板之间的连接和固定均采用φ48毫米钢管，采用U形卡，φ14对拉螺拴等标准扣件作模板之间的连接和固定，使内外模具有相当刚度的整体。对拉螺栓两端焊模板限位钢筋，限位钢筋距模板4厘米，采用4厘米厚小方块填充，作为限位钢筋混凝土保护层。因此，对拉螺栓总长度为混凝土截面宽+7厘米×2，其中螺纹长度为7厘米。待井壁模板拆除后，将小木块挖去，割去螺栓外露部分。然后清洗干净，并用环氧砂浆封闭小木块形成的洞穴，防止螺栓的锈蚀和地下水的渗入。
拉杆螺栓止水：沉井模板多采用拉杆螺栓固定，造成漏水的薄弱环节，故螺栓宜加焊止水片。止水片采用3毫米×80毫米×80毫米的钢板，止水片在螺栓杆中部满焊，这样既可防止螺栓转动，又可防止水沿螺栓漏入井内。
科盛路泵站沉井制作，对拉螺栓在模板上的布置为：横向及竖向间距均为60厘米，特殊部位，如变截面处适当加密。
(3)钢筋绑扎
根据设计要求，对钢筋进行配料、绑扎、安装、成型，一般将外壁水平钢筋设在垂直钢筋的外侧，井壁内侧水平钢筋宜设在垂直钢筋的里侧。绑扎时，对于墙体钢筋应做到扎丝正、反“八”字形交替进行，以防止骨架变形，铅丝头向里按倒，不能伸向混凝土保护层。钢筋接头采用焊接接头，位置设在结构受力较小处并按规范相互错开。钢筋保护层垫块采用高标号水泥砂浆预制，垫块间距不小于1.5米/只，并与内外钢筋扎牢，以防止混凝土浇筑过程中移位。
(4)混凝土的浇筑
混凝土浇筑时采用分层平铺，每层混凝土的浇筑厚度为500毫米。应对浇筑速度进行控制，避免速度过快对模板造成过大的侧压力，或速度过慢而在每层间形成“冷缝”。
科盛路泵站沉井制作，每层浇筑时间控制为2小时左右。在混凝土浇筑过程中，派专人负责看管模板和钢筋，若发现变形移位时，及时采取措施加固纠正。
(5)施工缝处理
科盛路泵站沉井施工缝，因为第一节结构的钢筋较密，所以第一节采用钢板止水带施工缝，钢板厚度3毫米，宽度为400毫米。钢板的对接采用焊接，焊缝要满焊，防止形成渗漏通道。钢板止水带的固定，采用短钢筋头点焊固定在主筋上，固定的钢筋头在止水带两侧错开布置。第二节、第三节采用凸式施工缝，凸式施工缝易于凿毛和清洗，易于保证防水质量。
以上两种施工缝在安装上层模板前，表面均应凿毛，清除浮粒，并冲洗干净。在浇筑混凝土时先用水湿润后，在表面上再铺10～15毫米的水泥砂浆一层，然后再继续浇筑混凝土。
五、沉井下沉
科盛路泵站是采用水力冲土法下沉，下面将冲土下沉的具体做法介绍如下： (1)准备工作
①嵌补好对拉螺杆的保护垫层孔。
②沉井壁所有洞口用50厘米厚砖墙封堵，双面用1：2水泥砂浆抹光。
③施工接缝涂刷环氧沥青两道。
④最后一节混凝土强度达到设计强度的100%。混凝土抗压强度的检查，应以现场同条件养护的试块试压结果为依据。
⑤水力机械准备：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组成。
⑥施工用水及泥浆处理：水力冲土下沉，施工时需要大量清水，所以在沉井附近应有充足的水源，在水源缺乏的地区，不适宜采用此方法。对于沉井冲出的泥浆，经三级沉淀再排入河浜，确保不污染环境。 (2)冲土下沉
首先拆除垫层混凝土，先井外后井内，分四个作业面同步对称进行。然后用高压射水冲碎土层后，再用水力吸泥机将泥浆及土的水块排到井外，使井下沉。
科盛路泵站场地附近80米左右有一条河浜，架设一台6DA型高压水泵，井内设两台高压水枪，高压水枪通过进水管路与水泵相接。两工人持枪分别向两对称方向冲泥。冲泥从沉井中间开始，先将中间框架下部泥土掏空，并逐渐向四周加深和加宽。加深加宽的过程应符合对称原则，直至沉井周边刃脚位置，形成锅底状，锅底深大约80厘米。四周格仓土经水枪射水破坏后变成泥浆流向中部，设一台水力泥浆泵(直径150毫米)吸到沉井以外地面上的泥浆池内，经三级沉淀后再排入原河浜。
沉井下沉分4班作业，每班3小时，交替施工，一天工作时间12小时(早上7：00～晚上7：00)，为保证下沉的质量和安全，夜里不安排作业。
初沉阶段(2米以内的下沉过程)是沉井的关键时刻，这时井的下沉系数大，重心高，稳定性差，因此要求施工人员精力要高度集中，冲土时一定要均匀对称，测量要求每隔2小时测一次，严格控制偏差。中间下沉阶段(2～9米)每班测量至少1～2次。终沉阶段(最后2米)也很关键，这时沉井应避免大的偏差，而且要防止超沉。在终沉阶段，技术人员实行昼夜轮流值班，架设仪器，严密控制。
终沉阶段1米，用了7天，时间比较长，不能急于求成，我们采用冲水→下沉→测量的循环程序，逐步靠近设计标高。由于井底做压密注浆和井点降水(喷射)措施的缘故，没有出现突沉。根据终沉阶段下沉速率比较小的情况，到离设计标高8厘米时，我们停止了冲泥作业，经三天的观测，沉井自沉仅3厘米，满足设计要求，至此下沉工作结束。 (3)测量控制和纠偏处理
标高测量：在井壁四角画出水平标尺，用水准仪测量观测下沉标高变化。
平面位移测量：在沉井的中轴线方向设置固定标桩，用钢尺直接量测沉井中轴的位置。
垂直度测量：在沉井四角挂吊线锤，并辅以经纬仪测量垂直度。
在下沉质量控制中，主要标高、平面位移、垂直度三个方面，而重点在标高控制，标高控制好了，其他方面自然也得到了控制。
在沉井下沉过程中，应做到勤测勤纠。当发现倾斜及位移偏差时，应及时纠偏，不能让偏差积累过大。纠偏首先采用偏除土的方法：冲泥时，刃脚高处多冲，刃脚低处少冲，调整井内刃脚踏面的土反力分布状况，使沉井改变倾斜状态，逐步过渡到垂直方向。当采用偏除土法没调整过来，偏差越来越大时，则采用井外射水的方法纠偏。将高压水枪沿沉井高的一侧井壁外面插入土中射水，使此侧井壁摩阻力降低，可使沉井的倾斜得到纠正。因为沉井入土深度较大时，沉井四周土层对井壁的约束力亦相应增加，当沉井两侧土层含水量不同，土质较干的侧摩阻力较大，造成下沉较慢，所以这时纠偏的关键在于减少较干一侧的侧摩阻力。 (4)降水措施
沉井下沉时，应做好降水工作，降水的目的主要是为了疏干井周围土层的水分，使沉井下沉时增加井壁的侧摩阻力防止突沉，以及沉井封底时使井内锅底无水，所以井点降水对于沉井的终沉阶段及其以后封底最为重要，降水要达到沉井最终下沉标高以下2米。
科盛路泵站原地面标高4.2米，最终下沉标高-6.2米，因此沉井降水深度定为12米。沉井制作时采用的轻型井点降水在此已不适合，改用喷射井点降水。降水时间从沉井下沉开始，至沉井封底结束后7天为止。 (5)安全措施
沉井下沉所需机具设备不多，由吊车吊入，因此安全方面的重点在于抓好用电安全和工人作业的人身安全。
施工用电严格按规范执行，做到三级配电二级保护。井内临时照明采用12V低压。由工地专职电工负责每天电路的检查维护。
因为井比较深，所以工人上下井是安全的关键环节。我们采取钢管、扣件搭建了靠梯，分别靠于井内壁和井外壁。靠梯制作应牢固可靠，并随着沉井的下沉，靠梯的长度和倾斜度应适时调整。工人在冲泥作业时穿渔裤，戴绝缘手套。作业时间安排在白天，夜里不加班。
当沉井下沉到位以后，沉井顶与周围地面的标高相差不多，在沉井周围搭设防护栏杆。整个施工区域实行封闭管理。
六、沉井封底
当沉井下沉至设计标高，进行沉降观测，8小时内下沉量小于10毫米时，方可进行沉井封底。
科盛路泵站沉井由于采取了井点降水和压密注浆措施的缘故，所以该沉井下沉至设计标高后，井底没有地下水，经请示设计院后，采用素土回填，然后做碎石垫层、混凝土垫层、井底钢筋混凝土等。在浇筑混凝土时，沉井刃脚和底梁应凿毛处理，该工作我们安排在第一节沉井制作、模板拆除后即已进行。因为井底无水，所以没有设置集水井。
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