【摘要】沉井设计是电厂泵房建设中的重要组成部分,这种工程结构不但施工简单方便,同时它的占地面积小,对周围建筑物的影响小,所以,沉井施工结构已经成为了一种普遍使用的工程建设方法,本文对电厂泵房沉井设计的施工方案和过程做了探讨。
一、概述
电厂泵房沉井施工法是深基础施工方式中的一种,这种方法的特点是施工简单,安全可靠。与一般的基坑施工相比,有明显的优势;与基坑放坡大开挖施工相比,又有占地面积小的优势,而且对施工附近的建筑物没有多大的影响。沉井一般用于取水构筑物、排水泵房、各类隧道的盾构或顶管工作井,以及桥梁墩台基础、防浪堤护岸的工程中。
我国当前的泵房沉井施工设计已经有了比较成熟的经验和施工方案,特别是对沉井的平面尺寸设计和下沉深度的确定都已经十分熟练,同时还具有一定的规模,可是,我国这几年来在沉井施工的过程中屡次发生事故,如沉井歪斜、突沉、管涌,井下工程桩倾斜、断裂,突沉等问题,以及沉井封底完工后还会继续下沉,严重时还会引起人身伤亡。
通过认真分析,我们可以得出的结论,造成事故的原因是:在施工过程中工程人员对那些恶劣的地质条件没有引起重视;施工技术不完善,降水不当,盲目挖土;设计上结构有缺陷等。
二、沉井设计的主要问题
(一)施工方法的确定
工程施工进行前,要确定好合理的施工方案,当水文地质条件不适合修筑天然地基或使用现浇混凝土的结构时,那么就可以进行沉井结构施工;当要在浅水中进行沉井施工时,可采用筑捣法施工:首先在岸滩上进行开挖,直到超过水面,然后再平整夯实好土面,最后即可进行沉井施工;在深水中修筑沉井时,就应该采用浮式沉井法。一般前两种方法使用得较频繁。
(二)下沉方法的确定
沉井下沉的方法主要有两种,即排水法和不排水法。下沉的方法要根据沉井的受力情况来选择,下沉方式是否使用合适会直接影响到沉井工程的完成质量。所以,我们必须在设计中,首先要考虑到沉井施工将要发生的所有问题和制定好相应的应对措施,对沉井的下沉方法也要做到综合考虑,我们从以下几个方面来详细说明。
首先,工程人员应该根据具体的地质报告,在饱和砂层或饱和流塑土层、高灵敏土层中施工,尽量不要使用不排水的下沉方法。
其次,现代的排水设施越来越先进,我们对采用喷射井点降水的方法已经运用得十分熟练,在这种情况下我们可以考虑用排水的方法进行施工,同时还要考虑到排水对周围建筑物是否有不良的影响。
最后,如果沉井周围的建筑物距离沉井比较近,我们就要考虑井外降水漏斗半径的范围及井内排水、挖土对周边土体的影响,如果不能使用排水的方法,我们只能用不排水的方法进行施工。
在施工过程中,除了要考虑到上述的几点之外,还有一点,在施工期间地下水位会根据季节的变化而变化,这个因素也要纳入其中,以及附近江河、湖泊对沉井下沉方法选择的影响等。
通常我们在设计中,为了节省材料,会把沉井的井壁做得比较薄,当下沉困难时可把刃脚踏面处的土挖开,但是这样井壁就可能产生裂缝,并且井底也有可能产生翻砂。特别是一些大型的沉井,在设计中不考虑刃脚及隔墙处的正面阻力是不合适的。
沉井在下沉过程中,下沉得越深,井壁的摩擦力就越大,下沉系数也由大变小,因此当考虑刃脚及隔墙处的正面阻力时,应对沉井下沉系数在合理范围内放小,这种方法不但可以节约材料,还可以放慢沉井下沉的速度,防止沉井产生超沉。
三、沉井施工的主要技术措施
(一)基坑砂垫层及混凝土垫层的设置
在以前,沉井设计时都要在下部放置木垫,可是此种方法操作难度大,损耗的木料多,不利于沉井的受力,还会引起井壁的裂缝,但是利用砂石和水泥进行铺垫就可以解决这个问题。
在沉井施工中,选择排水施工的方式下沉时,一般要先在地面上开挖2cm的坑,在刃脚底再挖沟槽,大概深1m,宽度的尺寸主要根据沉井的受力状况,按砂垫层受力扩散角计算。在砂垫层上浇筑C10素混凝土层,每边比刃脚宽出约100mm,下沉前将混凝土垫层打碎同时将其与砂垫层一起挖出,沉井便很平稳地沉至原状地基。完成这些步骤后,再按照正常的程序进行施工。
(二)沉井下沉施工
1.排水下沉的施工要点
对于明沟集水井的排水和施工要点,一般要求是在离刃脚2m左右处,挖出一圈排水明沟,安排3到4个集水井,其深度比沟底深1-1.5m,沟与井底之间的深度会随沉井挖土而不断加深,我们可以在井内或井壁上设置水泵,把水抽出井外并排走,当井内的水量不多时,可以使用潜水泵排水。
2.不排水下沉常用方法及施工要点
首先是抓斗挖土的施工要点:施工过程中要用吊车吊抓斗来开挖沉井底部中间的土层,开挖后的形状应该是锅型的。其次,关于沉辅助措施的施工方案,一般有3种施工方案:高压射水、抽水下沉和炮震下沉。
3.沉井下沉注意事项
不管是选择怎样的下沉方式,井内挖土一定要从中间开始,要做到均匀、对称,逐步地向刃脚处分层取土,以保证沉井可以均匀的下沉,防止偏斜。尤其在下沉初期,沉井还没有完全入土,沉井的平衡力不好,都很容易产生偏斜。下沉中要随时了解土层的变化情况,认真分析和检验土壤阻力与沉井受力之间的关系,一定要选择适合的下沉方法,使沉井可以均匀平稳地下沉。当每节沉井接近下沉至预定标高时,要调整好沉井,准备接高。这时要注意观察除土地方的情况,防止沉井下沉时受力不均,增加接高的困难。
三、结论
沉井是一种特殊的工程施工结构,以其占地面积小内部空间可利用,施工过程方便安全以及对附近建筑物的影响小等优势成为电厂泵房施工中的代表。沉井工程已经成为软土地基中地下建筑物的主要基础类型之一。
沉井结构在施工阶段的受力程度直接受到施工方案的影响,所以,设计沉井的施工结构时,必须要根据施工现场的实际条件、施工条件先决定施工的方案,最后再根据该方案进行设计,施工过程要符合设计要求。沉井结构所具有的特殊优点,决定了它在工程中不可替代的重要地位。
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