【摘要】沉井埋置深度较大、整体性强、稳定性好,具有较大的承载面积,能承受较大的垂直和水平荷载。此外,沉井既是基础,又是施工时的挡土和挡水围堰结构物,施工工艺简便,技术稳妥可靠,无需特殊专业设备,并可做成补偿性基础,避免过大沉降,保证基础稳定性。因此,在深基础或地下结构中应用较为广泛。本文就旱地沉井施工及.水中沉井施工分别作了详细的阐述。
沉井是一种带刃脚的井筒状构造物。它是利用人工或机械方法清除井内土石,借助自重克服井壁摩阻力逐节下沉至设计标高,再浇筑混凝土封底并填塞井孔,成为结构物的基础。沉井最适合在不太透水的土层中下沉,其易于控制沉井下沉方向,避免倾斜。
1旱地沉井施工
旱地沉井施工可分为就地制造、除土下沉、封底、充填井孔以及浇筑顶板等,其一般工序如下:
1.1清整场地
要求施工场地平整干净。若天然地面土质较硬,只需将地表杂物清净并整平,就可在其上制造沉井。否则应换土或在基坑处铺填一不小于0.5m厚夯实的砂或砂砾垫层,防止沉井在混凝土浇筑之初因地面沉降不均产生裂缝。为减小下沉深度,也可挖一浅坑,在坑底制做沉井,但坑底应高出地下水面0.5m~1.0m。
1.2制做第一节沉井
制造沉井前,应先在刃脚处对称铺满垫木,以支承第一节沉井的重量,并按垫木定位立模板以绑扎钢筋。垫木数量可按垫木底面压力不大于100kPa计算,其布置应考虑抽垫方便。垫木一般为枕木或方木(200mm×200mm),其下垫一层厚约0.3m的砂,垫木间间隙用砂填实(填到半高即可)。然后在刃脚位置处放上刃脚角钢,竖立内模,绑扎钢筋,再立外模浇筑第一节沉井。模板应有较大刚度,以免挠曲变形。当场地土质较好时也可采用土模。
1.3拆模及抽垫
当沉井混凝土强度达设计强度70%时可拆除模板,达设计强度后方可抽撤垫木。抽垫应分区、依次、对称、同步地向沉井外抽出。其顺序为:先内壁下,再短边,最后长边。长边下垫木隔一根抽一根,以固定垫木为中心,由远而近对称地抽,最后抽除固定垫木,并随抽随用砂土回填捣实,以免沉井开裂、移动或偏斜。
1.4除土下沉
沉井宜采用不排水除土下沉,在稳定的土层中,也可采用排水除土下沉。除土方法可采用人工或机械除土,排水下沉常用人工除土。人工除土可使沉井均匀下沉和易于清除井内障碍物,但应有安全措施。不排水下沉时,可使用空气吸泥机、抓土斗、水力吸石筒、水力吸泥机等除土。通过粘土、胶结层除土困难时,可采用高压射水破坏土层。
沉井正常下沉时,应自中间向刃脚处均匀对称除土,排水下沉时应严格控制设计支承点土的排除,并随时注意沉井正位,保持竖直下沉,无特殊情况不宜采用爆破施工。
1.5接高沉井
当第一节沉井下沉至一定深度(井顶露出地面不小于0.5m,或露出水面不小于1.5m)时,停止挖土,接筑下节沉井。接筑前刃脚不得掏空,并应尽量纠正上节沉井的倾斜,凿毛顶面,立模,然后对称均匀浇筑混凝土,待强度达设计要求后再拆模继续下沉。
1.6基底检验和处理
沉井沉至设计标高后,应检验基底地质情况是否与设计相符。排水下沉时可直接检验;不排水下沉则应进行水下检验,必要时可用钻机取样进行检验。
当基底达设计要求后,应对地基进行必要的处理。砂性土或粘性土地基,一般可在井底铺一层砾石或碎石至刃脚底面以上200mm。未风化岩石地基,应凿除风化岩层,若岩层倾斜,还应凿成阶梯形。要确保井底浮土、软土清除干净,封底混凝土、沉井与地基结合紧密。
1.7沉井封底
基底检验合格后应及时封底。排水下沉时,如渗水量上升速度≤6mm/min可采用普通混凝土封底;否则宜用水下混凝土封底。若沉井面积大,可采用多导管先外后内、先低后高依次浇筑。封底一般为素混凝土,但必须与地基紧密结合,不得存在有害的夹层、夹缝。
2水中沉井施工
2.1水中筑岛
当水深小于3m,流速≤1.5m/s时,可采用砂或砾石在水中筑岛,周围用草袋围护;若水深或流速加大,可采用围堤防护筑岛;当水深较大(通常<15m)或流速较大时,宜采用钢板桩围堰筑岛。
岛面应高出最高施工水位0.5m以上,砂岛地基强度应符合要求,围堰筑岛时,围堰距井壁外缘距离b≥Htg(45°-φ/2),且≥2m,(H为筑岛高度,φ为砂在水中的内摩擦角)。其余施工方法与旱地沉井施工相同。
2.2浮运沉井
若水深(如大于10m)人工筑岛困难或不经济时,可采用浮运法施工。即将沉井在岸边作成空体结构,或采用其它措施(如带钢气筒等)使沉井浮于水上,利用在岸边铺成的滑道滑入水中,然后用绳索牵引至设计位置。在悬浮状态下,逐步将水或混凝土注入空体中,使沉井徐徐下沉至河底。若沉井较高,需分段制造,在悬浮状态下逐节接长下沉至河底,但整个过程应保证沉井本身稳定。当刃脚切人河床一定深度后,即可按一般沉井下沉方法施工。
3结论
总之,沉井基础施工可分为旱地施工、水中筑岛及浮运沉井3种。施工前应详细了解场地的地质和水文条件。水中施工应做好河流汛期、河床冲刷、通航及漂流物等的调查研究,充分利用枯水季节,制订出详细的施工计划及必要的措施,确保施工安全。
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