异形钢筋溷凝土沉井施工工法.docx

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异形钢筋溷凝土沉井施工工法

异形钢筋混凝土沉井施工工法

1前言

随着城市建设规模的扩大和绿色环保意识的加强，各项基础设施尤其是污水收集输送泵站的建设项目逐年增多。

沉井以其挖土量少、对邻近建筑物影响比较小、稳定性好、能支承较大荷载的优势正越来越多的应用于污水处理系统中。

异形沉井结构复杂,平面形状不规则,沉井刃脚底标高不等,因此，给沉井制作、下沉、防偏与纠偏、封底等施工带来诸多困难。

本工法是对葫芦岛老城区污水处理厂、长春市南部污水处理厂等工程的成功施工经验进行总结形成的。

其施工便利、省时省工，不仅易保证施工质量，还可缩短施工工期。

该工法关键技术在2008年11月经天津市建设科技委员会专家审定，总体达到国内领先水平。

2009年2月经天津市科学技术信息研究所查新，结论为国内未见高差达到2.6m的异形钢筋混凝土沉井施工技术。

2008年12月被评为天津市市级工法。

2工法特点

2.0.1本工法不仅对沉井的常规施工方法进行全面、具体的阐述，而且针对异形沉井平面形状不对称、刃脚存在高差的特点，对沉井下沉过程中防偏纠偏措施进行详细介绍。

2.0.2本工法施工便捷，可操作性强，实施效果较好。

2.0.3可用于各种复杂的地形、地质条件，可在场地狭窄条件下施工，对邻近建筑物、构筑物影响较小，甚致不受影响。

2.0.4比大开挖施工，可大大减少挖、运、回填的土方量，因此，可加快施工速度，降低施工费用。

施工不需复杂的机具设备，在排水和不排水情况下均能施工。

3适用范围

本工法适用于工业建筑的深坑（料坑、料车坑、铁皮坑、井式炉、翻车机室等）、地下室、水泵房、设备深基础、桥墩、码头等工程。

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、拆迁有困难或大开口施工会影响周围邻近建（构）筑物安全时，应用最为合理、经济。

4工艺原理

在地面或地坑上，先制作开口钢筋混凝土筒身，待筒身达到一定强度后，在井筒内分层挖土、运土，随着井内土面逐渐降低，沉井筒身借其自重克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉，当下沉到距设计标高0.1m时，停止井内挖土，使其靠自重下沉至设计或接近设计标高，经过2～3天下沉稳定后按设计进行沉井封底。

该工法根据异形沉井的特点，从工作基坑的开挖、砂垫层的铺设、刃脚支垫、沉井制作、沉井下沉、下沉过程中倾斜位移的预防及纠正、沉井封底等方面着手，采取切实可行及合理周密的具体技术措施，施工中采取全过程的监控，使其施工便利而且施工质量满足设计要求。

5施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

图5.1施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1施工方案选择

1根据对拟建场地的土层特征、地下水位及施工条件的综合分析，优先采用“排水下沉和干封底”的施工方法。

该方法可以在干燥的条件施工，挖土方便，容易控制均衡下沉，土层中的障碍物便于发现和清除，井筒下沉时一旦发生倾斜也容易纠正，而且封底的质量也可得到保证。

2沉井施工的一般方法为：

一次制作、一次下沉；分节制作、一次下沉；多节制作、分节下沉、制作与下沉交替进行。

异形沉井平面形状不规则，刃脚底标高不在同一水平面上，且沉井高度较大，施工技术难度较大，在下沉时容易发生倾斜，因此优先采用分节制作、分节（沉井高度10m以上）或一次（沉井高度10m以下）下沉方法。

沉井分节制作的高度，应保证其稳定性并能使其顺利下沉。

3施工缝中部采取可靠止水措施。

4大形沉井内部设计有钢筋混凝土隔墙或钢筋混凝土梁时，为防止下沉过程中土压力将沉井壁挤裂,沉井内部的钢筋混凝土隔墙或钢筋混凝土梁与沉井壁同时制作,随沉井一起下沉。

5.2.2沉井验算

1刃脚垫木铺设数量和砂垫层铺设厚度测算

刃脚垫木的铺设数量，由第一节沉井的重量及地基（砂垫层）的承载力而定。

沿刃脚每米铺设垫木的根数n可按下式计算：

n=G/A·f

式中：

G——第一节沉井单位长度的重力（kN/m）

A——每根垫木与砂垫层接触的底面积（m2）

f——地基或砂垫层的承载力设计值（kN/m2）

沉井的刃脚下采用砂垫层是一种常规的施工方法，其优点是既能有效提高地基土的承载能力，又可方便刃脚垫架和模板的拆除。

砂垫层的厚度一般根据第一节沉井重量和垫层底部地基土的承载力计算而定。

计算公式为：

h=（G/f-L）/2tgθ

式中：

G——沉井第一节单位长度的重力（kN/m）

f——砂垫层底部土层承载力设计值（kN/m2）

L——垫木长度（m）

θ——砂垫层的压力扩散角，一般取22.5°

2沉井下沉验算

沉井下沉前，应对其在自重条件下能否下沉进行验算。

沉井下沉时，必须克服井壁与土间的摩阻力和地层对刃脚的反力，其比值称为下沉系数K，一般应不小于1.15-1.25。

井壁与土层间的摩阻力计算，通常的方法是：

假定摩阻力随土深而加大，并且在5m深时达到最大值，5m以下时保持常值。

计算方法见图5.2.2所示：

沉井下沉系数的验算公式为：

K=（Q-B）/（T+R）

式中：

K——下沉安全系数，一般应大于1.15-1.25

Q——沉井自重及附加荷载（kN）

B——被井壁排出的水量（kN），如采取排水下沉法时，B=0

T——沉井与土间的摩阻力（kN），T=L（H-2.5）•f

L——沉井外周长（m）

H——沉井全高（m）

f——井壁与土间的摩阻力系数（KPa），由地质资料提供

R——刃脚反力（kN），如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0

3沉井封底后的抗浮稳定性验算

沉井封底后，整个沉井受到被排除地下水向上浮力的作用，如沉井自重不足以平衡地下水的浮力，沉井的安全性会受到影响。

为此，沉井封底后应进行抗浮稳定性验算。

沉井外未回填土，不计井壁与侧面土反摩擦力的作用，抗浮稳定性计算公式为：

K=G/F≥1.1

式中：

G——沉井自重力（kN）

F——地下水向上的浮力（kN）

根据上述计算，当沉井自重不足以抵抗地下水的浮力时，沉井封底后，井外的深井降水必须继续进行，直到沉井内部结构和上部结构完成后才能停止。

5.2.3平整场地、工作基坑开挖

施工前将自然地面上的积水、杂物等清理干净，按提前施测好的标高进行初步找平。

对池壁两侧存在高低差的异形沉井，先开挖井壁较深一侧基坑，至与其相邻井壁高差标高处，使较深侧沉井在坑中作业。

基坑开挖前,首先根据基坑底面几何尺寸、开挖深度及边坡定出基坑开挖边线，再根据图纸上的沉井坐标定出沉井纵横轴线控制桩。

5.2.4砂垫层铺设

沉井高度大，重量重，当地基承载力较低，经计算垫架需用量较多，铺设过密时，在垫木下设砂垫层加固，以减少垫架数量，将沉井的重量扩散到更大面积上，避免制作中发生不均匀沉降，同时，使易于找平，便于铺设垫木和抽除。

砂垫层厚度经计算确定，砂选用中砂，用平板振动器振捣并洒水，控制其干容重≥1.56t/m³。

5.2.5刃脚支设

刃脚支设采用垫架法,在砂垫层上铺承垫木和垫架,垫架间距取1.0m，垫木采用160×220×2000mm枕木,在垫木上支设刃脚及井壁模板,浇筑混凝土。

垫架铺设应对称进行，同一条沉井壁上设2组定位架，每组由2-3个垫架组成，位置在距离两端各0.15L处（L为沉井壁边长）,在其中间支设一般垫架，垫架垂直井壁铺设。

砂垫层铺平夯实后铺设垫木,铺设垫木时用水准仪找平，应使顶面保持在同一水平面上，高差在10mm以内，并在垫木间用砂填实，垫木埋深为其厚度的一半。

预制时外圈沉井壁刃脚加∠150×100×10形钢护角,中间沉井壁采用10mm厚钢板按刃脚形状制作形钢护角，护角与混凝土锚固用Ф12钢筋，锚固筋长400mm，每300mm设一道，每道两根。

具体作法见图5.2.5。

5.2.6沉井壁制作

1模板支设

井壁模板可采用组合钢模板，不符合模数处采用木模。

模板加固采用对拉螺栓，中部设止水片。

模板支撑采用在沉井壁内外两侧搭设双排钢管脚手架。

2钢筋绑扎

井壁竖筋可一次绑好，水平筋分段绑扎，与内隔墙及底板连接部位预留连接钢筋在井壁施工时预埋，对应于钢筋位置在木模板上开豁口以保证钢筋位置准确。

3混凝土浇筑

混凝土采用商品混凝土，输送泵送至沉井浇筑部位。

浇筑采用分层平铺法，每层厚300mm，下料先从沉井壁较浅一侧开始，将沉井沿周长分成若干段同时浇筑，确保沿井壁均匀对称浇筑。

两节混凝土接缝处宜设15mm深20mm宽凹形施工缝，且设止水条。

4沉井壁孔洞处理

沉井外壁DN1500洞口在下沉前用钢板、木板封闭，中间填与孔洞重量相等的砂石配重，外侧钢板与内侧木板用φ12对拉螺栓加固，外圈8个，内圈4个，具体作法见图5.2.6-1。

5针对高低刃脚存在高差的处理措施

1）深浅基坑处处理措施

在深浅基坑交界处，为方便较浅基坑部分砂垫层铺设，砌240mm厚红砖墙，内抹20mm厚水泥砂浆，外挂一层厚塑料布，兼作刃脚模板，具体作法见图5.2.6-2。

2）高低刃脚交接处结构处理措施

沉井高低刃脚交接处以1：

2坡度斜刃脚过渡，防止在下沉过程中此部位因应力集中造成井壁拉裂。

5.2.7沉井下沉

1施工平台架设

在沉井上口铺木跳板，形成施工操作平台，在每仓中部适当位置留洞口，以利提升井内弃土。

2垫架拆除

刃脚垫架待混凝土达到设计强度的100％后拆除。

抽除垫架应分区、分组、依次对称、同步地进行，抽除次序为先抽内隔墙下垫架，再抽除外墙两短边下的垫架，然后抽除长边下一般垫架，最后同时抽除定位垫架。

抽除方法是将垫架底部的土挖去，使垫架下空，利用绞磨或卷扬机将相对垫木抽出。

3挖土下沉

1）待混凝土抗压强度达到设计强度的100%后开始下沉。

2）采用人工挖土,从井中间挖向四周，均衡、对称地进行，使沉井能均匀竖直下沉。

每层挖土厚度为0.4～0.5m，在刃脚处留1.2m宽土台，用人工逐层切削，每次削5～10cm，当土垅挡不住刃脚的挤压而破碎时，沉井便在自重作用下破土下沉。

3）同一刃脚底标高部分，削土时应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，且各孔格内挖土高差不得大于500mm,使均匀平稳下沉。

4）在离设计深度20cm左右时应停止取土，靠自重下沉至设计标高。

5）沉井内挖出的土方，装于吊斗内用8t塔式起重机吊至井外，用自卸汽车运至弃土地点堆放。

4测量控制与观测

1）沉井位置标高的控制，是在井外地面及井壁顶部四面设置纵横十字中心控制线、水准基点，下沉时在井壁上四周设水平点，于壁外侧用红铅油画出标志，用水准仪来观测沉降。

2）井内中心线与垂直度的观测利用井壁内侧上部预埋钢筋，下部预埋水平标板来控制。

井壁内侧标出垂直轴线，各吊一个线垂，对准下部标板如图5.2.7所示。

3）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观测。

沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。

下沉至接近设计标高时加强观测，每2小时一次，预防超沉。

4）当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。

每次观测数据均须如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。

5）当发现斜、位移、扭转时，及时通知值班队长，指挥操作工人及时纠正，使误差在允许范围内。

5下沉过程中倾斜、位移的预防及纠正

1）初沉期间沉井没有井壁外土摩擦阻力作用，由于沉井自重分布不均匀，井体易发生较大倾斜和滑移。

采取暂不开挖或少挖较浅区域土方，先进行较深区域土方开挖的措施，有意识防止沉井向较深区域偏移，确保沉井平衡下沉。

2）随着沉井下沉深度加大，由于井壁入土深度不等引起的井壁外摩阻力分布不均匀易导致井体发生倾斜和滑移。

采取根据技术人员随时估算的井体重心与井壁外摩擦阻力合力点的偏差值，确定各区的开挖量，确保沉井平稳下沉。

3）高低刃脚沉井下沉时，因刃脚高度不等而使得各边刃脚不能同时在同一性质的土层上，易产生偏斜。

为此，根据井下土层变化情况及时调整挖土位置和挖土量，使开挖遵循先硬后软的顺序进行，确保沉井平稳下沉。

4）当沉井下沉过程中，偏斜达到允许偏差值1／4时就应纠偏，沉井