沉井湿沉施工方法.docx

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沉井湿沉施工方法

钢筋混凝土沉井（不排水下沉）施工方法

编写人：

孙磊张荣根

沉井是修建深基础和地下深构筑物的主要基础类型，按平面形状可分为圆形、方形、矩形、多边形等，由于自身的一些特点，在实际工程中得到广泛的应用。

1、特点

1.1沉井结构截面刚度大，承载力高，抗渗和耐久性能好。

1.2施工工序较多，技术、质量要求高，但下沉机具设备简单。

1.3可用于各种复杂的地形和地质条件，特别适用于地下水丰富、渗透系数大、排水有困难、地下有流沙等土质情况的施工。

1.4不需要开挖土方，可以加快施工进度，降低工程成本。

2、适用范围

适用于工业建筑的深坑、地下室、水泵房、设备深基础等工程及松软、不稳定含水层、粘性土、沙土等地基中。

3、工作原理

在地面上按照施工图纸对钢筋混凝土筒身进行制作，待筒身达到一定强度后，在筒内用预先安设在沉井外壁的水枪借助高压水冲刷土层，依靠筒身自重克服与土壁之间的摩阻力，不断下沉、就位，直至符合设计要求。

4、施工程序

平整场地测量放线开挖基坑与处理沉井制作沉井下沉沉井封底浇筑底板混凝土验收

5、平整场地

按照设计图纸和施工方案的标高平整场地，拆迁沉井施工涉及范围内的地上障碍物，清除地面下3米以内的埋设物。

6、测量放线

依据建设单位提供的基准点及设计院设计定位图布设现场施工平面控制网；依据建设单位提供的水准基点控制沉井施工高程。

7、开挖基坑

采用挖土机开挖到设计标高以上20cm处，余土用人工修整，然后一般采用砂、砂砾、碎石、灰土垫层，用机械碾压或打夯机夯实。

8、沉井制作

8.1刃脚制作

根据沉井重量、施工荷载和地基等情况，刃脚可采用垫架法、半垫架法、砖垫座或土底模制作。

采用垫架（或半垫架）法，首先在刃脚处铺设砂垫层，再在上面铺设垫木和垫架（垫架的数量根据设计计算确定），间距一般为0.5米—1米。

垫架铺设应对称，一般先设8组定位垫架，每组由2—3个垫架组成，矩形沉井常设4组定位垫架，其位置在长边两端0.15L（L为矩形长边长），在其中间支设一般垫架，垫架应垂直井壁铺设（圆形沉井沿刃脚圆弧部分对准圆心铺设）。

垫木施工时应保持其顶面在同一水平面上（误差控制在10毫米以内），垫木中线应与刃脚中心线相重合。

沉井刃脚垫架（或半垫架）施工如下图。

垫架施工半垫架施工

1—刃脚2—模板3—垫架4—枕木5—夯实地基6—砂垫层7—半垫架

8.2井壁制作

一般有三种制作方式：

A）在地下水位高和净空允许的情况下可采用在地面上制作。

B）人工筑捣制作。

C）在地下水位低、净空不高的情况下可在基坑中制作。

施工中一般采用基坑中制作。

基坑中制作沉井，基坑应比沉井宽2—3米，四周布设排水沟和集水井，并在地面上设挡水堤，如下图。

基坑中制作沉井

1—挡水堤2—沉井3—排水沟4—地下水位线

沉井制作方式又可分为：

A）一次制作，一次下沉；B）分节制作，一次下沉；C）分次制作，制作与下沉交替进行。

当沉井筒身小于6米时可采用一次制作、一次下沉的施工方法；当沉井筒身大于6米小于12米时可采用分节制作、一次下沉的施工方法；当沉井筒身大于12米时可采用分次制作，制作与下沉交替进行的施工方法；

9、沉井下沉

9.1下沉系数验算

沉井下沉之前应对结构的外观进行全面的检查，主要检查混凝土的强度、抗渗等级、验算地基极限承载力、下沉的分段摩阻力及分段的下沉系数。

下沉前混凝土的强度应达到设计强度的100%，沉井下沉必须克服井壁与地基土间摩擦力、地层刃脚的反力和克服水的浮力。

沉井制作到拟定的高度后，按下式验算下沉系数。

计算简图如下图。

K=（Q-B）/（T+R）=（Q-B）/[πD（H-2.5）f+R]

式中：

K—下沉安全系数，一般应大于1.15；

沉井下沉受力平衡图沉井下沉摩擦力计算简图

Q—沉井自重及附加荷载（KN）；

B—被井壁排开的水重（KN）；

T—沉井与地基土间的摩擦力（KN）；

D—沉井外径（m）；

H—沉井下沉高度（m）；

R—刃脚反力（KN）；

f—井壁与地基土的摩擦系数（KN/m2）（按下表取用）。

当下沉范围内土层由不同土层构成时，取平均摩擦系数，其计算方法为：

f=（f1n1+f2n2+……+fnnn）/（n1+n2+……+nn）

f1f2……fn—各层土与井壁的摩擦系数（KN/m2）；

n1n2……nn—各层土的厚度（m）。

地基土与沉井外壁间的摩擦系数

土的种类

地基土与井壁的摩擦系数（KN/m2）

土的种类

地基土与井壁的摩擦系数（KN/m2）

粘性土

软土

砂土

24.5—49.0

9.8—11.8

11.8—24.5

砂卵石

砂砾石

泥浆润滑套

17.7—29.4

14.7—19.6

2.9—4.9

9.2下沉准备

（1）清除井内散落的混凝土、脚手管、木板等杂物。

（2）井壁上的对拉螺栓应割掉，并作抗渗处理，刃脚部位的预插筋加装PVC防护套管，以防钩破潜水服等。

（3）井内外均应设置钢梯，并加防护栏。

设计好下沉排泥管路，确保排泥畅通至指定排泥场地。

（4）沉井四角短边设立下沉标尺，用水准仪控制沉井下沉量，用经纬仪控制沉井四角位移，及时调整，保证其偏差在规范允许的范围内。

9.3垫架、排架的拆除

沉井混凝土强度达到100%后垫架方可拆除，刃脚下的垫架的拆除应分区、分组、对称、同步进行。

拆除方法是：

将垫木底部的土挖去，利用人工或机械将垫木抽出，抽出时应进行下沉观测，注意下沉是否均匀。

9.4下沉速率控制

目的：

通过控制井内取土，使沉井下沉速率保持在一定的范围内，从而保证下沉偏差符合设计及规范要求。

（1）初沉阶段：

即下沉深度2.0米内，为使沉井形成稳定准确的正常轨迹，此时应以慢为主，速率控制在0.3米/天。

（2）中沉阶段：

即距设计标高2.0米前，速率可加快，控制在0.5—0.8米/天范围内。

（3）终沉阶段：

即距设计标高2.0米时，此时应减慢下沉速度，控制在0.2—0.3米/天，以纠偏为主，做到有偏必纠，严格控制底梁、隔墙下取土，锅底挖深应减小。

沉井下沉离设计标高0.1米时应停止下沉施工，靠自重下沉至设计标高，下沉达到设计标高，经24小时沉降观测，沉降量不大于10毫米后进行封底施工。

9.5遇到问题的预防和处理措施

在沉井下沉各阶段，应及时加强观测，若发生偏移应立即采取措施予以纠正。

（1）沉井倾斜：

即沉井垂直度出现偏差、歪斜。

因此应加强观测资料的校核和分析，在刃脚高的一侧加强取土，低的一侧少取土或不取土，待正位后再均匀分层取土下层。

（2）沉井偏移：

即沉井轴线产生位移现象。

首先加强测量资料的校核，然后控制沉井不再向偏移方向倾斜，当几次倾斜纠正后即可恢复到正确位置。

（3）沉井下沉过快：

即沉井下沉速率超过挖土速度，出现异常情况，则应控制底梁等处取土。

及时将下沉方法改为注水下沉，增加浮力。

（4）沉井下沉过慢：

沉井下沉至一定深度后，井壁与土体摩阻力增加，可能导致下沉缓慢。

此时可以采用的方法是：

在井壁四周压触变泥浆护壁、设置空气幕降低井壁与土的摩阻力或在沉井顶部压铁块增加自重。

9.6沉井纠正措施

沉井倾斜是沉井下沉过程中必然会出现的一种现象，纠正自然也是必然的一种手段，一般均将倾斜度控制在规范允许的范围内进行下沉，碰到突发情况则有可能则有可能致使沉井倾斜超过允许范围内，如遇到地下障碍物、地质分布严重不均等（这些现象在事先的相关资料中均未反映而无法预知），一旦沉井发生倾斜，均应采取措施进行纠正。

（1）允许倾斜：

倾斜程度在允许范围内，只需要按9.5所述调整取土方法即可解决。

（2）超限倾斜：

即倾斜程度超过规范允许范围，则应立即采取措施进行沉井纠偏。

1）沉井已倾斜，但倾斜不再快速扩大，则通过低的一侧停止取土，并在其外侧加强回土，而高的一侧井内加强取土，甚至外侧要采用取土减阻方式以利于高的一侧沉井下沉，直至倾斜度接近零时再进行正常下沉。

2）沉井已倾斜且倾斜仍快速扩大：

这种状况往往在遇突发情况时发生，其处理方法则分两步：

首先向井内快速增加注水，甚至将井内注满，以增加沉井浮力而减少自重，使沉井停止下沉，然后再分析致斜原因而采取相应措施。

第一种情况是遇到障碍物，此时致使沉井一侧不动，另一侧继续下沉而导致倾斜，采用的处理方法：

通过潜水员配合采用取土掏物的办法将障碍物排除，然后逐步降水、井内取土的方式纠偏，恢复沉井下沉。

第二种情况是遇到不良地质，在实际地质情况与地质报告严重不符，且地质分布又不均匀等条件下易于发生沉井超限倾斜，采用的处理方法：

先加额注水稳定沉井。

再通过调整井内取土、调整井外回填来纠偏，而且高的一侧取土时可以将刃脚掏空，以达到纠偏效果，如果纠偏效果仍不明显，则可以采用一些加强措施，如低的一侧进行压密注浆以加强地基承载力，或高的一侧井上加载辅助下沉，或高的一侧井壁旁加注空气幕减阻加强下沉等。

9.7井壁孔洞处理

沉井井壁中如有预留管道、地沟等孔洞时，在下沉前必须进行适当的处理。

对较大的孔洞采用预埋钢框、螺栓，用钢板、方木封闭，里面填塞与孔洞混凝土重量相等的砂石或铁件配重，在沉井封闭后拆除。

9.8沉井下沉（水力机械冲土）工作原理

用高压水泵将高压水流通过进水管分别送进沉井内的高压水枪和吸泥机，利用高压水枪射出的高压水流冲刷土层，使其形成一定稠度的泥浆汇流至集泥坑，然后用吸泥机将泥浆吸出，从排泥管排出井外。

9.9主要设备

主要设备包括：

吸泥器（水力吸泥机或空气吸泥机）、吸泥管、扬泥管、高压水管、离心式高压清水泵和空气压缩机（空气吸泥）等。

9.10技术参数

吸泥器内部高压水喷嘴处的有效水压与扬泥所需的水压的比值平均约7.5。

适宜的泥浆稠度：

砂类土为1.08—1.18吨/立方米；粘性土为1.09—1.20吨/立方米。

吸入泥浆所需的高压水流量≈泥浆量。

吸入的泥浆与和高压水混合以后的稀释泥浆，在管内的流速不超过2—3米/小时，喷嘴处的高压水流速一般约为30—50米/小时。

一般的吸泥机的射水管与高压水喷嘴的截面比

水力吸泥器冲土

1—沉井2—供水管3—水位4—排泥管5—冲刷管6—水力吸泥导管

7—履带起重机

约为4—10，吸泥管与喷嘴的截面比约15—20。

水力吸泥机的有效作用约为高压水泵效率的0.1—0.2倍。

吸泥器配备数量与沉井的规模及土质有关，一般为2—6套。

用水力吸泥器示意如上图。

9.11测量控制

沉井施工的测量控制包括沉井的位置标高控制、沉井垂直度的控制和沉井下沉的控制。

沉井的位置标高控制是在沉井外部地面及井壁顶部设置纵横十字中心控制线和水准基点，用经纬仪和水准仪进行控制。

沉井垂直度的控制是在沉井外壁垂直控制线，用两台经纬仪进行垂直偏差的观测，当垂直偏差的角度达到arcsin（50/H）（H为沉井高度，单位毫米）时或四面标高不一致时，应立即进行校正。

沉井下沉的控制是在沉井外壁的四周弹出水平线或在外壁上用白铅油画出标尺，用水准仪进行沉降观测。

测量控制如下图。

测量控制要求：

沉井下沉中应加强位置、垂直度和沉降量的观测，每班至少测量两次，接近设计标高时应加强观测，每2小时观测一次，目的是防止超沉。

测量记录有专人负责，如出现倾斜、位移或扭转，应及时通知现场技术负责人，采取科学有效的措施，使偏差控制在允许的范围内。

测量控制

1—中心线控制点2—下沉控制点3—沉井4—外壁下沉标尺5—沉降观测点

10、沉井封底

当沉井下沉到设计标高0.1米时，应停止下沉施工，靠自重下沉至设计标高，在8小时内观测累计下沉量不大于10毫米时，可以进行沉井封底。

首先将井底浮泥清除干净，新老混凝土接触面用水冲刷干净，并抛入碎石做垫层，采用提升导管法浇筑封底混凝土。

待水下混凝土达到规定强度后（一般养护7天），才可以抽水检查封底情况和检修补漏，然后进行底板混凝土的施工。

导管法浇筑封底混凝土如下图。

导管法浇筑封底混凝土

1—沉井2—封底混凝土3—导管4—水位5—机动车跑道6—平台

7—下料漏斗8—大梁9—混凝土浇筑料斗

11、施工质量标准

沉井施工质量标准见下表。

序号

项目

允许偏差（毫米）

备注

1

制作质量

平面尺寸

长度、宽度

±l/200且不大于100

L为沉井的长度或宽度；

R为半径；

b为对角线长；

H为下沉总深度；

L为最高与最低两角间距离。

曲线部分半径

±R/200且不大于50

对角线差

b/100

井壁厚度

±15

2

下沉后质量

刃脚平均标高

±100

底面中心

位置偏移

H＞10米

≤H/100

H≤10米

100

刃脚底面

标高

L＞10米

L/100且不大于300

L≤10米

100

12、安全保证措施

施工中做到符合安全生产规定要求，确保设备完好率大于95%，人身安全无事故。

各分项施工时，安全部门及时做好安全技术交底工作，让每个施工人员懂得安全生产的重要性，自觉遵守安全操作规程。

特殊工种应通过专业培训持证上岗。

12.1施工作业时，安全员应按规定进行巡回检查，发现“三违”现象应立即制止，督促其按规范作业，遇有安全隐患，严格按“三不放过”的原则处理。

12.2工作井顶面、走道、爬梯必须设栏杆，上下人员不得拥挤，进场人员必须戴好安全帽。

潜水员必须做好体检工作，不合格人员严禁下潜，下沉时，井面必须安放救生圈。

12.3各种机械与电器设备必须有可靠的防护装置、限位装置，防止机械伤人事故的发生。

冬期施工时，做好防滑、防冻、保温等措施。

13、工程实例

通安泵房基础工程为钢筋砼内阶梯式沉井，是苏州市水环境综合整治工程——引水泵站工程之单项工程，工程位于苏州市相城区通安镇街西村，南为金墅取水站，西为太湖，北面为渔民新村，场地为农田，古北角一部分为鱼池。

沉井的平面尺寸为25.45×23.6m，刃脚底标高为▽-8.10m，全高12m，壁厚为：

刃脚部位1.2m、▽-4.90～▽-0.35部位1.0m、▽-0.35～▽+3.90部位0.6m。

砼沉井墙壁及底板均采用C25号密实砼、抗渗标号S6，沉井底采用水下封底用C15砼。

地基土层分布：

（1）素填土：

新近沉积土，软塑，高压缩性，fk=90（Kpa）工程性能较差，不能利用，厚度0.8～1.4m。

（2）淤泥：

饱和，流塑，高压缩性，为局部薄层的不良地质层，工程性能差，厚度0.4～0.5m。

（3）粘土：

可塑，饱和，中压缩性，fk=200（Kpa），工程性能良好，为理想的天然地基持力层，厚度2.10～4.20m。

（4）粉质粘土夹粉土：

可塑～软塑，饱和，中压缩性，fk=140（Kpa），工程地性能一般，厚度1.6～3.80m。

（5）粉质粘土：

软塑，饱和，中压缩性，fk=120（Kpa），工程性能一般，厚度0.70～2.0m。

（6）淤泥质粉质粘土夹粉质粘土：

饱和，流塑～软塑，中压缩性，fk=90（Kpa），工程性能差，厚度1.90～3.90m。

场地地下水位为黄海高程0.73～1.58m，该水位为上层滞水和潜水的混合水位，地表水与地下水有密切关系，受降水及灌溉影响。

本处地下水对砼无侵蚀性。

工程于2000.11开工，2002.06竣工，采用基坑中制作，不排水下沉。

施工中严格按国家规范和相关标准施工，下沉施工进展的很顺利，一次性通过验收。

取得了良好的经济效益和社会效益。