软土地质沉井施工工法.docx
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软土地质沉井施工工法
软土地质沉井施工工法
1前言
1.0.1沉井施工法是修筑地下工程和深埋基础工程所采用的重要施工方法之一。
由淤泥、淤泥质土、水下沉积的饱和软粘土为主组成的软土在我国南方有广泛分布，这些土都具有天然含水量高、孔隙比大、透水性差、压缩性高、强度低等特点。
因此，在软土地质上修建沉井的工法施工势在必行。
我们公司根据多年沉井施工的经验，在2006年编制了软土地质沉井施工工法，并在所应用的工程中获得了较好的经济效益和社会效益。
1.0.2软土地质沉井施工工法2006—2007年分别应用于绍兴市萧甬线上K40+8002—12m立交桥排水泵站工程、绍兴县城镇供水工程、诸暨珠宝城提升泵房工程等多项工程。
2工法特点
2.0.1本工法针对软土强度低的性能，在施工前对沉井下沉的整体稳定进行验算。
通过验算,在不能满足整体稳定要求时提前采取适当的加固措施，避免在施工过程中出现整体失稳而造成安全事故和经济损失。
2.0.2在施工工艺上采用了在沉井井筒制作前开挖基坑，在基坑中制作沉井。
这样既减小了开挖下沉的深度，又增加了沉井及周边土体的整体稳定。
2.0.3把传统的方木铺垫改为现浇混凝土垫，即不用进行抽垫，又保证了沉井施工放线的准确性；
2.0.4采用了排水开挖和排水封底的施工方法，加快了施工进度，保证了封底混凝土的质量。
3适用范围
本工法适用于软土地质上沉井的施工。
4工艺原理
4.0.1在沉井施工前对沉井下沉整体稳定进行验算，避免失稳的发生。
由于软土抗剪强度底，在沉井开挖较深时沉井周围某点的剪应力数值达到一定量时，在剪切面两侧的土体将产生相对位移，随着下沉深度的增加外荷载的增大，土体中达到强度破坏的点越来越多，最后形成一个连续的滑动面，这时周围土体就会失去整体稳定而发生土体滑动破坏。
滑动的土体涌入沉井内，周围土体的下沉带动沉井一起下沉。
采用瑞典条分法可计算出沉井在开挖过程中可能失稳的最大深度，如沉井的实际开挖深度大于可能失稳的最大深度，较小时采用增加基坑深度来减少荷载以满足需要；较大时采用对基底进行加固的措施，如搅拌桩、白灰桩等来处理。
4.0.2在基坑中制作沉井是基于软土透水性差、强度低的特点。
强度低，需要在施工的过程中尽量减少基底以上的荷载，避免整体失稳；透水性差，基坑开挖后在基坑内不会有大量的渗水，施工排水比较容易。
由于基坑的开挖使沉井的下沉高度减少，这不仅能加快施工的进度而且可降低施工的危险程度。
4.0.3采用混凝土垫是基于：
在沉井浇筑前可根据荷载计算出在软土地基上需要的受力宽度，这一受力宽度可通过混凝土垫及其下铺筑的砂垫层来满足要求，使沉井的自重及施工荷载通过混凝土垫和砂垫层传给软土地基，保证软土地基的受力不超过其承载能力。
为减少受力宽度，第一节沉井的高度可适当减小，但要保证在挖除垫层时能抵抗纵向破裂的要求。
4.0.4淤泥质粘土类软土的渗透系数为10－6—10－7（cm/s）左右，渗水量较少，因此可采用排水开挖和排水封底的施工工艺。
采用人工配合机械进行排水开挖不仅可加快施工的进度，而切便于施工过程的质量控制；排水封底，浇筑混凝土时处于无水状态，有利于保证混凝土的质量。
5施工工艺流程及操作要点
5.1施工工艺流程
5.2操作要点
5.2.1施工准备（整体稳定验算）
除做好人、机、料、法、环等方面的准备外，在施工前应对沉井下沉各工况的整体稳定进行验算。
验算采用瑞典条分法进行，计算土体稳定示意图见图5.2.1—1；
计算公式采用：
式中Ks——稳定安全系数；
R——圆弧的半径，（m）；
L——弧长，（m）；
W——滑动土块的重量，（KN）；
C——粘聚力，Kpa；
φ——土的内摩擦角，度；
αi——第i土条底面中点的法线与竖直线的夹角，度；
如验算不能满足要求，应采用搅拌桩或白灰桩对基底进行加固处理，处理后方可进行基坑的开挖。
5.2.2基坑开挖
1测量放线：
采用水准仪、经纬仪根据图纸和地面导线控制点进行实地放线，并做好控制桩；
2基坑底面的尺寸应比刃脚外壁大2—3m；应根据土质及施工需要确定基坑边坡；
3基坑底部四周应挖设断面不小于30cm×30cm的排水沟，并接入基坑内的排水井中，集水井应比排水沟深50cm，用排水泵将水排到远离基坑的地方。
4基坑开挖的深度，应根据土质、现场条件而定，一般在2.0m左右。
5用1台挖土机挖土，人工配合修坡和平整场地，挖出的土方除部分堆放在周围修筑0.3m高、0.8m宽的护道挡地面雨水，多余土方运至指定场地。
基坑示意图见图5.2.2—1
5.2.3混凝土垫、砂垫层
1分节高度的确定：
为减少荷载的数量，第一节沉井的高度可适当减少，但要保证在挖除垫层时能抵抗纵向破裂的要求。
一般不应小于3.5m；
2混凝土标号、厚度、宽度的选择：
根据刃脚、井壁厚度，再加上以往施工经验，混凝土垫标号选用C20，混凝土垫厚度15cm，宽度要满足支模的需要；
3砂垫层厚度的确定：
厚度按下式计算确定：
h＝（G/R－L）÷2tgφ5.2.3—1
式中h——砂垫层的厚度（m）；
G——沿沉井第一节圆周单位长度上的重量（KN/m）；
R——砂垫层下土层的承载力（KN/m2）；
L——混凝土垫宽度（m）；
φ——砂垫层扩散角。
5.2.4支排架及底模板
1混凝土垫层上涂刷隔离剂或油毡铺设一道，按设计尺寸放线后在其上支设刃脚及井壁模板；
2支撑排架在施工前应进行设计和计算，施工时应按设计的要求进行施工，确保支架的稳定和强度；
3模板支设：
1）模板设计：
沉井模板的质量，直接影响沉井混凝土的质量水平。
沉井模板设计，应根据模板的支搭高度与浇筑方式，对模板的强度、刚度、稳定性进行计算。
做到构造合理、结构稳定、易于装拆、操作方便。
模板采用木胶合板；根据经验支撑系统横挡采用60×80的方木，间距25cm；立挡采用φ48×3.5钢管，间距60cm；用穿墙对拉螺栓拉结，间距60cm；具体见图5.2.4—1
2）施工脚手架：
为保证模板的稳定，根据实际情况可在井壁外用φ48×3.5钢管搭设双排钢管脚手架。
内壁模板支设采取在底节沉井上预埋铁件的办法焊悬挑脚手架，随着沉井下沉，而不影响井内挖土、运土等作业。
3）模板安装：
沉井的外侧模板必须竖缝支立，立好后要核对上下口各部尺寸、井壁的垂直度、刃脚标高，支撑拉杆（内外模间）和拉箍要牢固；当井壁有斜度时，模板要按斜率要求支立；支第二及以后诸节模板时不准支撑在地面上，以免沉井因加重而自动下沉造成新浇筑的混凝土发生裂纹；外模上口尺寸不得大于下口尺寸。
4）模板安装顺序：
刃脚斜面及隔墙底面模板井孔模板绑扎钢筋设内外模间支顶支立外模板设内外模间拉筋调整各部尺寸全面紧固支顶、拉杆、拉箍固定撑杆和拉缆。
5.2.5钢筋绑扎组合I8PAI5.2.2_______________________________________________________________________________________________________
1钢筋绑扎是在内模已支立完毕，外模尚未扣合时进行的；
2先将制好的焊有锚固筋的刃脚踏面摆放在混凝土垫上的刃脚画线位置，进行焊接后再布设刃脚筋、内壁纵横筋、外壁纵横筋；
3为了加快工程进度，钢筋在加工场机械成型，然后运到现场就位，人工绑扎；每节井壁竖筋一次绑扎好，水平筋分段绑扎，与上节井壁连接处伸出插筋，接头按要求错开。
4为保证钢筋位置正确，垂直钢筋间距采用开槽口的木卡控制，水平筋间距选用一批竖筋按间距焊上短钢筋头控制；内外侧箍筋要设好保护层垫块；
5.2.6混凝土浇筑、养生
1混凝土采用商品混凝土。
浇筑运输采用混凝土运输车和混凝土输送泵；
2混凝土浇筑做到定人、定位、定机。
沉井浇筑混凝土时应沿井壁四周对称进行，避免混凝土面高低相差悬殊，以防产生不均匀下沉造成裂缝。
每节沉井的混凝土都应分层、均匀、连续地浇筑直至完成。
每层混凝土的厚度应不超过规定的要求，对使用插入式振捣器层厚应小于振捣器作用长度的1.25倍。
3养生
沉井混凝土养生应注意以下问题：
1）浇筑后10h即可遮盖浇水养护。
气候炎热干燥时，终凝后即可遮盖洒水养护，防止烈日暴晒；
2）施工期间室外最低气温低于－30C或室外平均气温低于＋50C时，应按冬季施工要求进行办理；
3）底节沉井混凝土养生强度必须达到100%，其余各节强度允许达到70%时进行下沉；
4）混凝土强度达2.5Mpa时，混凝土顶面可以凿毛。
5.2.7拆模板、破垫层
1在混凝土强度达到2.5Mpa以上时，方可拆除直立的侧面模板，且应先内后外；
2当混凝土强度达70%后，方可拆除隔墙底面、刃脚斜面的支撑与模板；
3拆模的顺序是：
井孔模板外侧模板隔墙支撑及模板刃脚斜面支撑及模板。
4拆除隔墙及刃脚下支撑应对称依次进行，宜从隔墙中部向两边拆除。
拆除时可先挖去支撑架混凝土垫下面的砂，破混凝土垫抽出支撑架。
当支撑排架设有楔形木时，可先打掉楔木，然后再拆除支撑。
5拆模后、下沉破垫前，仍需将刃脚下回填密实以防止不均匀下沉，保证正确位置下沉。
6破垫：
将混凝土垫分段、对称、均匀破除，刃脚下应随即用砂或砂砾回填夯实，在刃脚内侧应夯筑成小土堤，以承担部分井筒重，接着破碎另一段，如此逐点进行。
破除垫层时要加强观测，注意下沉是否均匀，如发现倾斜，应及时处理。
5.2.8排水挖土下沉
1对软土地基，可利用下式进行渗流量的计算：
Q＝K.H.U.q
式中Q——沉井内涌水量（m3/d）；
K——土的渗透系数（m/d）；
H——地下水面至沉井底的深度（m）；
U——沉井刃脚的周长（m）；
q——单位长度渗流量，即每沿米基坑周长在单位水头作用下，当渗透系数为1时的渗流量，（m3/h）；
由于软土的渗透系数很小，每天的渗流量很少，可配备一台3寸的潜水泵备用。
2沉井每层挖土量较大，挖土采用机械与人工配合进行；
3根据土质情况，采用从中间开始挖向四周，均衡对称地进行，使其能均匀竖直下沉。
每层挖土厚度为0.3m左右，按顺序分层逐渐往刃脚方向削薄土层，每次削5～15cm，当土垅挡不往刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重作用下破土下沉。
削土量应沿刃脚方向全面、均匀、对称地进行，以便均匀平稳下沉。
刃脚下部土方必须边挖边清理。
4挖土时着重注意先挖隔仓，减少梁底地基反力。
5沉井下沉至上口离地面50cm高时，即应停止下沉。
接高时上一节竖向中心与前一节的中心线重合或平行，沉井接缝和外壁应平滑，以利下沉。
6沉井在下沉过程中，可能出现井筒倾斜、沉井位置偏移等情况，出现时应立即分析原因，进行纠偏。
7在沉井开始下沉和将沉至设计标高时，周边开挖深度应小于30cm，避免发生倾斜。
尤其在开始下沉5m以内时，其平面位置与垂直度要特别注意保持正确，否则继续下沉不易调整。
在离设计深度20cm左右应停止取土，依自重下沉至设计标高。
5.2.9排水封底
1沉井采取排水封底的施工方法。
当沉井沉到设计标高，经观测8h累计下沉量不大于10mm时，即应进行沉井封底。
2考虑有少量渗水但易于抽干，封底前在井底挖3—4道小沟，沟内填大块碎石，其上面再填小块碎石，将水引到沉井中央用涵管或无底铁桶围成的集水井中，设泵抽水，保持封底混凝土在井底无水条件下灌注。
待混凝土终凝后，撤泵向集水井中充填水下混凝土。
3封底前应将井内积水和淤泥清除干净，封底混凝土浇筑采取对称、均匀、分格的施工方法，按照一定顺序进行浇筑。
一般宜先浇筑沿刃脚宽约60cm范围中，厚度同刃脚斜面高度的混凝土，然后再逐步向井中心推进。
混凝土应分层浇筑捣固，每层厚度30—50cm。
6材料与设备
6.1材料
6.1.1木楞、模板：
木楞采用60×80松木方楞，模板采用九夹胶合板，其质量符合《木结构工程施工质量验收规范》（GB50206—2002）、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）的规定。
6.1.2钢管、扣件：
钢管采用φ48×3.5规格；扣件种类有：
直角型式扣件、旋转型式扣件、对接型式扣件。
采购和租赁的钢管、扣件有产品合格证、质量技术监督部门颁发的生产许可证和法定检测机构的检测检验报告，其质量符合《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》（JGJ130—2001）、《钢管脚手架扣件》（GB15831—95）的规定和技术标准的要求。
6.1.3钢材：
钢板、钢筋等采用Q235钢，其质量符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的规定。
6.1.4混凝土：
混凝土强度满足设计要求，其质量符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204—2002）、《预拌混凝土》（GB14902—2004）、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）的规定。
6.2机具设备和劳动力
6.2.1机具设备：
1钢筋切断机、钢筋调直机、自卸汽车、砼拌和机、商品混凝土运输车、插入式振动棒、电焊机、混凝土汽车泵、潜水泵、木工机具和发电机组等。
2检测仪器：
水准仪、经纬仪、钢卷尺、坍落度筒、混凝土试模等。
6.2.2劳动力：
所需操作人员主要有：
钢筋加工及安装工、焊工、混凝土工、木工、电工、普工。
在施工前应对施工人员进行培训，其中焊工、电工等特殊工种必须持证上岗。
7质量控制
7.1质量控制标准
7.1.1本工法施工必须符合《混凝土结构工程质量验收规范》GB50204—2002、《预拌混凝土》（GB14902—2004）、《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55—2000）、《建筑工程质量验收统一标准》GB50300—2001、《碳素结构钢》GB/T700等的规定。
7.2施工过程中的质量控制
7.2.1钢材：
钢材的质量，钢材的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计的要求，采用的原材料实行进场验收制度；
7.2.2混凝土配合比：
混凝土应按国家现行标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000的有关规定，根据混凝土强度等级、耐久性和工作性等要求进行配合比设计。
7.2.3混凝土：
结构混凝土的强度等级必须符合设计要求。
用于检查结构构件混凝土强度的试件，应在混凝土的浇筑地点随机抽取。
取样与试件留置应符合下列规定：
1 每拌制100盘且不超过100m³的同配合比的混凝土，取样不得少于一次；
2 每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时，取样不得少于一次；
3每次取样应至少留置一组标准养护试件，同条件养护试件的留置组数应根据实际需要确定。
7.2.4的合土1gchao3shou___________________________________________________________________________________________________施工工序：
按施工规范、标准进行质量的控制，每道工序完成后应进行检查，合格后并经监理工程师同意后方可进行下一工序的施工。
7.3沉井混凝土结构的质量标准及检验方法见表7.3—1：
表7.3—1沉井混凝土结构的质量标准及检验方法
项 目
允许偏差（mm）
检验方法
坐标位置
20
钢尺检查
不同平面的标高
0，-20
水准仪或拉线、钢尺检查
平面外形尺寸
±20
钢尺检查
平面水平度
每米
5
水平尺、塞尺检查
全长
10
水准仪或拉线、钢尺检查
垂直度
每米
5
经纬仪或吊线、钢尺检查
全高
10
8安全措施
8.0.1施工过程中要严格执行国家《安全生产法》、《建筑施工安全检查标准》及有关部门、地区颁发的安全规程；执行三合一管理体系的要求。
8.0.2施工前根据沉井的结构、施工工艺、施工环境、所采用的机械设备、参与的工种及施工时段和进度要求等对相关的施工人员在开工前进行一次安全教育和安全技术交底，交底与被交底双方签字确认，并将教育和交底资料记录于安全台帐。
8.0.3作业人员必须经过上岗培训，特殊工种的作业人员要持证上岗；进入施工现场的所有人员必须戴安全帽。
8.0.4开工前对所需的机械设备、用电设施和各类材料组织一次严格的检查验收。
对不符合安全要求的机具和电气设施，进行检修合格后方可投入使用。
对不符合安全和质量要求的材料坚决调换成合格的材料，否则拒绝使用。
施工用电应严格执行《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46－88的规定；
8.0.5沉井挖土属高处作业，高处与地面交叉作业必须制定切实可行的安全措施，经批准后方可进行。
8.0.6沉井施工前要对施工中可能出现的危险源进行认真排查，如高空坠落、物体打击和毒气等，并制定出应急预案；应急预案应切实可行并进行演练。
8.0.7施工现场的施工员、安全员、质量员每日做到上班前、施工过程中的质安巡查工作，发现质安隐患及时采取定人、定时、定措施的三定原则消除安全隐患。
9环保措施
9.0.1在施工现场平面布置和组织施工过程中严格执行国家、地区、行业和企业有关环保的法律法规和规章制度。
9.0.2项目部及施工现场设置连续、密闭的围墙，高度不低于2.3米，围墙外部做简易装饰，色彩与周围环境协调。
场地出入口庄重美观，门扇做成密闭不透式。
9.0.3施工现场的设备、构件、材料等必须按施工总平面布置规定的位置设置、堆放，符合施工管理的要求。
9.0.4严格控制人为噪声，进入施工现场不得高声喊叫、乱吹口哨、限制高音喇叭的使用，最大限度的减少扰民，
9.0.5沉井挖土阶段，挖出的土要运到指定的地点；运输车辆驶出施工现场要保持车身清洁；雨季施工期间，在施工现场出口处设冲洗车辆的设备，防止车轮将泥土带出现场。
9.0.6施工排水应排到指定的排放地点，含有泥砂和杂物的废水应进行沉淀和过虑，符合要求后方可进行排放。
9.0.7对进出场道路，旱季注重道路洒水养护，降低粉尘对环境的污染；雨季做好沟渠疏通，防止因雨水剥离道路造成污染。
9.0.8施工现场要做到工完场清，保持整洁卫生、文明施工。
10效益分析
软土地质沉井施工工法针对软土的特点采用了不同的施工方法，具有针对性强、施工安全、质量可靠、进度快的特点，经过多个工程实践，都取得了较好的社会效益和经济效益。
10.0.1施工前对沉井的整体稳定进行验算，避免了施工过程中出现整体失稳的现象，不仅产生了一定的经济效益，而且产生了较大的社会效益。
10.0.2基坑开挖2m左右可减少沉井下沉的高度，沉井下沉越深施工的难度越大，危险程度越大；本项措施可减少工程成本2%左右。
10.0.3采用混凝土垫减去了方木的使用和抽垫，可节约工程成本1.5%左右。
10.0.4采用排水封底保证了混凝土的施工质量；采用排水挖土的施工方法加快了施工的进度，使工程较早的发挥经济效益和社会效益。
11工程应用实例
11.0.1绍兴市萧甬线上K40+8002—12m立交桥新建排水泵站。
该泵站基础为φ8m的沉井基础，壁厚0.5m，高11.87m。
基础位置处的地质为软土，在工程的施工中我们采用了该施工工法，施工前我们对沉井的整体稳定性进行了验算，结果发现不能满足要求。
我们首先对沉井的基底采用混凝土搅拌桩进行加固处理，然后进行沉井的施工；结果避免了工程质量和安全事故的发生，工程进展顺利，质量符合设计及规范的要求。
图11.0.1—1施工中的泵站沉井基础
11.0.2绍兴县城镇供水工程一级泵房基础为φ7.5m混凝土基础，深8.7m。
在基础的施工中我们采取本工法进行施工，由于减少了下沉的高度和采用了排水开挖和封底，使工期比计划提前20天，工程质量符合设计及规范的要求。
施工中的泵房基础见图11.0.2—1：
图11.0.2—1施工中的一级泵房沉井基础
11.0.3《诸暨珠宝城工程》提水泵房项目基础为4×8m混凝土箱型基础，深7.0m，基础处在软土层中，我们采用本工法进行施工，工程造价比采用围护桩进行施工减少15%；工程质量符合设计及规范的要求。
施工中的箱型沉井基础见图11.0.3—1：
图11.0.3—1施工中的箱型沉井基础
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