浅谈异型钢筋混凝土沉井施工技术的应用

2011-04-14李凤明于文梁

山西建筑 2011年18期

关键词：支设沉井垫层

李凤明于文梁蒋勇

1 技术简介

本论文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 操作要点

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。

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。

2.2 沉井验算

2.2.1 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可按式(1)计算:

其中，G为第一节沉井单位长度的重力，kN/m;A为每根垫木与砂垫层接触的底面积，m2;f为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，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。可按式(2)计算:

其中，G为沉井第一节单位长度的重力，kN/m;f为砂垫层底部土层承载力设计值，kN/m2;L为垫木长度，m;θ为砂垫层的压力扩散角，一般取22.5°。

2.2.2 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 1。

沉井下沉系数的验算公式为:

其中，K为下沉安全系数，一般应大于 1.15～1.25;Q为沉井自重及附加荷载，kN;B为被井壁排出的水量，kN，如采取排水下沉法时，B=0;T为沉井与土间的摩阻力，kN，T=L(H-2.5)◦f，L为沉井外周长，m，H为沉井全高，m，f为井壁与土间的摩阻力系数，kPa，由地质资料提供;R为刃脚反力，kN，如将刃脚底部及斜面的土方挖空，则R=0。

2.3 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见式(4):

其中，G为沉井自重力，kN;F为地下水向上的浮力，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。

2.4 基坑开挖

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

2.5 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。

2.6 刃脚支设

刃脚支设采用垫架法，在砂垫层上铺垫木和垫架，垫架间距取1.0m，垫木采用(160×220×2 000)mm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个～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型钢护角，中间沉井壁采用 10mm厚钢板按刃脚形状制作型钢护角，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。

2.7 沉井壁制作

1)模板支设;2)钢筋绑扎;3)混凝土浇筑;4)沉井壁孔洞处理。沉井外壁 DN 1 500洞口在下沉前用钢板、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2;5)针对高低刃脚存在高差的处理措施。a.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。b.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。

2.8 沉井下沉

2.8.1 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。

2.8.2 垫架拆除

刃脚垫架待混凝土达到设计强度的 100%后拆除。

2.8.3 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。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，使井内土体均匀平稳下沉。4)在离设计深度 20 cm左右时应停止取土，靠自重下沉至设计标高。

2.8.4 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。3)沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观测，预防超沉。

2.8.5 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)当沉井下沉过程中，偏斜达到允许偏差值 1/4时就应纠偏，沉井下沉过程中要做到勤测、勤纠、缓纠。沉井初沉阶段纠偏应根据“沉多则少挖”“沉少则多挖”的原则在开挖中纠偏。终沉阶段要加强监控，缓中求稳，严格控制超沉。

2.9 沉井封底

1)当沉井下沉至距设计底标高10 cm时，停止井内挖土，使其靠自重下沉至或接近设计底标高，再经 2 d～3 d的下沉稳定，或经观测在8 h内累计下沉量不大于10mm时，即可进行封底施工。2)首先将新老混凝土接触面冲刷干净，对井底进行修整使其形成锅底形，再浇筑封底素混凝土，刃脚下混凝土切实填严，振捣密实，以保证沉井的最后稳定。3)垫层混凝土达到 50%设计强度后，进行底板钢筋绑扎。钢筋应按设计要求伸入刃脚的凹槽内。4)底板混凝土浇筑应分层、不间断地进行，由四周向中间推进，每层浇筑厚度控制在30 cm～50 cm左右，并采用振动器振捣密实。底板混凝土浇筑后应进行自然养护。